[发明专利]变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工工艺过程能耗预测技术领域，尤其涉及一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法。

背景技术

制造业已成为当今能源消耗和碳排放的主要来源之一，制造业节能减排问题已经引起政府、企业和高校研究组织的广泛关注。机械加工工艺作为制造业的一种主要加工方法，其能量消耗在制造业总体能量消耗中占有较大的比重。因而，迫切需要对机械加工工艺过程的能耗进行建模，为机械加工工艺能量优化和节能奠定基础，进一步推进制造业节能减排工作地开展。

根据切削速率的变化特性，机械加工过程可以分为恒切削速率过程和变切削速率过程。恒切削速率过程为切削要素保持恒定的切削过程（如：车外圆、铣平面等）。变切削速率过程为至少有一个切削要素（切削速度v_c，进给量f，切削深度a_p）发生变化的切削过程（车端面、切槽）。恒切削速率过程的切削功率也是一个稳定值，而变切削速率过程的功率是随时间动态变化的，比恒切削速率过程的功率特性更加复杂。但是专门探讨变切削速率过程切削功率和能耗的研究却少有报道。变切削速率过程的材料切削功率与切削要素、机床机械传动、电机功率损耗等相关，功率特性复杂，变化规律多样，与切削要素的变化特性密切相关。目前缺乏一种有效地获取变切削速率过程动态切削功率和能耗的实用方法。

发明内容

为了对变切削速率过程中功率和能耗进行较为精确的预测，本发明提供了一种方法，以便能够在进行切削之前获取变切削速率过程的功率和能耗的预测值，并根据预测结果进行节能控制。

一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，包括如下步骤：

步骤1，获取切削要素的取值组合，针对每种取值组合，先进行空走刀并实时采集机床的空走刀功率，再按照相同的切削要素取值组合进行切削，将该取值组合对应的变切削速率过程分为等时间间距的若干子区间，并实时采集各个子区间机床的切削功率；

步骤2，对于每个子区间，根据空走刀功率以及该子区间的切削功率获取该子区间的材料切削功率；

步骤3，将所有子区间材料切削功率以及对应的切削要素的取值代入公式：

PMcut_j‾=λ·vcj‾α·fj‾β·apj‾γ;]]>

将所得到的所有计算公式进行曲线拟合，得到λ、α、β以及γ取值；其中，对于第i组取值组合所对应的变切削速率过程中第j个子区间，表示该子区间的平均材料切削功率，该子区间的平均切削速度该子区间的平均进给量以及该子区间的平均切削深度为切削要素取值；

步骤4，根据各个切削要素关于时间的函数，得到变切削速率过程的材料切削功率计算公式：P_Mcut(t)=λ·v_c(t)^α·f(t)^β·a_p(t)^γ，其中v_c(t)为切削速度关于时间的函数；f(t)为进给量关于时间的函数；a_p(t)为切削深度关于时间的函数

进一步得到变切削速率过程的能耗计算公式：