何吉祥 李聪波 吕 岩 李 娟

重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆，400044

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数控机床作为现代制造业的核心装备，分布量大面广，能耗总量巨大，但能量效率(简称“能效”)很低，平均只有10%～15%，节能潜力很大[1]。欧盟“下一代生产系统”研究计划提出开发高能效绿色机床，国际生产工程学会(CIRP)近年来多次将能效作为主题组织召开学术会议。机床能效提升已成为国内外学术界和产业界的研究前沿和关注热点。目前关于机床节能优化的研究大多关注机床的使用阶段，如通过加工工艺参数优化来提高机床能效。为了从根本上提升机床能效，研发新一代高能效绿色机床，迫切需要从设计阶段入手。近年来，国际标准化组织发布了机床节能设计标准(ISO 14955-1，2014)，指出机床主传动系统、进给系统和辅助系统是需要进行节能优化设计的主要部件[2]。同时有研究表明，主传动系统是机床的主要能源和材料消耗源，其能耗占机床总能耗的15%以上[3]，因此，开展数控机床主传动系统节能设计研究意义重大。

目前一些学者开展了机床主传动系统能耗特性、建模等方面的研究。施金良等[4]建立了数控机床主传动系统的能量流模型，分析了机床机械传动系统的能量损耗功率，建立了主传动系统的功率平衡方程。ABELE等[5]通过机床主轴单元分析结果，概述了提高主轴系统效率的潜在方法。WOJCICKI等[6]研究数控机床主轴系统后发现，通过优化主轴电机参数(如加速速率极限和电机功率极限)可以减少约10%的能耗。……