CC BY
10
УДК 621
doi:10.21685/2072-3059-2022-4-14
Повышение энергоэффективности шлифовальных станков с числовым программным управлением
Г. В. Козлов1, Т. Н. Иванова2, А. Ю. Муйземнек3
1,3Пензенский государственный университет, Пенза, Россия 2Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Россия 2Чайковский филиал ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Чайковский, Россия
1gvk17@yandex.ru, 2rsg078829@mail.ru, 3muyzemnek@yandex.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Высокая эффективность применения автоматизированных систем управления абразивной обработкой в массовом и крупносерийном производствах позволяет повысить производительность до 70 %, а также на 30-50 % увеличить интенсивность съема металла с одновременной стабилизацией качественных и геометрических показателей обработки. Электрические приводы, используемые в станках с числовым программным управлением (ЧПУ), потребляют значительное количество энергии, поэтому при их выборе необходимо учитывать энергозатраты. Оценка энергозатрат требует изучения параметров работы электропривода подачи и главного движения и получения информации о текущих значениях технологических режимов при определенной нагрузке. Материалы и методы. При определении коэффициентов полезного действия, осуществляемого при оценке энергоэффективности станков с ЧПУ, использовались методы прямого и косвенного измерения мощности. Результаты. Установлено, что чем выше значение коэффициента полезного действия, тем меньше потери и потребление электроэнергии электродвигателя и выше его энергоэффективность; двигатель меньше потребляет энергии, меньше нагревается, у него больше ресурс работы, что приводит к увеличению срока наработки на отказ. Выводы. Рекомендовано использовать в шлифовальных станках с ЧПУ электродвигатели класса энергоэффективности IE3, так как они могут работать без обратной связи с разомкнутой системой управления и с устройствами позиционирования. Это позволит сэкономить на обратной связи, что является также несомненным достоинством.
Ключевые слова: энергоэффективность, автоматическая система управления, станок с числовым программным управлением, коэффициент полезного действия Для цитирования: Козлов Г. В., Иванова Т. Н., Муйземнек А. Ю. Повышение энергоэффективности шлифовальных станков с числовым программным управлением // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. № 4. С. 171-183. doi:10.21685/2072-3059-2022-4-14
Improving the energy efficiency of CNC grinding machines G.V. Kozlov1, T.N. Ivanova2, A.Yu. Muyzemnek3
13Penza State University, Penza, Russia 2Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia 2Tchaikovsky branch of Perm State Polytechnic University, Tchaikovsky, Russia 1gvk17@yandex.ru, 2rsg078829@mail.ru, 3muyzemnek@yandex.ru
© Козлов Г. В., Иванова Т. Н., Муйземнек А. Ю., 2022. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
Abstract. Background. The high efficiency of the use of automated control systems for abrasive processing in mass and large-scale production makes it possible to increase productivity up to 70%, as well as to increase the metal removal rate by 30-50% while stabilizing the quality and geometric parameters of processing. Electric drives used in CNC machines consume a significant amount of energy, so energy costs must be taken into account when choosing them. Estimation of energy consumption requires studying the parameters of the operation of the feed electric drive and the main movement and obtaining information about the current values of technological modes at a certain load. Materials and methods. When determining the coefficients of performance (COP), carried out when assessing the energy efficiency of CNC machines, methods of direct and indirect power measurement were used. Results. It has been established that the higher the efficiency value, the lower the losses and power consumption of the electric motor and the higher its energy efficiency, the less the motor consumes energy, heats up less, it has a longer service life, which leads to an increase in the MTBF. Conclusions. It is recommended to use IE3 energy efficiency class motors in CNC grinders, because they can operate without feedback with an open-loop control system and with positioning devices. This will save on feedback, which is also an undoubted advantage.
