[发明专利]一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法

说明书

技术领域

本发明属于铣削加工技术领域，更具体地，涉及一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法。 

背景技术

机械加工的过程，是一个不断耗能的过程。人们在加工过程中往往只从得到满意的产品质量出发，注重产品的加工性和工艺性，而忽视了本产品加工过程中的能耗问题。在当前节能减排，绿色环保的时代背景下，目前有大量的国际组织、高校和企业团体对机床机械加工过程中的能量消耗进行了深入的研究。在我国，以机床为主体的机械加工量大面广，节能潜力巨大，对机床机械加工过程实施节能优化，降低机床的能耗俨然成为当前机床节能技术领域的重点。工件加工的能耗预测是机床加工过程中能量消耗问题的重要组成部分，对于能耗定额、能量效率评价、能源消耗管理与机床节能研究等一系列问题有着重要的支撑作用，因此对机床加工过程中能耗预测的研究有着广泛而深远的意义。 

针对机床加工过程中能耗确定及相关预测的技术问题，现有技术中已经提出了一些解决方案。例如，CN102621932A中提出了一种数控机床服役过程的能量消耗预测方法，其中通过将数控机床服役过程分为启动子过程、空载子过程、加工子过程，并分别建立起各自的能量预测模型，通过对三个子过程模型的求解得出总的能耗；CN103235554A中提出了一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其通过对数控车床加工工件的NC代码进行解析，然后结合数控车床各耗能部件的能耗特征，分别建立各耗能部件的能耗模型，由此通过对NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参 数以及各耗能部件基础功率数据信息输入到各耗能部件的能耗模型中，即可获得各耗能部件的能耗以及加工工件能耗。 

然而，进一步的研究表明，上述现有技术主要集中在对数控车床的能耗预测及计算方面，却并未涉及到数控铣床。事实上，对于数控铣床加工过程而言，由于其工件的能耗通常由很多复杂的因素组成，加工过程中的能量消耗与流动极其复杂且随着加工环境、加工参数的变化而呈动态变化，而且各进给轴工作的时间由于刀具走刀轨迹的不同而导致其工作时间难以准确获取，因此在实践工作中往往更为难以执行能耗计算及预测操作。尤其是，现有技术在加工过程中时间参数的获取上，特别是进给系统时间参数的获取上并未给出便于操作的方式，导致其在实践中的可实施性较差，操作起来较难且相当费时。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法，其中通过结合数控铣床自身的工艺特点来构建特定的能耗预测模式，并基于铣削加工过程中各工序的时间参数来执行能耗预测操作，相应能够准确、快捷地获取铣床加工过程的整体能耗及各个工序的能耗量；尤其是，通过结合机床走刀轨迹因素来对其工作时间参数进行分类计算，能够进一步提高时间参数的计算准确性，并尤其适用于数控铣床的能耗预测处理过程。 

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤： 

(a)为数控铣床的加工过程建立如下的能耗预测模型，其中E表示数控铣床整个加工过程的总能耗，i表示加工过程中各组成工序的序号，p表示所有组成工序的总数量，E_Si、E_Ki分别表示第i道工序中所消耗的与负载相关的能耗和与负载无关的能耗；P_ui、P_ai和P_ci分别表示第i道工序中数控 铣床主传动系统的空载功率、附加功率和切削功率，t_u1、t_u2分别表示所述主传动系统的空载开始和结束时间，t_e1、t_e2分别表示所述主传动系统的铣削加工开始和结束时间，P_xi、P_yi、P_zi分别表示第i道工序中数控铣床进给系统的X进给轴、Y进给轴和Z进给轴各自的进给功率，t_x开始、t_x结束分别表示所述X进给轴的工作开始和结束时间，t_y开始、t_y结束分别表示所述Y进给轴的工作开始和结束时间，t_z开始、t_z结束分别表示所述Z进给轴的工作开始和结束时间：