一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间参数的数控铣床能耗预测方法，包括：（a）为数控铣床的加工过程建立能耗预测模型；（b）分别测得各个组成工序的空载功率、附加功率、切削功率以及进给轴的进给功率，同时利用NC代码分别获取包括主传动系统空载时间、铣削加工时间以及进给轴工作时间在内的时间参数；（c）将所获得的各项功率和时间参数代入到能耗预测模型中，相应执行整个能耗预测工艺过程。通过本发明专利技术，只需输入切削用量以及每个工序中的时间参数，就可以快捷、准确地完成数控铣床能耗预测过程，该方法可行性高，并能够为数控铣床加工工件的工序选择、能耗预测、能耗评价以及机床节能减排等一系列问题提供优化与支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铣削加工
，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。 
技术介绍
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
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。 
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术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，按照本专利技术，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，ESi、EKi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；Pui、Pai和Pci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，tu1、tu2分别表示所述主传动系统的空载开始和结束时间，te1、te2分别表示所述主传动系统的铣削加工开始和结束时间，Pxi、Pyi、Pzi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，tx开始、tx结束分别表示所述X进给轴的工作开始和结束时间，ty开始、ty结束分别表示所述Y进给轴的工作开始和结束时间，tz开始、tz结束分别表示所述Z进给轴的工作开始和结束时间： (b)通过功率传感器分别测得各个组成工序的空载功率以及所述X、Y、Z进给轴的进给功率，相应计算和查询得出各个组成工序的附加功率和切削功率；与此同时，利用数控铣床的NC代码分别获取下列的时间参数，包括所述主传动系统的空载开始和结束时间、铣削加工开始和结束时间以及所述X、Y、Z进给轴各自的工作开始和结束时间等； (c)将步骤(b)所获得的各项功率参数和时间参数代入到步骤(a)所构建的能耗预测模型中，计算得出各个组成工序中所消耗的与负载相关的能耗；然后将其与各个组成工序中所消耗的与负载无关的能耗值进行计算，相应得出数控铣床整个加工过程的总能耗以及各个组成工序各自的能耗量，由此完成整个能耗预测工艺过程。 作为进一步优选地，在步骤(b)中，当铣床走刀轨迹仅为正交运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、tz分别计算为其中Σ|X|、Σ|y|、Σ|Z|分别表示所对应工序部分的 NC代码中所有X轴、Y轴和Z轴坐标的绝对值之和，f表示数控铣床进给系统的进给速度。 作为进一步优选地，当铣床走刀轨迹为斜线、曲线或者斜线与曲线之结合的运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、tz分别计算为tx＝ty＝t铣削-tz，其中t铣削表示该工序中进行铣削加工的时间，Σ|Z|表示所对应工序部分的NC代码中所有Z轴坐标的绝对值之和，f表示数控铣床进给系统的进给速度。 作为进一步优选地，当铣床走刀轨迹为正交与斜线之结合的运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、tz分别计算为其中L表示由走刀路线为斜线部分的NC代码所得到的长度之和，L’表示由走刀路线为正交部分的NC代码所得到的长度之和，Σ|Z|表示所对应工序部分的NC代码中所有Z轴坐标的绝对值之和，f表示数控铣床进给系统的进给速度。 作为进一步优选地，当铣床走刀轨迹为正交与曲线之结合的运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、tz分别计算为其中S表示由走刀路线为曲线部分的NC代码所得到的长度之和，S’表示由走刀路线为正交部分的NC代码所得到的长度之和，Σ|Z|表示所对应工序部分的NC代码中所有Z轴坐标的绝对值之和，f表示数控铣床进给系统的进给速度。 作为进一步优选地，当铣床走刀轨迹为正交、斜线和曲线这三者之结合的运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、tz分别计算 为其中L表示由走刀路线为斜线部分的NC代码所得到的长度之和，S表示由走刀路线为曲线部分的NC代码所得到的长度之和，B’表示由走刀路线为正交部分的NC代码所得到的长度之和，Σ|Z|表示所对应工序部分的NC代码中所有Z轴坐标的绝对值之和，f表示数控铣床进给系统的进给速度。 总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点： 1、通过结合数控铣床自身的加工特点来构建能耗预测模型，在操作时只需要输入切削用量以及每个工序中主传动系统和进给传动系统中各进给轴的工作时间，就可以快捷、准确地求出铣床加工工件整个过程的能耗，该方法可行性高，并能够普遍适用于现有的各类数控铣床； 2、除了获得整体能耗的预测值之外，通过本专利技术同时还能够得到各个组成工序各自的能耗，由此便于对不同工序的优劣本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，ESi、EKi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；Pui、Pai和Pci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，tu1、tu2分别表示所述主传动系统的空载开始和结束时间，te1、te2分别表示所述主传动系统的铣削加工开始和结束时间，Pxi、Pyi、Pzi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，tx开始、tx结束分别表示所述X进给轴的工作开始和结束时间，ty开始、ty结束分别表示所述Y进给轴的工作开始和结束时间，tz开始、tz结束分别表示所述Z进给轴的工作开始和结束时间：（b）通过功率传感器分别测得各个组成工序的空载功率以及所述X、Y、Z进给轴的进给功率，相应计算和查询得出各个组成工序的附加功率和切削功率；与此同时，利用数控铣床的NC代码分别获取下列的时间参数，包括所述主传动系统的空载开始和结束时间、铣削加工开始和结束时间以及所述X、Y、Z进给轴各自的工作开始和结束时间等；（c）将步骤（b）所获得的各项功率参数和时间参数代入到步骤（a）所构建的能耗预测模型中，计算得出各个组成工序中所消耗的与负载相关的能耗；然后将其与各个组成工序中所消耗的与负载无关的能耗值进行计算，相应得出数控铣床整个加工过程的总能耗以及各个组成工序各自的能耗量，由此完成整个能耗预测工艺过程。...

【技术特征摘要】
1.一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，ESi、EKi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；Pui、Pai和Pci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，tu1、tu2分别表示所述
主传动系统的空载开始和结束时间，te1、te2分别表示所述主传动系统的铣
削加工开始和结束时间，Pxi、Pyi、Pzi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，tx开始、tx结束分别表
示所述X进给轴的工作开始和结束时间，ty开始、ty结束分别表示所述Y进给
轴的工作开始和结束时间，tz开始、tz结束分别表示所述Z进给轴的工作开始
和结束时间：
（b）通过功率传感器分别测得各个组成工序的空载功率以及所述X、Y、
Z进给轴的进给功率，相应计算和查询得出各个组成工序的附加功率和切削
功率；与此同时，利用数控铣床的NC代码分别获取下列的时间参数，包括
所述主传动系统的空载开始和结束时间、铣削加工开始和结束时间以及所
述X、Y、Z进给轴各自的工作开始和结束时间等；
（c）将步骤（b）所获得的各项功率参数和时间参数代入到步骤（a）

\t所构建的能耗预测模型中，计算得出各个组成工序中所消耗的与负载相关
的能耗；然后将其与各个组成工序中所消耗的与负载无关的能耗值进行计
算，相应得出数控铣床整个加工过程的总能耗以及各个组成工序各自的能
耗量，由此完成整个能耗预测工艺过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（b）中，当铣床
走刀轨迹仅为正交运动方式时，所述X、Y、Z进给轴各自的工作时间tx、ty、
tz优选分别计算为其中∑|X|、∑|y|、∑|Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，胡狄，曾文韬，江志刚，李弼心，肖明，向琴，周敏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42