[发明专利]一种执行车削加工程序时数控车床能耗预测方法

说明书

本发明提供一种执行车削加工程序时数控车床能耗预测方法，采用以下步骤：1）测定数控车床待机功率，建立数控车床主轴空载功率计算模型，2）测定数控车床切削液泵功率、换刀能耗、换刀时间，3）建立数控车床能耗计算方法，4）根据车削加工程序、毛坯尺寸及工艺参数，计算执行车削加工程序时数控车床能耗。本发明与现有方法相比，其优点是：将数控车床能耗分为主轴空载能耗、切削能耗、换刀能耗和待机能耗；分别考虑车削加工中各工序的主轴空载能耗、切削能耗；执行车削加工程序时数控车床能耗计算方法简单，预测精度高。该发明有助于优化工艺参数并编制节能的车削加工程序以降低数控车床能耗。

技术领域

本发明涉及一种数控车床能耗预测方法，特别是涉及一种执行车削加工程序时数控车床能耗预测方法。

背景技术

我国制造业的能源消耗占我国能源消耗总量的60%左右。我国是机床生产、消费第一大国，拥有世界第一的机床保有量，目前约800万台。如果我国各类机床的能效都提高1%，则带来的节能效益相当于几千万吨标准煤。

对现有的技术文献检索发现，刘飞等人在发明专利“一种数控机床服役过程的能量消耗预测方法”（2013年授权，专利号201210131766）中，建立了以启动、空载和加工三类子过程能耗预测为基础的数控机床服役过程能耗预测模型。刘献礼等人在学术期刊《哈尔滨理工大学学报》（2011年第1期：1-8）上发表的论文“机械制造中的低碳制造理论与技术”提出采用高速切削、干切削、微量润滑技术，选择轻量化、能量效率高的机床部件，减少数控机床待机时间，有利于减少机床能耗。

数控车床用途广泛，如果能根据车削加工程序、毛坯尺寸及工艺参数，简单准确的预测出执行该车削加工程序时数控车床能耗，对于研究如何优化工艺参数以降低数控车床能耗具有重要的指导意义，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、准确的执行车削加工程序时数控车床能耗预测方法。

其技术方案为：

采用以下步骤：1）测定数控车床待机功率，建立数控车床主轴空载功率计算模型，2）测定数控车床切削液泵功率、换刀能耗、换刀时间，3）建立数控车床能耗计算方法，4）根据车削加工程序、毛坯尺寸及工艺参数，计算执行车削加工程序时数控车床能耗。

其特征在于：

步骤1）中，数控车床开机后，在非加工状态即主轴电机、进给轴电机、切削液泵不工作时，用功率分析仪从数控车床总电源进线端测出待机功率P_idle，为常数。

在数控车床主轴额定转速n_max范围内，主轴转速从0 r/min开始每增加100 r/min，用功率分析仪在数控车床主轴电机进线端测出该主轴转速n(i)对应的主轴空载功率P_su(i)，其中i表示第i次测量值，将（n_max/100）的小数部分截去只保留整数，设为f，则1≤i≤f；根据数控车床主轴系统运动学特性，用二次曲线来拟合数控车床主轴转速n与主轴空载功率P_su之间关系：

P_su=a*n²+b*n+c (1)

其中，a、b、c为待定系数。

将数控车床主轴转速n(i)与测得的主轴空载功率P_su(i)代入公式（1），组成一个包括f个方程的超定方程组，基于最小二乘法计算待定系数a、b、c；将系数a、b、c代入公式（1）得到数控车床主轴空载功率计算模型。