[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

摘要

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。

主权项

1.数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法，其特征在于，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；b.在k组不同转速下设置不同切削参数进行切削实验，分别测量并记录对应情况下的t时刻的切削扭矩T_c(t)和等效电流I(t)，将切削增长电流构建成转速n与切削扭矩T_c(t)的二元函数，表示为：ΔI(t)＝I(t)‑I₀＝f(n)·T_c(t)+g(n)·T_c²(t)，其中，ΔI(t)表示切削加工过程中，由t时刻切削负载引起的数控机床主轴系统的电流增量，f(n)表示构建的切削增长电流模型关于切削扭矩的一次项系数，该系数为转速n的函数；g(n)表示构建的切削增长电流模型关于切削扭矩的二次项系数，该系数也为转速n的函数；步骤2：建立面向在线监测的数控机床服役过程主轴系统的瞬时能量效率模型：建立面向在线监测的数控机床服役过程主轴系统的过程能量效率模型：式中，ΔI(t)表示切削加工过程中，由t时刻切削负载引起的数控机床主轴系统的电流增量；t_start表示测量开始时间；t_end表示测量结束时间；t_Ns表示测量过程中切削开始点时间；t_Ne表示测量过程中切削结束点时间；步骤3：采集数控机床的输入功率P_in(t)、等效电流I(t)及转速n；基于瞬时能量效率模型及过程能量效率模型计算数控机床的瞬时能量效率和过程能量效率。