Keywords: energy efficiency, automatic control system, machine tool with numerical control, efficiency
For citation: Kozlov G.V., Ivanova T.N., Muyzemnek A.Yu. Improving the energy efficiency of CNC grinding machines. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki = University proceedings. Volga region. Engineering sciences. 2022;(4):171-183. (In Russ.). doi:10.21685/2072-3059-2022-4-14
Введение
Автоматическая система управления абразивной обработкой состоит из объекта управления технологического процесса шлифования и автоматического регулирующего управляющего устройства шпинделя шлифовального круга либо суппорта подачи. В качестве регулируемой выходной величины принимают скорость съема металла, силы резания, мощность или износ круга. Взаимодействие между собой систем управляемого объекта и управляющего устройства осуществляется по определенному закону управления в виде сигнала и математической зависимости.
Существующие системы автоматического управления процессами шлифования основаны на следующих принципах построения управления: принцип управления процессом в разомкнутой системе, по возмущению, по отклонению, принцип комбинированного управления, адаптации [1-9].
Принцип построения разомкнутой системы программного управления процессом шлифования основан на изменении алгоритма управления поперечной подачи. В этом случае система автоматического управления (САУ) последовательно выполняет определенное число команд по закономерности движений суппорта и зависит от варьирования скорости в пределах цикла обработки [1, 5]. Например, программа изменения скорости поперечной подачи предусматривает быстрый подвод шлифовального круга к заготовке со скоростью поперечного суппорта, переключение электропривода механизма поперечной подачи со скорости быстрого подвода на скорость чернового шлифования, съем припуска при постоянной скорости поперечного суппорта, переключение электропривода со скорости чернового шлифования на скорость чистового шлифования, снова съем припуска при постоянной скорости поперечного суппорта, отключение электропривода, выхаживание (при нали-
чии), включение реверса электропривода поперечной подачи и быстрый отвод шлифовального круга от детали.
Основной недостаток разомкнутой системы автоматического управления - это отсутствие измерения результата. Такая система не может корректировать возникающие ошибки и обеспечивать высокую точность регулируемой величины.
Построение системы автоматического управления процессом шлифования по возмущению состоит в том, что регулирующее воздействие в системе вырабатывается в зависимости от результатов измерения возмущений, действующих на объект управления [2, 6]. Для объекта управления выходная величина (скорость круга) будет зависеть от износа шлифовального круга, влияющего, в свою очередь, на угловую скорость двигателя. Основным достоинством такой системы является быстродействие. Если измерений величины нет, то регулирующее воздействие не вырабатывается.
Принцип построения и работы систем автоматического регулирования по отклонению позволяет управлять поперечной подачей при шлифовании за счет изменения глубины и скорости съема металла [1, 7]. Глубина снимается за несколько проходов - припусков. Для получения максимальной производительности процесса большая часть припуска снимается с предельно допустимой скоростью съема металла. Оставшаяся часть припуска снимается с минимальной скоростью съема и скоростью детали для получения высоких точности, качества, геометрических параметров детали. Программа подачи формируется с помощью программного устройства, регулируемая величина скорости детали в процессе шлифования непрерывно измеряется датчиком скорости съема припуска. Результат измерения в виде электрического сигнала сравнивается с сигналом программирующего устройства. Сигнал рассогласования или сигнал ошибки с помощью электропривода и механизма поперечной подачи преобразуется в скорость поперечного перемещения суппорта.
Принцип комбинированного управления сочетает в себе принципы управления по отклонению и по возмущению.
Адаптивные системы относятся к самоприспосабливающимся и самонастраивающимся за счет технических средств [2, 8]. Например, система управления скоростью детали станка осуществляется по программам изменения скорости съема металла в зависимости от припуска и диаметра шлифовального круга с учетом контура самонастройки.
Таким образом, управление технологическим процессом шлифования определяется структурой и законом автоматического регулирования системы.
1. Анализ конструкций шлифовальных станков с числовым программным управлением и направления пути повышения их энергоэффективности
Процесс шлифования обладает нестабильностью протекания во времени. Эта особенность предъявляет специфические требования к системе управления процессом резания и к конструкции шлифовального станка с числовым программным управлением (ЧПУ). Нестабильность режущих свойств абразивных кругов, вариация характеристик обрабатываемых материалов и величины припуска на заготовках, эффективность охлаждающей жидкости вызы-
вают необходимость изменения режимов обработки. Эти трудности управления по детерминированной программе требуют введения активного контроля размерного износа круга и усложняют алгоритмы привязки координат.
