[發明專利]一種數控機床服役過程的能量消耗預測方法

有效

• 申請號: 201210131766.4
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102621932A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉飛;劉霜;謝俊;王秋蓮
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明屬于機床控制技術領域，尤其涉及一種數控機床服役過程能量消耗預測新方法。

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背景技術

以機床為主體的機械加工系統量大面廣，節能潛力和環境減排潛力很大；機床的能耗預測是機床加工過程中能量消耗問題的重要組成部分，對于能耗定額制定、切削工藝參數節能性優化等一系列問題均有著重要支持作用；因此，對機床加工過程中能耗預測問題的研究正在全球迅速興起。Li，W等人建立了一種在加工條件下的能量預測模型，并通過實驗的方法來驗證了該模型的可靠性與準確性[3]；Dietmair?A等人提出了一種基于統計的離散時間制定的機床和工廠能源消耗通用建模方法，該方法可以直接用于規劃過程中，對不同場景下不同配置的能源消耗進行預測[4]；但以上這些方法都未考慮到機床的復雜的附加載荷損耗功率；Gutowski等人也對加工環境因素進行了一系列分析，介紹了加工過程理論能量消耗模型[5，6]，但他并未對其中各個參數進行很明確的定義，并不知道每個參數的值和具體推導過程。因此，以上這些方法都不能用于對數控機床服役過程的能量消耗的預測。

雖然現有文獻表明已有不少專家學者對機床能耗預測問題作了相應的研究，但能夠用于實際生產中的數控機床服役過程的能量預測的方法尚未找到，其主要原因是：數控機床本身是一個很復雜的系統，在整個服役過程中能量流動十分復雜，且形式多樣化，更重要的是其影響因素眾多。因此很難找到一個通用的模型來對其能量消耗進行預測。

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發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種機床服役過程能量消耗預測方法。通過該方法可以對機床整個服役過程的能耗進行比較準確的評估。

為實現以上目的，本發明采用了如下的技術手段：

1．一種數控機床服役過程的能量消耗預測方法，其特征為：將服役全過程分為啟動過程、空載過程、加工過程，并分別對三類子過程進行能量消耗預測，以此來得到機床整個服役過程的總能耗預測。其預測模型為：

其中：表示某服役過程的總能耗，表示該服役過程中各類子過程的個數，下標、、分別用以標識啟動過程、空載過程、加工過程，表示各子過程的序號。

2．啟動子過程的能量預測函數的建立：通過事先設定多個轉速點，測量各轉速下機床啟動能耗，并用一個關于轉速的二次函數來對所測得的能耗數據進行擬合，以此建立以轉速為變量的啟動能耗函數：。

3．空載子過程的功率函數的建立：事先測量出多個不同轉速下的空載功率，并用關于轉速的二次函數來對所測得的功率數據進行擬合，以此建立以轉速為變量的空載功率函數：。

4．??加工子過程能耗預測方法：加工子過程的能量預測模型為：

其中，所述空載功率函數和工藝轉速，可確定；根據工藝參數可確定；的確定方法見具體實施方法。

?相對于現有技術，本發明有如下有效果：

1、???????????只需知道加工過程中的各個切削用量以及每個過程的加工時間就可以求取出機床整個服役過程的能量消耗，該方法簡單易行，且對現有數控機床普遍適用。

2、???????????由本發明方法預測到的機床服役過程能耗信息，與機床服役過程中實際能耗之間的誤差不超過10%，而且該誤差多為隨機誤差，且誤差值在應用范圍之內，因此，在實際工作中有著很好的參考價值。

3、???????????本發明方法可用于機床能量效率獲取、機械加工過程中的能效評估、能耗監控、能量管理、機床能耗標定等，在實際中有著廣闊的應用前景。

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附圖說明

????圖1為數控機床服役過程能耗預測流程簡化示意圖；

圖2為案例零件毛坯圖；

　　圖3為機床啟動能耗函數曲線；

圖4為機床空載功率函數曲線。

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具體實施方式

本發明提出了一種數控機床服役過程能量預測方法，該方法是將數控機床服役過程分為啟動、空載、加工三類子過程，并分別對每類子過程進行能量預測。

本發明按上述思路建立機床服役過程機電主傳動系統能量消耗預測模型如下：

其中，表示某服役過程的總能耗，表示該服役過程中各子過程的個數，下標、、分別用以標識啟動過程、空載過程、加工過程，表示各子過程的序號。

1?基礎數據獲取

1.1系數、的獲取