[發明專利]變切削速率過程材料切削功率及能耗的獲取和節能控制方法

有效

• 申請號: 201410075748.8
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103901813A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 唐任仲;賈順;呂景祥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及機械加工工藝過程能耗預測技術領域，尤其涉及一種變切削速率過程材料切削功率及能耗的獲取和節能控制方法。

背景技術

制造業已成為當今能源消耗和碳排放的主要來源之一，制造業節能減排問題已經引起政府、企業和高校研究組織的廣泛關注。機械加工工藝作為制造業的一種主要加工方法，其能量消耗在制造業總體能量消耗中占有較大的比重。因而，迫切需要對機械加工工藝過程的能耗進行建模，為機械加工工藝能量優化和節能奠定基礎，進一步推進制造業節能減排工作地開展。

根據切削速率的變化特性，機械加工過程可以分為恒切削速率過程和變切削速率過程。恒切削速率過程為切削要素保持恒定的切削過程（如：車外圓、銑平面等）。變切削速率過程為至少有一個切削要素（切削速度v_c，進給量f，切削深度a_p）發生變化的切削過程（車端面、切槽）。恒切削速率過程的切削功率也是一個穩定值，而變切削速率過程的功率是隨時間動態變化的，比恒切削速率過程的功率特性更加復雜。但是專門探討變切削速率過程切削功率和能耗的研究卻少有報道。變切削速率過程的材料切削功率與切削要素、機床機械傳動、電機功率損耗等相關，功率特性復雜，變化規律多樣，與切削要素的變化特性密切相關。目前缺乏一種有效地獲取變切削速率過程動態切削功率和能耗的實用方法。

發明內容

為了對變切削速率過程中功率和能耗進行較為精確的預測，本發明提供了一種方法，以便能夠在進行切削之前獲取變切削速率過程的功率和能耗的預測值，并根據預測結果進行節能控制。

一種變切削速率過程材料切削功率及能耗的獲取和節能控制方法，包括如下步驟：

步驟1，獲取切削要素的取值組合，針對每種取值組合，先進行空走刀并實時采集機床的空走刀功率，再按照相同的切削要素取值組合進行切削，將該取值組合對應的變切削速率過程分為等時間間距的若干子區間，并實時采集各個子區間機床的切削功率；

步驟2，對于每個子區間，根據空走刀功率以及該子區間的切削功率獲取該子區間的材料切削功率；

步驟3，將所有子區間材料切削功率以及對應的切削要素的取值代入公式：

PMcut_j‾=λ·vcj‾α·fj‾β·apj‾γ;]]>

將所得到的所有計算公式進行曲線擬合，得到λ、α、β以及γ取值；其中，對于第i組取值組合所對應的變切削速率過程中第j個子區間，表示該子區間的平均材料切削功率，該子區間的平均切削速度該子區間的平均進給量以及該子區間的平均切削深度為切削要素取值；

步驟4，根據各個切削要素關于時間的函數，得到變切削速率過程的材料切削功率計算公式：P_Mcut(t)=λ·v_c(t)^α·f(t)^β·a_p(t)^γ，其中v_c(t)為切削速度關于時間的函數；f(t)為進給量關于時間的函數；a_p(t)為切削深度關于時間的函數

進一步得到變切削速率過程的能耗計算公式：