Технологические циклы в шлифовальных станках различных модификаций, несмотря на внешнюю схожесть, имеют ряд существенных отличий. Эти отличия усугубляются при введении адаптивного управления режимами резания, что не позволяет создать общие технологические программы обработки. Даже внутри одной подгруппы шлифовальных станков имеются модификации, существенно отличающиеся по технологическим циклам. Это относится и к наиболее простым с точки зрения формообразования плоскошлифовальным станкам. Примеры циклов плоского шлифования приведены на рис. 1. Круг может подаваться на деталь всей плоскостью (рис. 1,а), каждой строчкой (рис. 1,6). При глубинном шлифовании (рис. 1,в) металл снимается за один проход при малых скоростях движения детали относительно круга. Происходит интенсивное изнашивание и засаливание круга. Если одновременно с обработкой выполняется правка круга и подача его на деталь, то происходит компенсирующее изменение диаметра. Для обработки криволинейных поверхностей кругу придается соответствующая форма. При этом также можно обрабатывать методом глубинного шлифования с непрерывной правкой алмазным роликом.
Рис. 1. Траектория движения круга относительно детали при плоском шлифовании: а - маятниковое движение строчками по двум координатам; б - строчками с подачей при реверсировании; в - глубинное шлифование с непрерывной правкой; 1 - деталь; 2 - круг; 3 - алмазный ролик
Для шлифовальных станков характерно наличие одной управляемой оси координат. В некоторых шлифовальных станках для обеспечения линейной и круговой интерполяции при профилировании круга возможно одновременное движение по двум координатам. Наличие двух одновременно работающих координат позволяет сократить время позиционирования инструмента в заданную точку.
Для обеспечения точности перемещения применяются линейные измерительные преобразователи. На станке устанавливаются датчики технологических параметров: усилий резания, мощности, уровня вибраций и др., что позволяет осуществлять оптимизацию процесса обработки.
Адаптивное управление обеспечивает автоматический выбор режимов и других технологических параметров в соответствии с геометрическими параметрами детали, жесткостью системы «станок - приспособление - инстру-
мент - деталь» (СПИД), твердостью обрабатываемого материала и фактической режущей способностью круга.
В адаптивных системах ЧПУ предельного регулирования, например по мощности, возможно повышение предельной мощности за счет учета характеристик шлифовального круга и обрабатываемого материала. Кроме того, значительно расширяются возможности, связанные с применением многопараметрических систем адаптивного управления, например возможно регулирование процесса шлифования одновременно по продольной подаче и по глубине резания. Расширение возможностей систем предельного регулирования позволяет повысить используемую мощность до предела. Производительность может быть повышена до 50 %. Пример схемы адаптивной системы на круглошлифовальном станке приведен на рис. 2.
Рис. 2. Адаптивная управляющая система с ЧПУ: 1 - аппаратная часть системы адаптивного управления; 2 - микроЭВМ; 3 - устройство ввода; 4 - печатающее устройство; 5 - внешнее запоминающее устройство; 6 - магистральный расширитель; 7 - устройство связи со станком; 8 - цифроаналоговый преобразователь; 9 - аналого-цифровые преобразователи; 10 - коммутатор сигналов с измерительных приборов станка; 11 - устройство ЧПУ;
12 - станок; 13 - привод вращения изделия; 14 - привод поперечного перемещения шлифовальной бабки; 15 - привод продольного перемещения стола; 16 - широкодиапазонный прибор активного контроля; 17 - измерительный преобразователь положения стола; 18 - измерительный преобразователь мощности главного привода; 19 - измерительный преобразователь положения шлифовальной бабки
Современные шлифовальные станки с ЧПУ снабжаются устройствами для автоматической балансировки шлифовального круга и датчиками дисбаланса круга. Повышение точности балансировки позволяет обеспечить управляемые балансирующие устройства с принудительным перемещением корректирующих грузов. В этих устройствах управляющее воздействие не
зависит напрямую от значения дисбаланса и может регулироваться по любому заданному закону. Процесс балансировки проводится на основе показаний виброизмерительных приборов, датчик колебаний которых размещается на шлифовальной бабке. Точность балансировки не зависит от формы траектории корректирующих грузов, а определяется минимальной дискретой изменения дисбаланса устройства, точностью и динамическими параметрами виброизмерительного прибора. Схема компоновки автоматического управляемого балансирующего устройства представлена на рис. 3. В устройстве имеется регулировочная масса Г, положение которой можно изменять дистанционно с помощью тяг, приводимых в движение от вспомогательного двигателя М. Устройство содержит датчики дисбаланса Д, являющиеся датчиками обратной связи, сигнализирующими о качестве балансировки круга К. Балансировка производится по сигналам системы ЧПУ.
