[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

摘要

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。

主权项

1.一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，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Pidle，为常数；在数控车床主轴额定转速nmax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Psu(i)，其中i表示第i次测量值，将（nmax/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Psu之间关系：Psu=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Psu(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；步骤2）中，在数控车床待机状态，通切削液，测出数控车床功率，减去待机功率即为切削液泵功率Pcool；用功率分析仪在换刀系统电机进线端测出数控车床完整的一个换刀过程所用时间tchange，并测出一个换刀过程中换刀能耗Ecutter；步骤3）中，将车削加工程序执行过程中数控车床能耗Etotal分为主轴空载能耗Esu、切削能耗Ec、换刀能耗Etc和待机能耗Eidle，并且有：Esu=∑Psu(j)*t(j)                                            (2)其中，Psu(j)是第j个工序中主轴空载功率，t(j) 是第j个工序执行时间，1≤j≤e，e是车削加工中工序总数；Ec=∑[k0(j)*MRR(j)+Pcool)*t(j)]= ∑[k0(j)*Q(j)+ Pcool *t(j)]         (3)其中，k0(j)是第j个工序中切削经验系数，与工件材料和切削刀具有关，为常数；MRR(j) 是第j个工序中材料去除率；Q(j) 是第j个工序中去除材料体积；t(j) 是第j个工序执行时间；Etc= Ecutter *m                                              (4)其中，m是车削加工中换刀次数；Eidle=Pidle*ttotal                                             (5)其中，ttotal是执行车削加工程序总时间；则车削加工程序执行过程中数控车床能耗Etotal= Esu + Ec + Etc + Eidle =∑[Psu(j)*t(j)+ k0(j)*Q(j)+ Pcool *t(j)]+ Ecutter *m+ Pidle*ttotal   (6)步骤4）中，根据车削加工程序、毛坯尺寸及工艺参数，得到车削加工程序中总工序数、每个工序执行时间、每个工序去除材料体积、换刀次数、执行车削加工程序总时间，用公式（6）计算执行车削加工程序时数控车床能耗。