[发明专利]一种基于㶲分析的数控机床综合能效测试方法

说明书

本发明公开了一种基于分析的数控机床综合能效测试方法，步骤包括：1)获取待测数控机床加工工件时的参数；2)建立数控机床多源能耗模型；3)建立数控机床整机的效率模型；4)计算待测试的数控机床整机的效率与工件材料去除对应的机械效率；5)建立数控机床驱动系统与辅助系统的效率模型；6)建立数控机床驱动系统与辅助系统的损失比率模型；7)判断出数控机床驱动系统与各辅助系统损失比率对数控机床整机效率的影响程度；本发明有效解决了工件材料去除与机床热误差控制的干切数控机床综合能效评估问题，从而实现干切数控机床能效的合理、准确评估。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种基于分析的数控机床综合能效测试方法。

背景技术

数控机床是基础性的高端制造装备，近年来其能效受到广泛关注，是绿色制造领域的重要学术热点和技术创新前沿。但对于干切数控机床而言，机床绝大部分能耗主要是用于控制机床的温度场和热误差，如冷却、润滑、恒温控制等，这部分能耗对保证机床的加工精度与精度一致性至关重要，但目前的能效研究均将机床冷却、润滑、恒温控制等辅助系统的能耗视为辅助能耗。为了实现干切数控机床的绿色精密发展，除了去除工件材料的能耗外，用于控制机床热误差的能耗也有应被视为有用能耗，开展干切数控机床综合能效评估。

干切数控机床热误差控制相关能耗与机床内部的热能密切相关，即机床辅助系统通过消耗电能来冷却和循环辅助介质以降低机床内部的热能产生并带走部分热能，从而实现对机床热误差的控制。但由于电能、机械能与热能的品质不同，电能和机械能属于“高品质能量”，而热能属于“低品质能量”，其能量转换遵守热力学第二定律，现有基于能量守恒的能效方法无法适用于机床电能-机械能-热能的综合评估，因此，干切数控机床电能-机械能-热能的综合能效评估问题亟待解决，而目前尚未报道关于数控机床电能-机械能-热能综合能效的测试方法。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于分析的数控机床综合能效测试方法，包括如下步骤：

1)获取待测数控机床加工工件时的参数。

2)建立数控机床多源能耗模型。

3)建立数控机床整机的效率模型，数控机床整机的效率模型为：

式(1)中，为工件材料去除对应的机械率，为数控机床中液压油循环对应的热率，为数控机床中润滑油循环对应的热率，为数控机床中压缩空气强制对流换热对应的热率，为数控机床内部热空气交换对应的流动率，为数控机床自然对流换热对应的热率，为数控机床驱动系统的电输入速率，为数控机床辅助系统的电输入速率。

4)计算待测试的数控机床整机的效率ε_tot与工件材料去除对应的机械效率ε_me，并将ε_tot与ε_me的差值记为机床热误差调控能效。

其中，工件材料去除对应的机械效率ε_me计算公式如下：

5)建立数控机床驱动系统与辅助系统的效率模型，并计算出待测试的数控机床的驱动系统效率ε_drive与第k个辅助系统效率ε_aux,k，数控机床驱动系统与第k个辅助系统的效率模型为：

式(14)中，为数控机床中第k个辅助系统对应的辅助介质热率，为数控机床中第k个辅助系统的电输入速率。

6)建立数控机床驱动系统与辅助系统的损失比率模型，计算出待测试的数控机床的驱动系统损失比率y_drive与第k个辅助系统损失比率y_aux,k，数控机床驱动系统与第k个辅助系统的损失比率模型为：