Рис. 3. Устройство автоматической балансировки шлифовальных кругов в процессе работы
Современные шлифовальные станки могут быть спроектированы по аг-регатно-модульному принципу. Примером могут служить шлифовальные станки, имеющие наклонную станину и предназначенные для наружного, внутреннего и профильного шлифования. Для обработки коротких деталей используют станки с четырехпозиционной револьверной головкой (рис. 4,а), установленной на крестовом суппорте (X, ^ с поворотом в пределах 270° и снабженной приборами правки, люнетом и сменой измерительных роликов (W, У); для деталей типа валов - с двухпозиционной головкой (рис. 4,б) и дополнительной координатой (П) для задней бабки.
Передняя бабка станков с ЧПУ многофункциональна, что существенно расширяет технологические возможности станка. К ним относится возможность поворота на определенный угол (заданный или предварительно настроенный) с целью обработки конуса без применения интерполяции. На центровых станках этот поворот осуществляет стол, на котором неподвижная, как правило, бабка изделия монтируется вместе с задней бабкой. Наибольший угол, на который должна поворачиваться передняя бабка, может быть различным по величине в зависимости от технологических требований, предъявляемых к станку. Поворот передней бабки на угол не менее 30° дает возможность обработать фаски на деталях и все конусы, применяемые на деталях. При повороте передней бабки на 90° появляется возможность шлифовать
торцовые поверхности (например, на фланцевых деталях) периферией круга, обеспечивая хорошие условия резания и выполнение повышенных требований к торцовой поверхности по отклонению от плоскостности и шероховатости. Привод угловых перемещений передней бабки на станках осуществляется через червячный редуктор от двигателя постоянного тока с измерительным преобразователем круговых перемещений в качестве обратной связи. Величина углового перемещения программируется непосредственно в углах, минутах и секундах.
г
Рис. 4. Шлифовальные станки фирмы Schaudt с четырехпозиционной (а) и с двухпозиционной (б) револьверными головками шлифовальных шпинделей
В настоящее время в шлифовальных станках с ЧПУ наметилась тенденция к увеличению частоты вращения абразивного инструмента, что значительно повышает его стойкость. Для высокоскоростных станков шпиндель является одним из важнейшим узлов, определяющим точность, производительность и надежность эксплуатации станков. Следует отметить, что у высокоскоростных станков с ЧПУ большинство шпинделей выполняются со встроенными электродвигателями, т.е. они представляют собой мотор-шпиндели. В качестве опор применяются подшипники скольжения, причем их все чаще изготавливают гибридными - из стали или керамики. Однако наряду с подшипниками скольжения в качестве опор применяют гидростатические подшипники. Отсутствие металлического контакта между вращающимся валом шпинделя и его корпусом вследствие впрыскивания в зазор масла под высоким давлением и образования тонкой масляной пленки позволяет добиваться радиального биения шпинделя не более 0,2 мкм, что особенно важно для прецизионных шлифовальных станков.
Для внутришлифовальных станков с ЧПУ в шпиндельных узлах применяются магнитные опоры. Структурная схема шпиндельной системы с магнитными опорами приведена на рис. 5 [1].
Такие опоры позволяют иметь на шпинделе станка мощность от 1 до 5 кВт при частоте вращения 120 000, 150 000 и 180 000 мин-1.
