[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

说明书

本发明公开了一种数控机床的固有能效要素函数获取系统，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、有效性验证模块与功率传感器。NC代码生成模块用于根据待测数控机床信息与测试参数生成控制待测数控机床运行的NC代码；现场测试管理模块用于解析功率传感器功率数据信息并生成数控机床在各个测试运行过程的各个输入功率集合；数据分析模块用于根据输入功率集合生成数控机床及其能耗子系统的固有能效要素函数。本发明还公开了数控机床固有能效要素的获取方法。本发明解决了数控机床固有能效要素检测过程困难、检测数据不全、数据处理繁杂等问题，可为新机床能效评价、旧机床能效提升中提供技术支持。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是一种用于数控机床的固有能效要素获取系统与获取方法。

背景技术

数控机床是一种以机床为主体的典型制造系统。由于数控机床量大面广、能量消耗总量巨大、但能量效率很低，并且过去重视不够；因此，如何提升数控机床能量效率正在国际上迅速兴起。我们近年研究发现：不同数控机床能量效率不同的根本原因在于它们的固有能效要素不同；而且，该固有能效要素产生于机械加工制造系统的设计和组建阶段，并作用于机械加工制造系统的服役阶段。因此，如何在设计和组建阶段优化机械加工制造系统的固有能效要素成为了当前提升数控机床能量效率的一个研究重点；这同时迫切需要系统性地获取数控机床固有能效要素，为数控机床能量效率提升提供支持。

近年来国内外研究人员针对数控机床的能耗主体-机床的主轴系统和进给轴系统的功率和能耗及其检测进行了大量研究。文献“Lv,J.,et al.,Experimental study onenergy consumption of computer numerical control machine tools.Journal ofCleaner Production,2016.112:p.3864-3874.”、文献“Rief,M.,B.Karpuschewski,and E.Evaluation and modeling of the energy demand during machining.CIRPJournal of Manufacturing Science and Technology,2017.19:p.62-71.”以及文献“Aramcharoen,A.and P.T.Mativenga,Critical factors in energy demand modellingfor CNC milling and impact of toolpath strategy.Journal of CleanerProduction,2014.78:p.63-74.”的研究指出：不同机床的主轴系统具有不同的空载能耗特性；特别地，很多主轴的空载功率是一个与主轴转速呈分段二次曲线关系。发明专利“一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法”(ZL201210240326.2)公开了一种计算主轴空转和主轴加速的功率和能耗值的方法；该方法需要开展多次实验，以获得主传动系统变频器和主轴电机空载功率、主轴空转摩擦转矩、主传动系统转动惯量以及主轴角加速度等系数，并采用了一元线性回归分析来建立主轴空载功率函数。发明专利“数控机床主轴旋转加速功率能耗的获取和节能控制方法”(ZL201410095872.0)公开了一种获取数控机床主轴旋转加工功率和能耗的方法；该方法需要多次测量和记录主轴旋转功率和能耗，并且需要人工绘制实验所得的功率-转速曲线图；通过观察曲线斜率变化来确定分段一次线性回归分析的分段点。发明专利“数控机床快进快退功率和能耗的获取及控制方法”(ZL201410083510.X)公布了一种根据进给运动功率、进给加速度、进给减速度、进给临界距离、进给距离等参数计算快进快退能耗的方法；该方法需要多次检测和记录进给运动功率，以建立进给运动功率与进给速度的关系。发明专利“数控机床钻削过程功率及能耗获取与节能控制方法”(201711285982.3)公布了一种基于机床待机功率、喷切削液功率、主轴旋转功率以及Z轴进给功率的机床钻削功率和能耗的预测方法；该方法需要多次检测和记录主轴旋转功率和Z轴进给功率，然后采用一次线性回归拟合主轴旋转功率，并采用二次多项式拟合Z轴进给功率。发明专利“数控车床多工位回转刀架自动换刀能耗准确预测方法”(201810024999.1)公布了一种数控车床自动换刀过程能耗预测方法；该方法需要多次测量和记录换刀时间，以建立自动换刀时间的预测模型。