[發明專利]數控車床多工位回轉刀架自動換刀能耗準確預測方法

有效

• 申請號: 201810024999.1
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108320049B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 賈順;袁清和;姚文喜;聶鵬輝;靳震震
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/04
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

1.一種數控車床多工位回轉刀架自動換刀過程能耗準確預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，根據數控車床多工位回轉刀架的當前刀位號和目標刀位號，確定旋轉刀位數。由于數控車床多工位回轉刀架普遍采用單向順序旋轉方式，因此旋轉刀位數計算公式可表示為：

其中：Δ表示回轉刀架旋轉刀位數，T_t表示回轉刀架目標刀位號，T_i表示回轉刀架當前刀位號，T_p表示回轉刀架總刀位數；

步驟2，測量獲取數控車床多個不同旋轉刀位數Δ₁,Δ₂,…Δ_N下的自動換刀持續時間值t_tc1,t_tc2,…t_tcN，其中，Δ₁表示第1個旋轉刀位數，Δ₂表示第2個旋轉刀位數，Δ_N表示第N個旋轉刀位數，t_tc1表示在第1個旋轉刀位數下自動換刀持續時間值，t_tc2表示在第2個旋轉刀位數下自動換刀持續時間值，t_tcN表示在第N個旋轉刀位數下自動換刀持續時間值；

步驟3，根據獲取得到多組不同旋轉刀位數下的自動換刀持續時間，以旋轉刀位數Δ為自變量，以自動換刀持續時間t_tc為響應變量進行數據擬合，建立自動換刀持續時間的計算模型，其模型表示為：

其中：t_tc表示自動換刀持續時間，Δ表示回轉刀架旋轉刀位數，α,β表示公式中的系數；

步驟4，通過采集多個機床基本模塊功率并求平均值得到機床基本模塊功率，其功率計算公式表示為：

其中：P_basic表示機床基本模塊功率，P_{basic_i}機床基本模塊功率第i個測量值；N_b表示機床基本模塊功率測量值總個數；

步驟5，基于已獲得的機床基本模塊功率和自動換刀持續時間計算獲得數控車床執行自動換刀過程中的機床基本模塊能耗，其計算公式如下：

E_basic＝P_basic×t_tc

其中：E_basic表示數控車床執行自動換刀過程中的機床基本模塊能耗，P_basic表示機床基本模塊功率，t_tc表示自動換刀持續時間；

步驟6，通過采集多個換刀裝置穩態功率并求平均值得到數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置穩態功率，其計算公式如下：

其中：P_ms表示換刀裝置穩態功率，P_{ms,Δ_j}表示回轉刀架旋轉刀位數為Δ時換刀裝置穩態功率第j個測量值；N_sΔ表示回轉刀架旋轉刀位數為Δ時換刀裝置穩態功率測量值的總個數；

步驟7，基于已獲得的換刀裝置穩態功率和自動換刀持續時間計算獲得數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置穩態模塊能耗，其計算公式如下：

E_ms＝P_ms×t_tc

其中：E_ms表示數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置穩態能耗，P_ms表示換刀裝置穩態功率，t_tc表示自動換刀持續時間；

步驟8，通過獲得數控車床執行自動換刀過程中所有功率峰值引起的能耗，累加獲得換刀裝置瞬態能耗，其計算公式如下：

其中：E_mt表示數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置瞬態能耗，Δ表示回轉刀架旋轉刀位數，E_{mt,Δ_u}表示回轉刀架旋轉刀位數為Δ時第u個功率峰值引起的能耗，N_Δ表示回轉刀架旋轉刀位數為Δ時功率峰值的總個數；

步驟9，基于已獲得的數控車床自動換刀過程中的機床基本模塊能耗、換刀裝置穩態能耗和換刀裝置瞬態能耗，計算得到自動換刀過程能耗，其計算公式如下：

E_tc＝E_basic+E_ms+E_mt

其中：E_tc表示數控車床多工位回轉刀架自動換刀過程能耗，E_basic表示數控車床執行自動換刀過程中的機床基本模塊能耗，E_ms表示數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置穩態能耗，E_mt表示數控車床執行自動換刀過程中的換刀裝置瞬態能耗。

2.如權利要求1所述一種數控車床多工位回轉刀架自動換刀過程能耗準確預測方法，其特征在于，在步驟6中，回轉刀架旋轉刀位數為Δ時換刀裝置穩態功率第j個測量值的采集方法為：采集旋轉刀位數為Δ時自動換刀過程中的第j個機床穩態功率P_{mst,Δ_j}，進一步減去機床基本模塊功率P_basic得到該轉速下主軸旋轉功率，表示為：

P_{ms,Δ_j}＝P_{mst,Δ_j}-P_basic。