В качестве исполнительных устройств в системах управления точностью обработки на станках с ЧПУ применяют широкодиапазонные двухконтактные скобы, снабженные каретками с контактными наконечниками, и быстроналаживаемую измерительную оснастку. Каретки перемещаются по шариковым направляющим с помощью электродвигателя постоянного тока
для установки на заданный программой размер или для слежения за изменяющимся размером обрабатываемой детали. На каретках расположены растровые стеклянные шкалы фотоэлектрического широкодиапазонного преобразователя, с помощью которых определяют перемещения кареток и, соответственно, абсолютный размер обрабатываемой детали [2]. В тех случаях, когда в процессе шлифования контролируются одна-две ступени вала или фланца, но типоразмеры обрабатываемых деталей часто меняются, используют быст-роналаживаемую оснастку, которая позволяет в течение 1-2 мин перестраиваться с одного размера детали на другой в диапазоне 30-60 мм.
Рис. 5. Блок-схема высокоскоростной шпиндельной системы фирмы Ibag на магнитных опорах
В приборах для станков с программным управлением применяют аналоговые блоки управления и микропроцессорные блоки. Блоки выдают в систему ЧПУ релейные управляющие команды и нормированный аналоговый сигнал, соответствующий размеру обрабатываемой детали. Микропроцессорные блоки также выдают в систему ЧПУ кодовую информацию: о начальном и текущем припуске обрабатываемой детали, о скорости съема припуска, об отклонении формы (овальности) контролируемого сечения, о конусности детали и др.
В механизмах станков, в которых использованы электроприводы, обеспечивающие режимы плавного регулирования частоты вращения или положения, одновременно решены задачи рациональных пуска, торможения и реверса. Это дает большие преимущества в регулировке приводов [3, 10].
Приводы главного движения шлифовальных станков выполняются регулируемыми с применением двигателей постоянного и переменного тока. Регулирование частоты вращения может выполняться в режимах с сохранением неизменной номинальной мощности двигателя или предельного момента. Снижение мощности происходит с уменьшением частоты вращения. Для расширения диапазона регулирования коробка имеет 2-4 перебора. Ограничение мощности приводит к ограничению величины номинального момента и
габаритов двигателя. Максимальная частота вращения двигателей шлифовальных станков составляет 2000-150 000 об/мин, диапазон номинальных мощностей - от 1 до 400 кВт. Требования по допустимой нестабильности частоты вращения приводов главного движения самые высокие по сравнению с другими механизмами станка. Например, при врезании инструмента в деталь уменьшение частоты вращения шпинделя приводит к существенному увеличению силы резания. Этот процесс развивается, пока момент не достигнет предельного значения, после чего двигатель останавливается. Наиболее жесткие требования к динамике привода главного движения по возмущающему воздействию предъявляются при обработке на низкой частоте вращения шпинделя. Условия процесса врезания облегчаются, если регулируемые приводы подачи и главного движения электрически связаны [3].
В механизмах подачи важным является требование сохранения неизменным момента электродвигателя при снижении частоты вращения. Требования по быстродействию к динамическим изменениям момента нагрузки составляют 0,1-0,2 с. Дополнительного механического перебора в механизмах подачи не требуется. Диапазон мощностей приводов подачи станков -0,1-20 кВт. Реверс направления подачи осуществляется посредством привода. Перегрузочная способность двигателя при частотах вращения, соответствующих режимам резания, должна в 2-4 раза превосходить величину номинального значения [3].
Электрические приводы, используемые в станках с ЧПУ, потребляют большое количество энергии. При их подборе необходимо учитывать энергозатраты [4]. В общем случае полноценный привод состоит из механических, электрических, электронных компонентов. С учетом этого можно рассчитать общую энергоэффективность системы, а также объем выброса CO2 и связанные с этими факторами производственные издержки. Кроме того, можно оценить потенциальную экономию электроэнергии.
