探讨机床材料去除与热控制的关系
近日，重庆大学机械传动国家重点实验室研究团队发现了精密机床热控制(TC)过程与材料去除(MR)过程的耦合关系。研究团队认为，两个功能过程的耦合关系可以通过影响机床的热平衡特性和能量特性来影响加工精度和能量效率。这项研究可以在2022年4月29日的《机械工程前沿》杂志上找到。
随着机床在制造业中的广泛应用，机床能耗一直是绿色低碳制造的研究热点和前沿。然而，以往的研究仅仅将MR能量视为有用的能量消耗，而忽略了TC为维持内部热稳定性和加工精度而消耗的有用能量。在追求高能效和高精度加工的过程中，应更加关注TC的能耗以及MR与TC的耦合关系。因此，本研究团队通过理论建模和实验分析，探索了两个功能过程之间的耦合关系。精密机床的MR是一个增值过程，随着MR功率的增加，能量特性会发生变化，MR产生的热量也会同步增加。为了保证热平衡状态，TC会消耗巨大的能量来带走MR产生的大部分热量。
传统研究致力于提高与MR相关的切割能效。但随着机床的日益精密化和机床用户对加工质量的要求越来越高，与热平衡状态密切相关的加工精度已成为评价机床加工性能的重要指标。“能效与加工精度存在明显的不匹配，如何实现节能与精密加工协同是未来提高精密数控机床加工性能的重点研究项目，”曹华军教授说，该研究的作者。
曹华军教授的研究团队是中国研究绿色制造的先驱研究团队之一。该团队在金属切削机床的绿色设计与节能技术、制造系统的动态建模与碳效率评价方法、精密机床的热平衡控制与热误差补偿等方面进行了广泛的研究。
“探索材料去除与热控制之间的耦合关系是提高精密机床加工性能的第一步，目前只是从定性的角度来看，”曹教授说。“未来，我们将继续研究受MR和TC影响的‘机电-热’耦合机制，该工作可为机床实现高效精密加工目标提供理论支持，促进精密机床的绿色低碳发展。”
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