一种基于几何特征的线切割能耗预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，包括以下步骤：第一步：输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度；调用基础数据库，确定材料系数ηC、厚度系数ηH和速度系数ηS；第二步：根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；第三步：求解各特征所用时间；第四步：求解各特征能耗；第五步：求解各部分能耗；第六步：累计获得总能耗。本发明专利技术能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能耗预测的
，特别是基于几何特征的线切割能耗预测方法的

技术介绍
线切割是一种利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极并对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型的加工方法。电火花线切割工作时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000℃以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。线切割的能耗主要来源有电脑主机能耗ECO(Ecomputer)、运丝能耗EW(Ewire-feed)、水泵冲水能耗EP(Epump)、照明灯能耗EL(Elamp)的固定功率的能耗以及切割能耗ECU(Ecutting)的变功率的能耗。对于固定功率的能耗，在确定的需加工零件的几何特征、材料、厚度后，既能预测各个能耗所经历的时间，根据相应固定功率与时间相乘，即为各个能耗值。然而，对于变功率的能耗，则很难预测。为此，将变功率的能耗产生的能耗的几何特征进行分类，从而根据几何特征对能耗进行预测，结合固定功率的能耗的能耗，即可对所需加工的零件进行能耗预测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总能耗。本专利技术中的基础数据库通过实验法获得。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，包括以下步骤：第一步：输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度；调用基础数据库，确定材料系数ηC、厚度系数ηH和速度系数ηS；第二步：根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；第三步：求解各特征所用时间，空走丝时间TKW通过求解，其中XKW为空走丝长度，vw为空走丝速度；直线切割时间TZCU通过求解，其中XZCU为直线切割长度，vCU为切割走丝速度；圆弧切割时间TYCU通过求解，其中XYCU为圆弧切割长度；切割总时间TCU通过TCU＝TKW+TZCU+TYCU求解；第四步：求解各特征能耗，空走丝能耗EKW通过EKW＝EDKW*TKW求解，其中EDKW为单位时间下的空走丝能耗；直线切割能耗EZCU通过EZCU＝EDZCU*TZCU*ηH*ηC求解，其中EDZCU为单位时间厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗EYCU通过EYCU＝EDYCU*TYCU*ηH*ηQ*ηC求解，其中EDYCU为单位时间厚度下的圆弧切割能耗，ηQ为曲率系数；瞬时能耗ESS通过ESS＝EDSS*NSS*ηH*ηC求解，其中EDSS为单位厚度下的瞬时能耗，NSS为瞬时切入特征个数；J度角特征能耗EJ通过EJ＝EDJ*NJ*ηH*ηC求解，其中EDJ为单位厚度下的J度角特征能耗，NJ为J度角度特征个数；第五步：求解各部分能耗，切割能耗ECU通过ECU＝EKW+EZCU+EYCU+ESS+EJ求解；
电脑主机能耗ECO通过ECO＝EDCO*TCU求解，其中EDCO为单位时间电脑主机能耗；运丝能耗EW通过EW＝EDW*TCU求解，其中EDW为单位时间运丝能耗；水泵冲水能耗EP通过EP＝EDP*TCU求解，其中EDP为单位时间水泵冲水能耗；照明灯能耗EL通过EL＝a*EDL*TCU求解，其中a为0或1，a为0表示未开灯，a为1表示开灯，EDL为单位时间照明灯能耗；第六步：累计获得总能耗，总能耗EZ通过EZ＝ECU+ECO+EW+EP+EL求解。作为优选，所述第一步中的基础数据库包括材料系数ηC、厚度系数ηH、速度系数ηS、空走丝速度vw、切割走丝速度vCU、单位时间下的空走丝能耗EDKW、单位时间厚度下的直线切割能耗EDZCU、单位时间厚度下的圆弧切割能耗EDYCU、曲率系数ηQ、单位厚度下的瞬时能耗EDSS、单位厚度下的J度角特征能耗EDJ、单位时间电脑主机能耗EDCO、单位时间运丝能耗EDW、单位时间水泵冲水能耗EDP、单位时间照明灯能耗EDL，空走丝速度vw、切割走丝速度vCU的获得根据机床特性，其余参数均通过实验法获得，通过数据采集装置获得线切割机床的功率曲线，功率对时间的积分即为能耗，实验步骤为：第一步：打开电脑主机，此时所测得的能耗除以时间为EDCO；第二步：打开水泵冲水，单位时间内增加的能耗为EDP；第三步：运丝，单位时间内增加的能耗为EDW；第四步：打开照明灯，单位时间内增加的能耗为EDL；第五步：进行走丝，切割到工件前的单位时间内增加的能耗为EDKW；第六步：瞬时切入厚度为1mm的不锈钢工件时的功率曲线突变范围内能耗记为ETSS，突变范围的时间为TTSS，则EDSS＝ETSS-(EDCO+EDP+EDW+EDL+EDKW)*TTSS为单位厚度下的瞬时能耗；第七步：直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内相比较第四步增加