2. Оценка энергоэффективности шлифовальных станков с числовым программным управлением
В разных странах действовали собственные стандарты энергоэффективности: в Европе руководствовались нормами СЕМЕР, в России - ГОСТ Р 5167-2000, в США - стандартом EPAct. В целях гармонизации требований к энергоэффективности электродвигателей Международной энергетической комиссией (МЭК) и Международной организацией по стандартизации (ISO) были приняты единые стандарты IEC 60034-30 и IEC 60079-0. Действующий евростандарт IEC 60034-30-1 выделяет классы энергоэффективности электродвигателей: IE1 - это стандартный тип; IE2 - высокая группа эффективности; IE3 - сверхвысокий класс; IE4 - премиум-класс.
К энергоэффективности относят определение коэффициента полезного действия (КПД) по прямому измерению мощности и косвенному методу. Косвенный метод подразумевает:
1) измерение потерь мощности, рассчитанных по результатам нагрузочных испытаний;
2) оценку потерь подводимой мощности при номинальной нагрузке до 1000 кВт;
3) математический расчет по формуле
П = Р2 Р = (1 - ДР)/РЬ (1)
где Рг - полезная мощность на валу двигателя; Р - активная мощность из сети; ДР - суммарные потери в электродвигателях.
Анализ выражения (1) показывает, что чем выше значение КПД, тем меньше потери и потребление электроэнергии электродвигателя и выше его энергоэффективность (рис. 6). Например, использование двигателя мощностью 55 кВт повышенного класса энергоэффективности позволяет сэкономить около 8000 кВт в год от одного двигателя.
^ юо
90 85 80 75 70
0,1 1 10 100 1000 Мощность электродвигателя, кВт
Рис. 6. Зависимость класса энергоэффективности от мощности электродвигателей и КПД
Установлено: чем больше КПД электродвигателя, тем меньше двигатель потребляет энергии, меньше нагревается, у него больше ресурс работы, что приводит к увеличению срока наработки на отказ.
Электродвигатели 1Е1 применяются там, где главными критериями являются дешевизна и простота конструкции и ремонта. У этого класса двигателей КПД 85 %, температура обмоток - 60-70° С, уровень шума не выше 64 дБ.
Электродвигатели 1Е2 применяют, когда необходима более точная настройка оборудования для работы в оптимальном режиме. Данный класс электродвигателей более эффективен при частичной повышенной нагрузке. В них используются менее мощные и шумные вентиляторы, охлаждающие мотор, их КПД достигает 89 %, температура обмоток - 50° С, уровень шума не превышает 59 дБ.
Многоскоростные двигатели, совпадающие по типоразмерам с двигателями классов энергоэффективности 1Е1 и 1Е2, генерируют более высокую мощность на валу, позволяя использовать двигатели меньшего типоразмера при той же выходной мощности.
Электродвигатели 1Е3 используются в промышленности с 2017 г. По Регламенту ЕС двигатели мощностью от 0,75 до 375 кВт должны соответ-
[к
/ % ]' \
1Е4 \А т
1ЕЗ 1 1 1Е2 V / / 1н
и /
1Е1 ■Л
ствовать классу IE3 или IE2 с преобразователем частоты. Они способны работать при длительных перегрузках в диапазоне 10-15 %. Данный класс электродвигателей применяют, например, на станках, где трудно заметить перегрузку или где постоянно изменяется мощность на валу рабочей машины. Если рассматривать применение такого класса двигателей в шлифовальных станках с ЧПУ, то они могут работать без обратной связи с разомкнутой системой управления и с устройствами позиционирования. Это позволит сэкономить на обратной связи, что является несомненным достоинством. Двигатели такого класса в мире выпускают производители международного уровня Siemens, ABB, WEG и российская компания GENBORG в Липецкой области.
Электродвигатели IE4 - это двигатели премиум-класса. В них используются уникальные системы аэродинамики и теплообмена; их отличают повышенное содержание активных материалов и максимальное уменьшение воздушного зазора, сверхточная соосность всех комплектующих. Внедрение двигателей класса IE4 незамедлительно снизит энергозатраты производства. Однако европейский стандарт IEC 60034 исключает использование двигателей класса IE4 с возможностью электронного управления.
