[发明专利]数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法

说明书

本发明公布了一种数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测的方法。该方法依据数控机床服役过程主轴系统扭矩平衡方程，构建了面向在线监测的数控机床服役过程主轴系统能量效率模型。通过分析机床服役过程切削状况的电参数变化特性，提出了数控机床服役过程切削时段切削开始点和切削结束点的自动判别方法；最终提出了数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法。通过该方法，只需测量主轴系统的总输入功率以及主轴输入电流，以及根据所选机床转速便可实现对机床服役过程主轴系统能量效率的在线监测。该方法可以为机床加工过程能量效率提升、切削参数节能性优化等研究提供支持，具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及数控机床控制技术领域，特别涉及数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测的方法。

背景技术

以数控机床为能耗主体的机械加工系统量大面广，其能量消耗总量巨大，对环境的影响十分巨大。因此，如何降低数控机床运行过程的能量消耗，提升数控机床运行过程的能量效率已成为了全球共同关注的课题。英国政府在《英国低碳转化计划》中要求到2020年碳排放量在1990年基础上减少34％。2013年欧盟在《2030气候和能源框架》中指出，到2030年能量效率提高27％。美国于2014年提出建立专门机构关注能源密集型和数字信息密集型制造业的能源使用优化问题。我国在“中国制造2025”发展战略报告中指出到2020年，重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染排放明显下降。

针对能量效率提升，国内外许多专家做出了很多卓有成效的研究。Behrendt等提出了一种通过构建标准工件并根据标准实验条件下的测量结果来对数控机床的能量效率进行评价的方法；Diza等对端面铣削过程中切削参数对输入功率的影响特性，并构建了数控机床节能系统；Liu等加工过程中的节能调度方法进行了研究，提出了一种包括能耗最小化的多目标调度方法；He等提出了一种基于柔性制造车间的节能优化调度方法，该方法通过调度来实现减少数控机床操作过程的能量消耗和加工过程中的空载能耗；王秋莲等对机械加工系统的能量效率评价方法进行了研究，其中主要包括能量效率评价模型、能量效率评价特性及评价指标体系以及能量效率的评价方法。以上所述能效提升和管理方法都需要能量效率的在线监测为其提供决策支持。而由于实际加工过程中，其加工区域十分复杂，很难安装切削力测量仪等设备，因此通过直接测量其输入和输出来实现能量效率的监测就十分困难。

因此，本发明针对能量效率在线监测难这一现状，本发明提出一种数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法。该方法只需根据其选择切削参数，并实时测量数控机床的电信号，便可实现对其能量效率的在线监测。对于车间能效可视化及能量效率提升具有很好地支持作用，具有广泛的应用前景。

发明内容

针对目前机床能量效率在线监测的难题，本发明提出了一种数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法，包括如下步骤：

步骤1：

对数控机床进行一次性离线实验，以获取对应数控机床的运行特性参数和模型，一次性离线实验具体包括：

a.设置k组不同的转速对数控机床进行空载实验，分别测量并记录对应转速下的三相电流i_u,i_v,i_w，构建出等效空载电流关于转速的函数h(n)，表示为：

其中，I₀为等效空载电流，i_u0,i_v0,i_w0为等效空载电流I₀对应的三相电流；