[发明专利]一种机床能效快速定量测试方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造、机床、能耗监管领域，尤其涉及一种机床能效快速定量测试方法。

背景技术

机床作为工业生产的母机，数量众多，消耗能量巨大，同时由于其能效水平整体较低，所以具有巨大的节能潜力。对现有机床进行有效的监管和使用过程优化、在机床设计和验证阶段对机床能耗进行评估等都需要快速定量检测机床能效特性。研究机床能耗特性，有LCA方法，输入输出模型方法，层次分析法等，但这些方法不易同时满足机床监管人员、设计人员和使用人员对机床能效的需求。针对以上困难，本发明提出了一种基于机床空载能耗测试和基础特征加工的机床能效快速定量测试方法。

Dietmair在研究机床能耗建模与预测方法时利用数控机床加工了其所在机构的名字作为测试样件，计算了机床能耗。日本标准协会(JSA)制定了标准TSB 0024——机床电能消耗测试方法，共有四部分，分别针对加工中心、数控车床和车削中心、卧式磨床和往复式工作台型平面磨床、外圆磨床，该标准针对不同类型和大小的机床设计了相应的测试样件，但是该标准所提出的方法并不适合不同机床生产商所生产的机床能耗对比。Behrendt等人在JIS TS B 0024-1:2010基础上设计了一种新的机床能耗测试样件，但是并没有给出该样件的设计准则和设计方法。2013年，Behnood Afsharizand和杨增光在已有研究基础上分别设计了不同的标准样件，针对所研究的机床进行了能耗测试，但是也没有给出设计所用样件的设计方法或设计准则。这些文献表明已有不少学者对利用样件快速测试机床能效进行了研究，体现了利用设定好的流程或方法来进行机床能效测试的思想，但目前缺乏公认的机床能效测试样件或流程，并且已有的方法大多只关注于设定的样件加工总能耗，对加工过程中的能耗与机床能效特性的关系研究不足，不能全面测试机床能效特性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有不能全面测试机床能效特性的问题，提供一种机床能效快速定量测试方法。

本发明的一种机床能效快速定量测试方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：关闭机床所有子系统和总电源开关，准备检测待测试机床；

步骤二：顺次启动机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率；

步骤三：充分预热机床后顺次关闭机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得充分预热后的各恒值能耗子系统功率；

步骤四：根据初步预热后的各恒值能耗子系统功率和充分预热后的各恒值能耗子系统功率，获得机床单个恒值能耗子系统的平均功率和机床所有恒值能耗子系统的平均总功率；

步骤五：根据获得的机床恒值能耗子系统的平均总功率，运行机床空载运动组合，测试不同空载参数下机床功率，分别获得主轴空转功率特性、单个进给轴功率特性、回转工作台功率特性和插补进给功率特性；

步骤六：按照工艺加工功率测试功能样件，获得加工基础特征时的机床功率特性和加工任意特征时的机床功率特性。

步骤二中，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率的方法：

首先，打开机床使各系统处于运行状态，初步预热机床，然后关闭机床除控制系统外的所有能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间启动一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为初步预热后各恒值能耗子系统功率。

步骤三中，获得充分预热各后的恒值能耗子系统功率的方法为：

待机床充分预热后，关闭所有机床可变能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间关闭一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为充分预热后的各恒值能耗子系统功率。

所述步骤四中，获得单个恒值能耗子系统的平均功率的方法：

第i个恒值能耗子系统的平均功率P_cons-i：

其中，P_0i为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率，P_0i-1为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统前机床功率，P_3i-1为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统前的机床功率，P_3i为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率；

获得机床所有恒值能耗子系统的平均总功率P_cons：

P_cons＝∑P_cons-i。

获得主轴空转功率特性的方法：