[发明专利]一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测方法

说明书

本发明公开了一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型，模型建立分为五部分，分别是建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工电参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型。本发明能在工艺设计阶段通过该能耗预测模型准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的，对线切割行业具有一定的理论和现实意义。

【技术领域】

本发明涉及电火花线切割加工的技术领域，特别是基于加工参数的电火花线切割能耗预测方法的技术领域。

【背景技术】

研究表明，工业消耗了大量的能量和资源，对环境造成巨大的负担。在世界范围内，工业部门的能源消耗占总能源消耗的37％，二氧化碳排放的17％，且该数据呈快速上升的趋势。其中，作为一种非传统的加工方式，电火花线切割加工在复杂几何形状和精度的材料加工中具有很大的优势，因此广泛应用于航空航天、汽车、医疗、工具和模具制造等行业。但与传统的加工方式相比，电火花线切割的能耗更大，且能耗几乎可以归结为加工过程中的电能消耗，近60％的环境影响源于电能的消耗。而且电火花线切割加工的能效很低，加工能耗仅占总能耗的64％(Gamage等，2016)，间隙火花放电能量仅占脉冲系统提供能量的51％(Fan等，2014)。

在世界范围内，特别是在传统制造业中，已经有了大量的研究工作来减少能源消耗和提高能源效率。一种基于工艺设计参数的低碳铸造工艺方法可以有效降低铸造过程中的碳排放(Zheng等，2018)。为了最小化机床的能耗，可对加工零件的特征进行排序(Hu等，2017)。同时，在对一种可持续加工的能量进行建模时，也需将操作者的能量消耗加入计算(Jia等，2018)。电火花切割机床占电火花加工机床总数的60％以上，中国每年生产电火花线切割机床3万多台，占世界工业的70％，高耗能，低能效成为电火花线切割机床的亟待解决的问题之一。为了进一步降低电火花线切割加工的能耗，需对电火花线切割加工能量的构成进行分析(Lai等，2018)，一种基于特征和事件的电火花线切割加工模型可以来描述加工过程(Zheng等，2018)。

电火花线切割加工的能耗很大程度上取决于加工参数的设置，同时加工参数的设置也会影响工件表面粗糙度和材料去除率。但是，在电火花线切割加工中，对不同加工参数下的能耗预估经常会被忽略。因此，本文提出了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测方法，能够准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的。

【发明内容】

为了填补现有技术中的空白，本发明提出一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测方法。在工艺设计阶段通过该能耗预测模型准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的，对线切割行业具有一定的理论和现实意义。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测方法，分为五部分：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型。

建立基于加工参数的电火花线切割能量预测方法具体包含以下步骤：

步骤一：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型E_WEDM-LS，E_WEDM-HS：