В общем случае результат от внедрения более энергоэффективных двигателей шлифовальных станков с ЧПУ появляется из-за экономии потребления электроэнергии; снижения мощности, необходимой для работы оборудования с электроприводом, и снижения затрат на обслуживание оборудования.
Заключение
Целесообразность и высокая технико-экономическая эффективность применения автоматизированных систем управления абразивной обработки в массовом и крупносерийном производствах повышает производительность до 70 %. Системы управления автоматическими перемещениями системы СПИД позволяют на 30-50 % повысить интенсивность съема металла с одновременной стабилизацией качественных и геометрических показателей обработки.
Изучение параметров работы электропривода подачи и главного движения необходимо для получения информации о текущих значениях технологических режимов при определенной нагрузке и для построения адаптивных систем управления. Электрические приводы, используемые в станках с ЧПУ, потребляют огромное количество энергии. При их подборе необходимо учитывать энергозатраты. В общем случае результат от внедрения более энергоэффективных двигателей шлифовальных станков с ЧПУ складывается из экономии потребления электроэнергии; снижения мощности, необходимой для работы оборудования с электроприводом, и снижения затрат на обслуживание оборудования.
Рекомендовано использовать в шлифовальных станках с ЧПУ электродвигатели класса энергоэффективности IE3, так как они могут работать без обратной связи с разомкнутой системой управления и с устройствами позиционирования. Это позволит сэкономить на обратной связи, что является несомненным достоинством. Кроме того, у этого класса электродвигателей более высокое значение КПД, значит, меньше потери и потребление электроэнергии электродвигателя.
Список литературы
1. Бушуев В. В., Иванов В. А., Иванова Т. Н. [и др.]. Металлорежущие станки и станочные системы : учебник. Ижевск : Станкин - ИжГТУ, 1999.
2. Схиртладзе А. Г., Иванова Т. Н., Борискин В. П. Технологическое оборудование машиностроительных производств : учеб. пособие. Старый Оскол : ООО «ТНТ», 2007. 708 с.
3. Семенов А. С., Никулин Ю. В. Исследование перспективных электродвигателей станков с ЧПУ // Наука и образование. 2009. № 8. URL: http://engineering-science.ru/doc/129589.html
4. Кузнецов А., Каляшина А. Эффективность металлообрабатывающего оборудования и производственных систем. Часть 1. Энергоэффективность металлообрабатывающего оборудования и производственных систем // Станкоинструмент. 2017. № 1 (006). С. 32-47. URL: www.stankoinstrument.su
5. Kozlov A. Improvement of effectiveness of finish three-dimensional milling on NC machines // Science intensive technologies in mechanical engineering. 2014. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=21630727
6. Farhan A., Abdelrahem M., Saleh A., Shaltout A., Kennel R. Simplified sensorless current predictive control of synchronous reluctance motor using online parameter estimation // Energies. 2020. Vol. 13. P. 492. doi:10.3390/en13020492
7. Feng Z., Chen X., Fu Y., Qing S., Xie T. Acoustic Emission Characteristics and Joint Nonlinear Mechanical Response of Rock Masses under Uniaxial Compression // Energies. 2021. Vol. 14, Iss. 1. P. 200. URL: https://doi.org/10.3390/en14010200
8. Selim M., Zhou R., Feng W., Quinsey P. Estimating Energy Forecasting Uncertainty for Reliable AI Autonomous Smart Grid Design // Energies. 2021. Vol. 14. P. 247. URL: https://doi. org/10.3390/en14010247
9. Orlowska-Kowalska T., Korzonek M., Tarchala G. Performance Analysis of Speed-Sensorless Induction Motor Drive Using Discrete Current-Error Based MRAS Estimators // Energies. 2020. Vol. 13. P. 2595. doi:10.3390/en13102595
10. Meshcheryakov V. N., Voekov V. N., Golovachev I. V. Vector control system of PMSM based on self-commutated voltage inverter with relay controlled IGBT switch in DC link // Proceedings -2016 IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC). 2016. P. 680-685.
