[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

本發明公開了一種數控機床的固有能效要素函數獲取系統，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、有效性驗證模塊與功率傳感器。NC代碼生成模塊用于根據待測數控機床信息與測試參數生成控制待測數控機床運行的NC代碼；現場測試管理模塊用于解析功率傳感器功率數據信息并生成數控機床在各個測試運行過程的各個輸入功率集合；數據分析模塊用于根據輸入功率集合生成數控機床及其能耗子系統的固有能效要素函數。本發明還公開了數控機床固有能效要素的獲取方法。本發明解決了數控機床固有能效要素檢測過程困難、檢測數據不全、數據處理繁雜等問題，可為新機床能效評價、舊機床能效提升中提供技術支持。

技術領域

本發明涉及機械加工技術領域，尤其是一種用于數控機床的固有能效要素獲取系統與獲取方法。

背景技術

數控機床是一種以機床為主體的典型制造系統。由于數控機床量大面廣、能量消耗總量巨大、但能量效率很低，并且過去重視不夠；因此，如何提升數控機床能量效率正在國際上迅速興起。我們近年研究發現：不同數控機床能量效率不同的根本原因在于它們的固有能效要素不同；而且，該固有能效要素產生于機械加工制造系統的設計和組建階段，并作用于機械加工制造系統的服役階段。因此，如何在設計和組建階段優化機械加工制造系統的固有能效要素成為了當前提升數控機床能量效率的一個研究重點；這同時迫切需要系統性地獲取數控機床固有能效要素，為數控機床能量效率提升提供支持。

近年來國內外研究人員針對數控機床的能耗主體-機床的主軸系統和進給軸系統的功率和能耗及其檢測進行了大量研究。文獻“Lv,J.,et al.,Experimental study onenergy consumption of computer numerical control machine tools.Journal ofCleaner Production,2016.112:p.3864-3874.”、文獻“Rief,M.,B.Karpuschewski,and E.Evaluation and modeling of the energy demand during machining.CIRPJournal of Manufacturing Science and Technology,2017.19:p.62-71.”以及文獻“Aramcharoen,A.and P.T.Mativenga,Critical factors in energy demand modellingfor CNC milling and impact of toolpath strategy.Journal of CleanerProduction,2014.78:p.63-74.”的研究指出：不同機床的主軸系統具有不同的空載能耗特性；特別地，很多主軸的空載功率是一個與主軸轉速呈分段二次曲線關系。發明專利“一種數控車床主傳動系統非切削能耗獲取方法”(ZL201210240326.2)公開了一種計算主軸空轉和主軸加速的功率和能耗值的方法；該方法需要開展多次實驗，以獲得主傳動系統變頻器和主軸電機空載功率、主軸空轉摩擦轉矩、主傳動系統轉動慣量以及主軸角加速度等系數，并采用了一元線性回歸分析來建立主軸空載功率函數。發明專利“數控機床主軸旋轉加速功率能耗的獲取和節能控制方法”(ZL201410095872.0)公開了一種獲取數控機床主軸旋轉加工功率和能耗的方法；該方法需要多次測量和記錄主軸旋轉功率和能耗，并且需要人工繪制實驗所得的功率-轉速曲線圖；通過觀察曲線斜率變化來確定分段一次線性回歸分析的分段點。發明專利“數控機床快進快退功率和能耗的獲取及控制方法”(ZL201410083510.X)公布了一種根據進給運動功率、進給加速度、進給減速度、進給臨界距離、進給距離等參數計算快進快退能耗的方法；該方法需要多次檢測和記錄進給運動功率，以建立進給運動功率與進給速度的關系。發明專利“數控機床鉆削過程功率及能耗獲取與節能控制方法”(201711285982.3)公布了一種基于機床待機功率、噴切削液功率、主軸旋轉功率以及Z軸進給功率的機床鉆削功率和能耗的預測方法；該方法需要多次檢測和記錄主軸旋轉功率和Z軸進給功率，然后采用一次線性回歸擬合主軸旋轉功率，并采用二次多項式擬合Z軸進給功率。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”(201810024999.1)公布了一種數控車床自動換刀過程能耗預測方法；該方法需要多次測量和記錄換刀時間，以建立自動換刀時間的預測模型。