的能耗为EDZCU；直线切割情况下，改变切割厚度为nmm，得到厚度nmm下的单位时间直线切割能耗EDnZCU，厚度系数ηH满足EDnZCU＝n*EDZCU*ηH,从而获得nmm厚度下的厚度系数ηH；第八步：直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X1D，直线切割厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为XnD，从而获得nmm厚度下的速度系数第九步：圆弧切割厚度为1mm的不锈钢工件，切割半径为1mm的圆形，单位时间内相比较第四步增加的能耗为EDYCU；圆弧切割情况下，改变切割的圆弧半径为rmm，得到半径rmm下的单位时间圆弧切割能耗EDrYCU，曲率系数满足EDrYCU＝r*EDYCU*ηQ，从而获得rmm半径下的曲率系数ηQ；第十步：在切割厚度为1mm的不锈钢工件时，在J度角切割处出现的功率曲线突变范围内能耗记为ETJ，突变范围的时间为TTJ，EDJ＝ETJ-(EDCO+EDP+EDW+EDL+EDKW)*TTJ为单位厚度下的J度角特征能耗；第十一步：直线切割厚度为1mm的其他材料工件时的单位时间内相比较第四步增加的能耗为EDQZCU，其他材料的材料系数为作为优选，所述速度系数ηS、材料系数ηC、厚度系数ηH、曲率系数ηQ、瞬时切入特征个数NSS、J度角度特征个数NJ、a均为无量纲参数，空走丝长度XKW、直线切割长度XZCU、圆弧切割长度XYCU、直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X1D、直线切割厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度XnD的单位均为mm，空走丝时间TKW、直线切割时间TZCU、圆弧切割时间TYCU、切割总时间TCU的单位均为s，空走丝速度vw、切割走丝速度vCU的单位均为mm/s，空走丝能耗EKW、单位长度厚度下的空走丝能耗EDKW、直线切
割能耗EZCU、单位长度厚度下的直线切割能耗EDZCU、圆弧切割能耗EYCU、单位长度厚度下的圆弧切割能耗EDYCU、瞬时能耗ESS、单位长度厚度下的瞬时能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度；调用基础数据库，确定材料系数ηC、厚度系数ηH和速度系数ηS；第二步：根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；第三步：求解各特征所用时间，空走丝时间TKW通过求解，其中XKW为空走丝长度，vw为空走丝速度；直线切割时间TZCU通过求解，其中XZCU为直线切割长度，vCU为切割走丝速度；圆弧切割时间TYCU通过求解，其中XYCU为圆弧切割长度；切割总时间TCU通过TCU＝TKW+TZCU+TYCU求解；第四步：求解各特征能耗，空走丝能耗EKW通过EKW＝EDKW*TKW求解，其中EDKW为单位时间下的空走丝能耗；直线切割能耗EZCU通过EZCU＝EDZCU*TZCU*ηH*ηC求解，其中EDZCU为单位时间厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗EYCU通过EYCU＝EDYCU*TYCU*ηH*ηQ*ηC求解，其中EDYCU为单位时间厚度下的圆弧切割能耗，ηQ为曲率系数；瞬时能耗ESS通过ESS＝EDSS*NSS*ηH*ηC求解，其中EDSS为单位厚度下的瞬时能耗，NSS为瞬时切入特征个数；J度角特征能耗EJ通过EJ＝EDJ*NJ*ηH*ηC求解，其中EDJ为单位厚度下的J度角特征能耗，NJ为J度角度特征个数；第五步：求解各部分能耗，切割能耗ECU通过ECU＝EKW+EZCU+EYCU+ESS+EJ求解；电脑主机能耗ECO通过ECO＝EDCO*TCU求解，其中EDCO为单位时间电脑主机能耗；运丝能耗EW通过EW＝EDW*TCU求解，其中EDW为单位时间运丝能耗；水泵冲水能耗EP通过EP＝EDP*TCU求解，其中EDP为单位时间水泵冲水能耗；照明灯能耗EL通过EL＝a*EDL*TCU求解，其中a为0或1，a为0表示未开灯，a为1表示开灯，EDL为单位时间照明灯能耗；第六步：累计获得总能耗，总能耗EZ通过EZ＝ECU+ECO+EW+EP+EL求解。...

