一种机床能效快速定量测试方法技术

一种机床能效快速定量测试方法，属于机械制造、机床、能耗监管领域。为了解决现有不能全面测试机床能效特性的问题。包括：关闭机床所有子系统和总电源开关；顺次启动机床恒值能耗子系统，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率；充分预热机床后顺次关闭机床恒值能耗子系统，获得充分预热后的各恒值能耗子系统功率；根据初步预热后和充分预热后的各恒值能耗子系统功率，获得机床所有恒值能耗子系统的平均总功率；根据获得的平均总功率，运行机床空载运动组合，测试不同空载参数下机床功率，分别获得主轴空转、单个进给轴、回转工作台和插补进给功率特性；按照工艺加工功率测试功能样件，获得加工基础特征时和加工任意特征时的机床功率特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械制造、机床、能耗监管领域，尤其涉及一种机床能效快速定量测试方法。
技术介绍
机床作为工业生产的母机，数量众多，消耗能量巨大，同时由于其能效水平整体较低，所以具有巨大的节能潜力。对现有机床进行有效的监管和使用过程优化、在机床设计和验证阶段对机床能耗进行评估等都需要快速定量检测机床能效特性。研究机床能耗特性，有LCA方法，输入输出模型方法，层次分析法等，但这些方法不易同时满足机床监管人员、设计人员和使用人员对机床能效的需求。针对以上困难，本专利技术提出了一种基于机床空载能耗测试和基础特征加工的机床能效快速定量测试方法。Dietmair在研究机床能耗建模与预测方法时利用数控机床加工了其所在机构的名字作为测试样件，计算了机床能耗。日本标准协会(JSA)制定了标准TSB 0024——机床电能消耗测试方法，共有四部分，分别针对加工中心、数控车床和车削中心、卧式磨床和往复式工作台型平面磨床、外圆磨床，该标准针对不同类型和大小的机床设计了相应的测试样件，但是该标准所提出的方法并不适合不同机床生产商所生产的机床能耗对比。Behrendt等人在JIS TS B 0024-1:2010基础上设计了一种新的机床能耗测试样件，但是并没有给出该样件的设计准则和设计方法。2013年，Behnood Afsharizand和杨增光在已有研究基础上分别设计了不同的标准样件，针对所研究的机床进行了能耗测试，但是也没有给出设计所用样件的设计方法或设计准则。这些文献表明已有不少学者对利用样件快速测试机床能效进行了研究，体现了利用设定好的流程或方法来进行机床能效测试的思想，但目前缺乏公认的机床能效测试样件或流程，并且已有的方法大多只关注于设定的样件加工总能耗，对加工过程中的能耗与机床能效特性的关系研究不足，不能全面测试机床能效特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有不能全面测试机床能效特性的问题，提供一种机床能效快速定量测试方法。本专利技术的一种机床能效快速定量测试方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：关闭机床所有子系统和总电源开关，准备检测待测试机床；步骤二：顺次启动机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤三：充分预热机床后顺次关闭机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得充分预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤四：根据初步预热后的各恒值能耗子系统功率和充分预热后的各恒值能耗子系统功率，获得机床单个恒值能耗子系统的平均功率和机床所有恒值能耗子系统的平均总功率；步骤五：根据获得的机床恒值能耗子系统的平均总功率，运行机床空载运动组合，测试不同空载参数下机床功率，分别获得主轴空转功率特性、单个进给轴功率特性、回转工作台功率特性和插补进给功率特性；步骤六：按照工艺加工功率测试功能样件，获得加工基础特征时的机床功率特性和加工任意特征时的机床功率特性。步骤二中，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率的方法：首先，打开机床使各系统处于运行状态，初步预热机床，然后关闭机床除控制系统外的所有能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间启动一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为初步预热后各恒值能耗子系统功率。步骤三中，获得充分预热各后的恒值能耗子系统功率的方法为：待机床充分预热后，关闭所有机床可变能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间关闭一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为充分预热后的各恒值能耗子系统功率。所述步骤四中，获得单个恒值能耗子系统的平均功率的方法：第i个恒值能耗子系统的平均功率Pcons-i：Pcons-i=P0i-P0i-1+P3i-1-P3i2;]]>其中，P0i为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率，P0i-1为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统前机床功率，P3i-1为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统前的机床功率，P3i为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率；获得机床所有恒值能耗子系统的平均总功率Pcons：Pcons＝∑Pcons-i。获得主轴空转功率特性的方法：选择机床最高转速为基准，使机床主轴从转速为零到最高转速之间取若干个转速点，关闭其他所有可变能耗子系统，然后使主轴转速从零开始，按照取的若干个转速点，依次加速至最高转速，然后按照取的若干个转速点，又依次减速到最低转速，并在每个转速下运转一段时间使机床功率稳定；对每种转速下的机床功率取平均值，利用所述平均值减去机床所有恒值能耗子系统的平均总功率，得到每个转速下主轴空转功率，对其进行拟合得到主轴转速和功率之间的关系；获得单个进给轴功率特性的方法：取待测试进给轴的最大进给速度为基准速度，从进给速度为零到该最大进给速度取若干个进给速度点，关闭其他所有可变能耗子系统，在所取的每个进给速度下运行待测试进给轴，获得待测试进给轴进给时的机床功率，每种进给速度运行之后，根据需要插入一段待测试进给轴静止的状态，以便于在功率信息中进行区分；利用待测试进给轴进给时的机床功率减去机床所有恒值能耗子系统的平均总功率，便得到每个进给速度下待测试进给轴功率，对其进行拟合可得进给速度和进给功率之间的关系；根据需要，对上述过程进行重复，对每个进给速度下的进给轴的进给功率取平均值，对其进行拟合可得进给速度和进给功率之间的关系；获得回转工作台功率特性的方法：取待测试回转工作台的最大回转速度为基准速度，从回转速度为零到最大回转速度间取若干个回转速度点，关闭其他所有可变能耗子系统，在所取的每个回转速度下运行待测试回转工作台，同时测试对应的机床功率，每种回转速度运行之后，根据需要插入一段待测试回转工作台静止的状态，以便于在功率信息中进行区分；根据需要，对上述过程进行重复，对每个回转速度下的机床功率取平均值，利用所述平均值减去机床所有恒值能耗子系统的平均总功率，得到每个回转速度下的回转工作台功率，通过数据拟合，得到回转速度和回转功率之间的关系；获得插补进给功率特性的方法：针对机床自身特性，首先设计一组插补运动轨迹和对应的插补速度，然后按照设定的顺序依次运行并测试机床功率，用所得机床功率减去机床所有恒值能耗子系统的平均总功率，获得插补进给功率，最后利用数据拟合得到插补功率和插补速度之间的关系。获得加工基础特征时的机床功率特性的方法：对基础特征的加工过程进行分解，加工并记录每个分解过程的功率，利用多元回归方法得到加工单位尺寸基础特征的加工能耗和刀具、工艺参数之间的关系，获得加工基础特征时的机床功率特性。获得加工任意特征时的机床功率特性的方法：根据所加工特征自身特点，将其加工过程分解为一系列基础特征的加工，相应的其加工能耗按照这种组合利用代数运算得到，获得加工任意特征时的机床功率特性。本专利技术的有益效果在于，通过本专利技术的方法进行机床能效测试，可以得到机床整体能效水平、机床具体使用中的元能效特性和机床各个子系统的能效特性，能够满足机床能效相关检测需求。本方法具有简单易用，测试成本较低，获得数据丰富等特点。附图说明图1是机床能效快速检测流程图2是顺次打开恒值能耗子系统时机床功率变化示意图；图3是关闭恒值能耗子系统时机床功率变化示意图；图4是空载插补运动功率测试过程示意图；图5是加工平面时的加工过程分解(a1)至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：关闭机床所有子系统和总电源开关，准备检测待测试机床；步骤二：顺次启动机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤三：充分预热机床后顺次关闭机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得充分预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤四：根据初步预热后的各恒值能耗子系统功率和充分预热后的各恒值能耗子系统功率，获得机床单个恒值能耗子系统的平均功率和机床所有恒值能耗子系统的平均总功率；步骤五：根据获得的机床恒值能耗子系统的平均总功率，运行机床空载运动组合，测试不同空载参数下机床功率，分别获得主轴空转功率特性、单个进给轴功率特性、回转工作台功率特性和插补进给功率特性；步骤六：按照工艺加工功率测试功能样件，获得加工基础特征时的机床功率特性和加工任意特征时的机床功率特性。

