一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型，模型建立分为五部分，分别是建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工电参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型。本发明专利技术能在工艺设计阶段通过该能耗预测模型准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的，对线切割行业具有一定的理论和现实意义。

A Prediction Model of WEDM Energy Consumption Based on Machining Parameters

The invention discloses an energy consumption prediction model for WEDM based on processing parameters. The model establishment is divided into five parts: establishing the total energy consumption model of WEDM machine tool, establishing the relationship model between surface roughness and processing electrical parameters, establishing the calculation model of workpiece volume removal, and establishing the relationship model between material removal rate of pulse system and processing parameters. The relationship model between the average power of the pulse system and the material removal rate of the pulse system is established. The total energy consumption model of WEDM machine tool is obtained by combining the last five parts. The invention can accurately predict the processing energy consumption and processing time through the energy consumption prediction model in the process design stage, so as to optimize the setting of processing parameters before production and processing, so as to achieve the ultimate goal of reducing energy consumption and improving energy efficiency, which has certain theoretical and practical significance for the wire cutting industry.

【技术实现步骤摘要】
一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型
本专利技术涉及电火花线切割加工的
，特别是基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型的

技术介绍
研究表明，工业消耗了大量的能量和资源，对环境造成巨大的负担。在世界范围内，工业部门的能源消耗占总能源消耗的37％，二氧化碳排放的17％，且该数据呈快速上升的趋势。其中，作为一种非传统的加工方式，电火花线切割加工在复杂几何形状和精度的材料加工中具有很大的优势，因此广泛应用于航空航天、汽车、医疗、工具和模具制造等行业。但与传统的加工方式相比，电火花线切割的能耗更大，且能耗几乎可以归结为加工过程中的电能消耗，近60％的环境影响源于电能的消耗。而且电火花线切割加工的能效很低，加工能耗仅占总能耗的64％(Gamage等，2016)，间隙火花放电能量仅占脉冲系统提供能量的51％(Fan等，2014)。在世界范围内，特别是在传统制造业中，已经有了大量的研究工作来减少能源消耗和提高能源效率。一种基于工艺设计参数的低碳铸造工艺方法可以有效降低铸造过程中的碳排放(Zheng等，2018)。为了最小化机床的能耗，可对加工零件的特征进行排序(Hu等，2017)。同时，在对一种可持续加工的能量进行建模时，也需将操作者的能量消耗加入计算(Jia等，2018)。电火花切割机床占电火花加工机床总数的60％以上，中国每年生产电火花线切割机床3万多台，占世界工业的70％，高耗能，低能效成为电火花线切割机床的亟待解决的问题之一。为了进一步降低电火花线切割加工的能耗，需对电火花线切割加工能量的构成进行分析(Lai等，2018)，一种基于特征和事件的电火花线切割加工模型可以来描述加工过程(Zheng等，2018)。电火花线切割加工的能耗很大程度上取决于加工参数的设置，同时加工参数的设置也会影响工件表面粗糙度和材料去除率。但是，在电火花线切割加工中，对不同加工参数下的能耗预估经常会被忽略。因此，本文建立了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型，能够准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的。
技术实现思路