【技术特征摘要】
1.一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度；调用基础数据库，确定材料系数ηC、厚度系数ηH和速度系数ηS；第二步：根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；第三步：求解各特征所用时间，空走丝时间TKW通过求解，其中XKW为空走丝长度，vw为空走丝速度；直线切割时间TZCU通过求解，其中XZCU为直线切割长度，vCU为切割走丝速度；圆弧切割时间TYCU通过求解，其中XYCU为圆弧切割长度；切割总时间TCU通过TCU＝TKW+TZCU+TYCU求解；第四步：求解各特征能耗，空走丝能耗EKW通过EKW＝EDKW*TKW求解，其中EDKW为单位时间下的空走丝能耗；直线切割能耗EZCU通过EZCU＝EDZCU*TZCU*ηH*ηC求解，其中EDZCU为单位时间厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗EYCU通过EYCU＝EDYCU*TYCU*ηH*ηQ*ηC求解，其中EDYCU为单位时间厚度下的圆弧切割能耗，ηQ为曲率系数；瞬时能耗ESS通过ESS＝EDSS*NSS*ηH*ηC求解，其中EDSS为单位厚度下的瞬时能耗，NSS为瞬时切入特征个数；J度角特征能耗EJ通过EJ＝EDJ*NJ*ηH*ηC求解，其中EDJ为单位厚度下的J度角特征能耗，NJ为J度角度特征个数；第五步：求解各部分能耗，切割能耗ECU通过ECU＝EKW+EZCU+EYCU+ESS+EJ求解；电脑主机能耗ECO通过ECO＝EDCO*TCU求解，其中EDCO为单位时间电脑主机能耗；运丝能耗EW通过EW＝EDW*TCU求解，其中EDW为单位时间运丝能耗；水泵冲水能耗EP通过EP＝EDP*TCU求解，其中EDP为单位时间水泵冲水能耗；照明灯能耗EL通
\t过EL＝a*EDL*TCU求解，其中a为0或1，a为0表示未开灯，a为1表示开灯，EDL为单位时间照明灯能耗；第六步：累计获得总能耗，总能耗EZ通过EZ＝ECU+ECO+EW+EP+EL求解。2.如权利要求1所述的一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，其特征在于：所述第一步中的基础数据库包括材料系数ηC、厚度系数ηH、速度系数ηS、空走丝速度vw、切割走丝速度vCU、单位时间下的空走丝能耗EDKW、单位时间厚度下的直线切割能耗EDZCU、单位时间厚度下的圆弧切割能耗EDYCU、曲率系数ηQ、单位厚度下的瞬时能耗EDSS、单位厚度下的J度角特征能耗EDJ、单位时间电脑主机能耗EDCO、单位时间运丝能耗EDW、单位时间水泵冲水能耗EDP、单位时间照明灯能耗EDL，空走丝速度vw、切割走丝速度vCU的获得根据机床特性，其余参数均通过实验法获得，通过数据采集装置获得线切割机床的功率曲线，功率对时间的积分即为能耗，实验步骤为：第一步：打开电脑主机，此时所测得的能耗除以时间为EDCO；第二步：打开水泵冲水，单位时间内增加的能耗为EDP...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军，王黎航，凌玮，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33