【技术特征摘要】
1.一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：关闭机床所有子系统和总电源开关，准备检测待测试机床；步骤二：顺次启动机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤三：充分预热机床后顺次关闭机床恒值能耗子系统，并测量机床功率变化，获得充分预热后的各恒值能耗子系统功率；步骤四：根据初步预热后的各恒值能耗子系统功率和充分预热后的各恒值能耗子系统功率，获得机床单个恒值能耗子系统的平均功率和机床所有恒值能耗子系统的平均总功率；步骤五：根据获得的机床恒值能耗子系统的平均总功率，运行机床空载运动组合，测试不同空载参数下机床功率，分别获得主轴空转功率特性、单个进给轴功率特性、回转工作台功率特性和插补进给功率特性；步骤六：按照工艺加工功率测试功能样件，获得加工基础特征时的机床功率特性和加工任意特征时的机床功率特性。2.根据权利要求1所述的一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，步骤二中，获得初步预热后的各恒值能耗子系统功率的方法：首先，打开机床使各系统处于运行状态，初步预热机床，然后关闭机床除控制系统外的所有能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间启动一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为初步预热后各恒值能耗子系统功率。3.根据权利要求2所述的一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，步骤三中，获得充分预热各后的恒值能耗子系统功率的方法为：待机床充分预热后，关闭所有机床可变能耗子系统，待机床功率稳定后顺次每隔固定时间关闭一个恒值能耗子系统，记录机床功率变化，功率变化值为充分预热后的各恒值能耗子系统功率。4.根据权利要求3所述的一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，所述步骤四中，获得单个恒值能耗子系统的平均功率的方法：第i个恒值能耗子系统的平均功率Pcons-i：Pcons-i=P0i-P0i-1+P3i-1-P3i2;]]>其中，P0i为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率，P0i-1为初步预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统前机床功率，P3i-1为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子
\t系统前的机床功率，P3i为充分预热后关闭第i个机床恒值能耗子系统后的机床功率；获得机床所有恒值能耗子系统的平均总功率Pcons：Pcons＝∑Pcons-i。5.根据权利要求1所述的一种机床能效快速定量测试方法，其特征在于，获得主轴空转功率特性的方法：选择机床最高转速为基准，使机床主轴从转速为零到最高转速之间取若干个转速点，关闭其他所有可变能耗子系统，然后使主轴转速从零开...

【专利技术属性】
技术研发人员：高栋，尚振东，路勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23