References
1. Bushuev V.V., Ivanov V.A., Ivanova T.N. et al. Metallorezhushchie stanki i stanochnye sistemy: uchebnik = Metal-cutting machines and machine systems: textbook. Izhevsk: Stankin - IzhGTU, 1999. (In Russ.)
2. Skhirtladze A.G., Ivanova T.N., Boriskin V.P. Tekhnologicheskoe oborudovanie mashi-nostroitel'nykh proizvodstv: ucheb. posobie = Technological equipment of machinebuilding industries: textbook. Staryy Oskol: OOO «TNT», 2007:708. (In Russ.)
3. Semenov A.S., Nikulin Yu.V. Research of perspective electric motors of CNC machine tools. Nauka i obrazovanie = Science and education. 2009;(8). (In Russ.). Available at: http://engineering-science.ru/doc/129589.html
4. Kuznetsov A., Kalyashina A. Efficiency of metalworking equipment and production systems. Part 1. Energy efficiency of metalworking equipment and production systems. Stankoinstrument = Machine tools. 2017;(1):32-47. (In Russ.). Available at: www.stankoinstrument. su
5. Kozlov A. Improvement of effectiveness of finish three-dimensional milling on NC machines. Science intensive technologies in mechanical engineering. 2014. Available at: http://elibrary.ru/item.asp?id=21630727
6. Farhan A., Abdelrahem M., Saleh A., Shaltout A., Kennel R. Simplified sensorless current predictive control of synchronous reluctance motor using online parameter estimation. Energies. 2020;13:492. doi:10.3390/en13020492
7. Feng Z., Chen X., Fu Y., Qing S., Xie T. Acoustic Emission Characteristics and Joint Nonlinear Mechanical Response of Rock Masses under Uniaxial Compression. Energies. 202;14(1):200. Available at: https://doi.org/10.3390/en14010200
8. Selim M., Zhou R., Feng W., Quinsey P. Estimating Energy Forecasting Uncertainty for Reliable AI Autonomous Smart Grid Design. Energies. 2021;14:247. Available at: https://doi. org/10.3390/en14010247
9. Orlowska-Kowalska T., Korzonek M., Tarchala G. Performance Analysis of Speed-Sensorless Induction Motor Drive Using Discrete Current-Error Based MRAS Estimators. Energies. 2020;13:2595. doi:10.3390/en13102595
10. Meshcheryakov V.N., Voekov V.N., Golovachev I.V. Vector control system of PMSM based on self-commutated voltage inverter with relay controlled IGBT switch in DC link. Proceedings -2016 IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC). 2016:680-685. '
Информация об авторах / Information about the authors
Геннадий Васильевич Козлов доктор технических наук, профессор, директор Политехнического института Пензенского государственного университета (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: gvk17@yandex.ru
Gennadiy V. Kozlov
Doctor of engineering sciences, professor, director of Polytechnic Institute of Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Татьяна Николаевна Иванова
доктор технических наук, профессор, старший научный сотрудник отдела моделирования и синтеза технологических структур, Институт механики, Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (Россия, г. Ижевск, ул. им. Татьяны Барамзиной, 34); профессор кафедры автоматизации информационных и инженерных технологий, Чайковский филиал ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (Россия, г. Чайковский, ул. Ленина, 73)
E-mail: rsg078829@mail.ru
Александр Юрьевич Муйземнек доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и прикладной механики и графики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: muyzemnek@yandex.ru
Tat'yana N. Ivanova
Doctor of engineering sciences, professor, senior staff scientist of the department of modeling and synthesis of technological structures, Institute of Mechanics, Udmurt Federal Research Center of Ural branch of the Russian Academy of Sciences (34 Tatyany Baramzinoy street, Izhevsk, Russia); professor of the sub-department of automation of information and engineering technologies, Tchaikovsky branch of the Perm National Research Polytechnic University (73 Lenina street, Tchaikovsky, Russia)
Aleksandr Yu. Muyzemnek Doctor of engineering sciences, professor, head of the sub-department of theoretical and applied mechanics and graphics, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Поступила в редакцию / Received 02.11.2022
Поступила после рецензирования и доработки / Revised 27.11.2022 Принята к публикации / Accepted 20.12.2022
