[发明专利]数控机床的固有能效要素函数获取系统与获取方法

权利要求书

1.一种数控机床的固有能效要素函数获取系统，所述数控机床包括以下能耗子系统：数控系统、主轴系统、进给轴系统、自动换刀系统以及辅助系统子系统，其特征在于：包括设备信息管理模块、测试参数设置模块、NC代码生成模块、现场测试管理模块、数据分析模块与用于安装在待测数控机床上并获取待测数控机床运行功率数据的功率传感器；

设备信息管理模块用于录入待测数控机床的基础信息、主轴系统信息、进给轴系统信息、自动换刀系统信息以及辅助系统信息；

测试参数设置模块用于设置包括状态运行时长t_o、状态切换标志时长t_d、状态切换延迟时长t_dc、测试样本数量N_tr以及进给轴的初始距离d_I-o在内的测试参数；

NC代码生成模块用于根据测试参数与待测数控机床的基础信息、主轴系统信息、进给轴系统信息、换刀系统信息以及辅助系统信息生成控制待测数控机床运行的NC代码；所述NC代码包括用于在测试过程中控制主轴系统运行的NC代码、用于在测试过程中控制进给轴系统运行的NC代码、用于在测试过程中控制自动换刀系统运行的NC代码以及用于在测试过程中控制辅助系统运行的NC代码；

现场测试管理模块用于设置功率传感器参数、读取功率传感器的功率数据信息、解析功率传感器功率数据信息并生成功率集合；

数据分析模块用于根据待测数控机床在测试运行过程中的功率集合生成各能耗子系统的固有能效要素函数，并根据各能耗子系统的固有能效要素函数生成数控机床各个运行阶段的固有能效要素函数；通过离散建模法或离散建模法结合自适应拟合建模法建立各能耗子系统固有能效要素函数；将数据机床各运行阶段中相应参与的能耗子系统的固有能效要素函数进行叠加来得到数控机床各运行阶段的固有能效要素函数；

数据分析模块中采用离散建模法建立数控机床各个能耗子系统的固有能效要素离散函数，包括以下步骤：

步骤2.1：为各个功率集合计算功率均值集合时长t_D与集合能耗E_D，按照如下通式：

其中，D表示功率集合，P_k表示功率集合D中的第k个元素，N_D表示功率集合D的元素个数，fs表示功率传感器的采样频率；

步骤2.2：分别建立数控机床各个能耗子系统的以下固有能效要素离散函数：

数控机床在电源开启过程的功耗P_SP：

其中，表示数控机床在电源开启过程的功率集合D_SP的功率均值；

数控机床控制系统的功耗P_Cs：

其中，表示数控机床在数控系统运行过程的功率集合D_SC的功率均值；

数控机床辅助系统的功耗P_Au-i：

其中，表示数控机床在第i个辅助系统运行过程的功率集合D_Au-i的功率均值，1≤i≤N_Au；

数控机床主轴系统启动过程的启动时长和启动能耗的离散函数C_S-PS：

其中，n表示主轴转速，为自变量；t_S-PS和E_S-PS均为因变量，分别为主轴系统启动时长和主轴系统启动能耗；t_S-PS[i]为数控机床在第i个主轴转速启动过程的功率集合D_PS-i的运行时长，1≤i≤2N_tr；E_S-PS[i]的计算公式如下所示：

其中，E_in-PS[i]为数控机床在第i个主轴转速启动过程的功率集合D_PS-i的集合能耗，1≤i≤2N_tr；

数控机床主轴系统空运行过程的空载功率离散函数C_S-US：

其中，n表示主轴转速，n为自变量；P_S-US表示主轴系统空运行过程的功率函数，P_S-US为因变量；P_S-US[i]的计算功率公式如下所示：

其中，为数控机床在第i主轴转速空运行过程的功率集合D_US-i的均值功率，1≤i≤2N_tr个；

数控机床进给轴系统快进快退运行过程的快进快退时长和快进快退能耗的离散函数C_I-PF：

其中，下标I∈[X,Y,Z]，X、Y、Z分别表示机床的X轴、Y轴与Z轴；d_I-tr表示快进快退距离，为自变量；t_I-PF、E_I-PF均为因变量，t_I-PF表示快进快退时长，E_I-PF表示快进快退能耗；t_I-PF[i]为进给轴I在以第i个快进快退距离快进快退过程的功率集合D_I-PF-i的运行时长，1≤i≤N_tr；E_I-FF[i]的计算公式如下：

式中，E_in-I-PF[i]为进给轴I，I∈[X,Y,Z]在以第i个快进快退距离快进快退过程的功率集合D_I-PF-i的集合能耗，1≤i≤N_tr；

数控机床进给轴系统切削进给运行过程的进给功率离散函数C_I-UF：

其中，下标I∈[X,Y,Z]，X、Y、Z分别表示机床的X轴、Y轴与Z轴；cv_I-tr表示I轴切削进给速度，为自变量；P_I-UF表示I轴切削进给功率，为因变量；P_I-UF[i]的计算公式如下：

式中，为数控机床在进给轴I第i个切削进给速度切削进给过程的功率集合D_I-UF-i的均值功率；下标I∈[X,Y,Z]，1≤i≤N_tr；

数控机床换刀系统在换刀运行过程的换刀时长和换刀能耗的离散函数C_PT：

其中，n_t表示换刀刀位，为自变量；t_PT、E_PT均为因变量，t_PT表示换刀时长，E_PT表示换刀系统的换刀能耗；t_PT[n_t]为自动换刀系统换第n_t个刀位的刀具过程的功率集合D_PT-nt的运行时长；E_PT[n_t]的计算公式如下：

式中，E_in-PT[n_t]为自动换刀系统换第n_t个刀位的刀具过程的功率集合D_PT-nt的集合能耗，1≤n_t≤N_t。