我國機床量大面廣，能耗總量巨大；且機床能量利用率低，因此，機床節(jié)能潛力很大。同時， 麻省理工學院的床能量消耗所帶來的環(huán)境排放也是很大的。由此可見，研究機床的能量特性對機械制造行業(yè)的 低碳運行具有重要意義。
當前，對機床能量特性的研究非常活躍，已有文獻做了大量研究。機床由若干個能量源構成，根據這些能量源的消耗特性可以將機床的能耗歸為兩類：一是固定能耗，二是可變能耗。基于這種能量源分類，對多種機床的能量構成進行了試驗分析，并指出機床的實際切削能耗可能只占設備總能耗中很小的一部分。提出當機床處于負載狀態(tài)時，機床機械傳動系統(tǒng)和電動機的總損耗功率要在原空載損耗的基礎上增加，增加的這部分損耗稱為機床附加載荷損耗功率，因此加工設備在切削階段能耗由空載能耗、切削能耗和附加載荷能耗三部分構成。在此基礎上，文獻建立變頻調速類數控機床主傳動系統(tǒng)的能量流模型，分析機床主電動機功率傳輸特性和機械傳動系統(tǒng)功率傳輸特性及其各部分的能量損耗規(guī)律，從而建立了變頻調速機床主傳動系統(tǒng)的動態(tài)功率平衡方程；文獻建立基于頻率的數控機床主傳動系統(tǒng)的空載能量參數模型。
從上述研究可以看出，已有學者對加工設備能量消耗特性進行了許多研究。但是，已有研究主要集中在機床總體能耗統(tǒng)計分析或機床主傳動系統(tǒng)建模方面，還缺乏從系統(tǒng)的角度對機床全部能量流的綜合建模研究。這個問題對普通機床影響不大，因為普通機床主傳動系統(tǒng)的能耗是機床全部能耗的主體，如普通車床主傳動系統(tǒng)的能耗占機床全部能耗的以上。然而，隨著我國工業(yè)化的進程和基礎裝備制造業(yè)的發(fā)展，數控機床已成為機床裝備的主流。與普通機床相比，數控機床的結構和能量特性發(fā)生了很大的改變。數控機床能量源增多、能量損耗復雜，主傳動系統(tǒng)能耗占整個機床能耗的比重相對普通機床越來越小。數控滾齒機，其主電動機額定功率為37 kW，不到整個機床總額定功率的40%；文獻通過對普通機床、一般數控機床、加工中心等不同自動化水平機床的能耗試驗研究，發(fā)現隨著自動化程度的提高，機床的輔助系統(tǒng)消耗的能量占機床總能量的比重不斷增加；又如文獻通過一臺加工中心的能量數據說明了數控機床運行過程中輔助設施能耗占機床能耗的主體。因此，籠統(tǒng)的設備總能耗研究和單一的主傳動系統(tǒng)能耗研究均不能地反映數控機床的能耗特性，而一般的統(tǒng)計分析方法不能準確和預測性地反映機床的能耗特性，有 研究機床各子系統(tǒng)的能耗特性和機床能量流程，在此基礎上研究整個機床多源能量流的系統(tǒng)數學模型。
研究數控機床能量流特性能夠為我國 效的數控機床的設計、量大面廣的數控機床及機械制造車間的能效評價、監(jiān)控管理和節(jié)能優(yōu)化運行提供有關基礎理論和方法支持。基于此，本文從數控機床的能量流多源、能流環(huán)節(jié)多、能流過程復雜等特點出發(fā)，對數控機床多源能量流的系統(tǒng)數學模型進行了研究。
