[發明專利]數控機床的固有能效要素函數獲取系統與獲取方法

有效

• 申請號: 201910087195.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109753017B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 劉培基;劉飛;庹軍波
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

1.一種數控機床的固有能效要素函數獲取系統，所述數控機床包括以下能耗子系統：數控系統、主軸系統、進給軸系統、自動換刀系統以及輔助系統子系統，其特征在于：包括設備信息管理模塊、測試參數設置模塊、NC代碼生成模塊、現場測試管理模塊、數據分析模塊與用于安裝在待測數控機床上并獲取待測數控機床運行功率數據的功率傳感器；

設備信息管理模塊用于錄入待測數控機床的基礎信息、主軸系統信息、進給軸系統信息、自動換刀系統信息以及輔助系統信息；

測試參數設置模塊用于設置包括狀態運行時長t_o、狀態切換標志時長t_d、狀態切換延遲時長t_dc、測試樣本數量N_tr以及進給軸的初始距離d_I-o在內的測試參數；

NC代碼生成模塊用于根據測試參數與待測數控機床的基礎信息、主軸系統信息、進給軸系統信息、換刀系統信息以及輔助系統信息生成控制待測數控機床運行的NC代碼；所述NC代碼包括用于在測試過程中控制主軸系統運行的NC代碼、用于在測試過程中控制進給軸系統運行的NC代碼、用于在測試過程中控制自動換刀系統運行的NC代碼以及用于在測試過程中控制輔助系統運行的NC代碼；

現場測試管理模塊用于設置功率傳感器參數、讀取功率傳感器的功率數據信息、解析功率傳感器功率數據信息并生成功率集合；

數據分析模塊用于根據待測數控機床在測試運行過程中的功率集合生成各能耗子系統的固有能效要素函數，并根據各能耗子系統的固有能效要素函數生成數控機床各個運行階段的固有能效要素函數；通過離散建模法或離散建模法結合自適應擬合建模法建立各能耗子系統固有能效要素函數；將數據機床各運行階段中相應參與的能耗子系統的固有能效要素函數進行疊加來得到數控機床各運行階段的固有能效要素函數；

數據分析模塊中采用離散建模法建立數控機床各個能耗子系統的固有能效要素離散函數，包括以下步驟：

步驟2.1：為各個功率集合計算功率均值集合時長t_D與集合能耗E_D，按照如下通式：

其中，D表示功率集合，P_k表示功率集合D中的第k個元素，N_D表示功率集合D的元素個數，fs表示功率傳感器的采樣頻率；

步驟2.2：分別建立數控機床各個能耗子系統的以下固有能效要素離散函數：

數控機床在電源開啟過程的功耗P_SP：

其中，表示數控機床在電源開啟過程的功率集合D_SP的功率均值；

數控機床控制系統的功耗P_Cs：

其中，表示數控機床在數控系統運行過程的功率集合D_SC的功率均值；

數控機床輔助系統的功耗P_Au-i：

其中，表示數控機床在第i個輔助系統運行過程的功率集合D_Au-i的功率均值，1≤i≤N_Au；

數控機床主軸系統啟動過程的啟動時長和啟動能耗的離散函數C_S-PS：

其中，n表示主軸轉速，為自變量；t_S-PS和E_S-PS均為因變量，分別為主軸系統啟動時長和主軸系統啟動能耗；t_S-PS[i]為數控機床在第i個主軸轉速啟動過程的功率集合D_PS-i的運行時長，1≤i≤2N_tr；E_S-PS[i]的計算公式如下所示：

其中，E_in-PS[i]為數控機床在第i個主軸轉速啟動過程的功率集合D_PS-i的集合能耗，1≤i≤2N_tr；

數控機床主軸系統空運行過程的空載功率離散函數C_S-US：

其中，n表示主軸轉速，n為自變量；P_S-US表示主軸系統空運行過程的功率函數，P_S-US為因變量；P_S-US[i]的計算功率公式如下所示：

其中，為數控機床在第i主軸轉速空運行過程的功率集合D_US-i的均值功率，1≤i≤2N_tr個；

數控機床進給軸系統快進快退運行過程的快進快退時長和快進快退能耗的離散函數C_I-PF：

其中，下標I∈[X,Y,Z]，X、Y、Z分別表示機床的X軸、Y軸與Z軸；d_I-tr表示快進快退距離，為自變量；t_I-PF、E_I-PF均為因變量，t_I-PF表示快進快退時長，E_I-PF表示快進快退能耗；t_I-PF[i]為進給軸I在以第i個快進快退距離快進快退過程的功率集合D_I-PF-i的運行時長，1≤i≤N_tr；E_I-FF[i]的計算公式如下：

式中，E_in-I-PF[i]為進給軸I，I∈[X,Y,Z]在以第i個快進快退距離快進快退過程的功率集合D_I-PF-i的集合能耗，1≤i≤N_tr；

數控機床進給軸系統切削進給運行過程的進給功率離散函數C_I-UF：

其中，下標I∈[X,Y,Z]，X、Y、Z分別表示機床的X軸、Y軸與Z軸；cv_I-tr表示I軸切削進給速度，為自變量；P_I-UF表示I軸切削進給功率，為因變量；P_I-UF[i]的計算公式如下：

式中，為數控機床在進給軸I第i個切削進給速度切削進給過程的功率集合D_I-UF-i的均值功率；下標I∈[X,Y,Z]，1≤i≤N_tr；

數控機床換刀系統在換刀運行過程的換刀時長和換刀能耗的離散函數C_PT：

其中，n_t表示換刀刀位，為自變量；t_PT、E_PT均為因變量，t_PT表示換刀時長，E_PT表示換刀系統的換刀能耗；t_PT[n_t]為自動換刀系統換第n_t個刀位的刀具過程的功率集合D_PT-nt的運行時長；E_PT[n_t]的計算公式如下：

式中，E_in-PT[n_t]為自動換刀系統換第n_t個刀位的刀具過程的功率集合D_PT-nt的集合能耗，1≤n_t≤N_t。