- 學位論文
CNC工具機單次加工行程加工能耗分析
Energy Consumption Analysis of CNC Tool Machining Per Tooling Path
摘要
本研究主要探討三軸CNC工具機的能耗特性，其中主要耗電馬達包括主軸馬達和三個伺服軸馬達。其他輔助馬達如冷卻液泵、自動換刀馬達、排屑馬達或液壓系統對機台總體耗電的影響相對較輕不列入考量。為了分析加工條件與耗電量之間的關係，我們專注於主軸馬達和伺服軸馬達的能耗。在考慮加工精度的同時，應根據馬達耗電特性選擇最佳的切削參數組合，以求得加工精度與耗電的優化組合。我們建立了功耗模型，旨在最佳化能源效率、成本和加工時間。實驗結果顯示，銑削過程的能量需求在很大程度上取決於主軸與進給運動之間的相互作用，以及切削參數和材料去除速率的選擇。 接著，我們使用田口實驗法，進行了L_9 (3^4 )直交表的實驗。透過計算訊雜比、繪製折線圖，以及最佳化實驗因子，並使用ANOVA分析表，來評估各因子對能耗的貢獻度。本研究的品質特性是望小性，即取得較小的電能消耗為佳。實驗結果顯示，在特定參數組合下，包括3,500 rpm的主軸轉速、1,000 mm/min的進給率，切削寬度7.0 mm以及切削深度1.5 mm時，可以耗費較低的能耗成本。ANOVA分析表證實了田口法的實驗結果，同時也顯示進給率因子對能耗成本的影響最大，約有74.38%的影響力，其次為切削寬度和主軸轉速。 總的來說，本研究旨在透過無切削負載實驗與有切削負載實驗，建立CNC加工機能耗的特性模型，並透過田口實驗法找出影響能耗的關鍵因素。未來的研究可以進一步探索其他加工因子對能耗的影響，並結合其他指標參數進行交叉比對，以進一步優化CNC加工機的能源效率，實現節能排碳的目標。
並列摘要
This study focuses on the energy consumption characteristics of a three-axis CNC machine tool, with the main power-consuming motors being the spindle motor and three servo axis motors. We establish a power consumption model aimed at optimizing energy efficiency, cost, and machining time. The experimental results indicate that the energy demand during milling largely depends on the interaction between the spindle and feed movements, as well as the choice of cutting parameters and material removal rate. Subsequently, using the Taguchi experimental method, we performed experiments and identified the spindle speed as the most influential factor on energy consumption. The results show that specific parameter combinations can achieve better energy consumption. The study aims to optimize CNC machine tool energy efficiency and promote energy conservation and carbon reduction.