[發(fā)明專利]一種獲取機(jī)床主軸系統(tǒng)功率的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610210667.3
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105785924B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高棟;尚振東;路勇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械制造、電機(jī)與驅(qū)動等領(lǐng)域，尤其涉及一種針對機(jī)床主軸功率計算方法。

背景技術(shù)

從1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》到2005年《京都議定書》，碳排放、碳關(guān)稅、碳交易等正在逐漸成為國際貿(mào)易中新的貿(mào)易壁壘。歐盟的“20/20/20by 2020”原則、德國的“能量觀點(diǎn)2050”都提出了明確的節(jié)能減排目標(biāo)；美國出臺《限量及交易法案》和《清潔能源安全法案》對未達(dá)到美國碳排放標(biāo)準(zhǔn)的排放密集型產(chǎn)品征收高額懲罰性關(guān)稅；ISO14955標(biāo)準(zhǔn)專門針對機(jī)床環(huán)境影響評價指定，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)床能耗，使機(jī)床能耗指標(biāo)成為了機(jī)床的市場準(zhǔn)入門檻，目前已發(fā)布兩部分，其余部分正在制定中；歐盟能效指令 2011/65/EU規(guī)定所有在歐洲銷售的電子產(chǎn)品必須達(dá)到節(jié)能要求，機(jī)床產(chǎn)品在該指令目錄中位列第三。由此可見對機(jī)床的能耗進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測意義重大。

中國作為全球最大的機(jī)床生產(chǎn)和消費(fèi)國，機(jī)床保有量巨大，而眾多研究表明，機(jī)床的能效低于30％，節(jié)能潛力巨大。機(jī)床耗能主要為電能，根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)，機(jī)床的能耗主要由機(jī)床冷卻和潤滑等的液壓泵站、機(jī)床主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、切削過程、照明和空調(diào)系統(tǒng)分擔(dān)，其中液壓泵站、照明和空調(diào)系統(tǒng)的能耗對給定機(jī)床可認(rèn)為是恒定值，占機(jī)床總能耗比例最大，其次為機(jī)床主軸系統(tǒng)。但主軸系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗特性影響因素眾多，所以對其建模和理論計算較為復(fù)雜，目前常見的方法為直接利用轉(zhuǎn)速實(shí)測然后通過數(shù)據(jù)擬合得到主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率之間的關(guān)系，但這僅對于現(xiàn)有的機(jī)床適用，在機(jī)床設(shè)計階段無法通過此方法來預(yù)測機(jī)床能耗是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，也無法針對性的對機(jī)床能耗進(jìn)行改進(jìn)。

專利CN102179727B公開了一種機(jī)床主傳動系統(tǒng)加工過程能耗信息在線檢測方法，專利CN102637014B公開了一種數(shù)控機(jī)床加工過程機(jī)電主傳動系統(tǒng)能量效率獲取方法，專利 CN102744649B公開了一種數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)非切削能耗獲取方法，專利CN103921173A 公開了一種變頻調(diào)速數(shù)控機(jī)床主軸電機(jī)輸出功率的在線檢測方法，專利CN104020721A公開了一種數(shù)控機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)加速功率能耗的獲取和節(jié)能控制方法，但這些發(fā)明中的方法都是針對現(xiàn)有機(jī)床建立，且對于機(jī)床具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)等反應(yīng)較少，對設(shè)計階段或者需要進(jìn)行節(jié)能改進(jìn)的機(jī)床研究參考意義有限，同時這些發(fā)明也表明了對機(jī)床主軸系統(tǒng)能耗進(jìn)行研究的重要意義。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)不能充分滿足在設(shè)計階段對機(jī)床能耗進(jìn)行預(yù)測和機(jī)床節(jié)能設(shè)計及節(jié)能改造的要求，所以建立與機(jī)床設(shè)計參數(shù)相關(guān)，方便機(jī)床節(jié)能設(shè)計和節(jié)能改造的主軸能耗模型是降低機(jī)床環(huán)境影響過程中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有獲得主軸系統(tǒng)功率的方法不能滿足在設(shè)計階段對機(jī)床能耗進(jìn)行預(yù)測和機(jī)床節(jié)能設(shè)計及節(jié)能改造的要求的問題，本發(fā)明提供一種獲取機(jī)床主軸系統(tǒng)功率的方法。

本發(fā)明的一種獲取機(jī)床主軸系統(tǒng)功率的方法，所述方法包括：

步驟一：將主軸系統(tǒng)分為主軸電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

步驟二：對機(jī)床主軸系統(tǒng)功率流進(jìn)行分析，獲得主軸系統(tǒng)功率P_SR為：

P_SR＝P_sd-loss+P_sm-loss+P_sm-out公式一；

式中，P_sd-loss為主軸電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的功率損耗，P_sm-loss為主軸電機(jī)自身的功率損耗， P_sm-out為主軸電機(jī)的輸出功率，P_sm-out等于主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)的功率P_spin-mec。

所述主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)的功率P_spin-mec的獲取方法為：

將主軸電機(jī)輸出軸作為主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)的等效構(gòu)件，將主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)的摩擦力作為主動阻力或驅(qū)動力，由于P_spin-mec＝P_sm-out，所述主軸機(jī)械傳動系統(tǒng)的功率P_spin-mec為：

P_spin-mec(t)＝J_spin-eω(t_end)α(t_end)-J_spin-eω(t_start)α(t_start)+T_spin-ef(ω)ω(t)+P_MR(t) 公式二