为了填补现有技术中的空白，本专利技术提出一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型。在工艺设计阶段通过该能耗预测模型准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的，对线切割行业具有一定的理论和现实意义。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型，分为五部分：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型。建立基于加工参数的电火花线切割能量预测模型具体包含以下步骤：步骤一：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型EWEDM-LS，EWEDM-HS：，所述EWEDM-LS为低速单向走丝线切割加工的总能耗，EWEDM-HS为高速往复走丝线切割加工的总能耗，PCNC为数控系统的功率，Pcool为冷却系统的功率，Pfeed为进给系统的功率，Pwire-speed为运丝系统在某一特定丝速下的功率，MRRpulse为脉冲系统的材料去除率，f(MRRpulse)为脉冲系统的平均功率关于材料去除率的计算函数，Qvolume为去除工件体积，N为电极丝换向次数，twri-speed为在某一特定丝速下电极丝的换向间隔时间，twr-speed为某一特定丝速下电极丝的换向周期，Ewr-speed为在某一特定丝速下电极丝换向的能耗。步骤二：建立表面粗糙度Ra与加工参数Ip，ton的关系模型：所述C，c1，c2为模型公式系数，ton为脉宽时间，Ip为峰值电流。步骤三：建立去除工件体积Qvolume的计算模型：所述ε为切割过程中电极丝到工件左右切割面的距离之和，为电极丝的直径，H为工件的厚度，L为工件加工长度。步骤四：建立脉冲系统的材料去除率MRRpulse与加工参数Ip，toff的关系模型：MRRpulse＝c3Ip+c4Ip2+c5toff+c6toff2+δ，所述c3，c4，c5，c6为模型公式单项式系数，δ为常数项系数，toff为脉间距，f(Ip，toff...)为脉冲系统的材料去除率关于加工参数的计算函数，其他符号同上。步骤五：建立脉冲系统的平均功率和脉冲系统的材料去除率MRRpulse的关系模型：所述c7为模型公式的单项式系数，γ为模型公式的常数项系数，其他符号同上。最后的求和公式：，所述符号同上。作为优选，所述加工参数为数控系统中峰值电流Ip、脉宽时间ton、脉间距值toff；峰值电流为电火花线切割机床中的功放管数设定值；作为优选，所述脉冲系统的平均功率与材料去除率MRRpulse成正比例关系，其中脉间距toff的增加将直接导致材料去除率的减小；所述脉间距的值在数控系统中设定；作为优选，所述数控系统的功率PCNC，冷却系统的功率Pcool视为常数。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型，能够在工艺设计阶段通过该能耗预测模型准确预测加工能耗和加工时间，从而可以在生产加工前对加工参数的设定进行优化选择，以达到最终降低能耗，提高能效的目的，对线切割行业具有一定的理论和现实意义。本专利技术的特征和优点将通过实例结合附图的形式进行详细说明。【附图说明】图1是本专利技术一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型的电火花线切割加工能耗影响因素分析图；图2是本专利技术一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型的加工工件表面粗糙度图；图3是本专利技术一种基于加工参数的电火花线切割加工能耗预测模型的加工总能耗图；【具体实施方式】参阅图1-图3，本专利技术的建模过程分为五个部分，分别是建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型。建立基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型具体包含以下步骤：步骤一：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型EWEDM-L5，EWEDM-HS：，所述EWEDM-LS为低速单向走丝线切割加工的总能耗，EWEDM-HS为高速往复走丝线切割加工的总能耗，PCNC为数控系统的功率，Pcool为冷却系统的功率，Pfeed为进给系统的功率，Pwire-speed为运丝系统在某一特定丝速下的功率，MRRpulse为脉冲系统的材料去除率，f(MRRpulse)为脉冲系统的平均功率关于材料去除率的计算函数，Qvolume为去除工件体积，N为电极丝换向次数，twri-speed为在某一特定丝速下电极丝的换向间隔，twr-speed为某一特定丝速下电极丝的换向周期，Ewr-speed为在某一特定丝速下电极丝换向的能耗。步骤二：建立表面粗糙度Ra与加工参数Ip，ton的关系模型：所述C，c1，c2为模型公式系数，ton本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型，分为五部分：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型；建立基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型具体包含以下步骤：步骤一：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型EWEDM‑LS，EWEDM‑HS：

【技术特征摘要】
1.本发明提出了一种基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型，分为五部分：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型、建立表面粗糙度与加工参数的关系模型、建立去除工件体积的计算模型、建立脉冲系统的材料去除率与加工参数的关系模型，建立脉冲系统的平均功率与脉冲系统的材料去除率的关系模型，最后五部分相结合获得电火花线切割加工机床的总能耗模型；建立基于加工参数的电火花线切割能耗预测模型具体包含以下步骤：步骤一：建立电火花线切割加工机床的总能耗模型EWEDM-LS，EWEDM-HS：，所述PCNC为数控系统的功率，Pcool为冷却系统的功率，Pfeed为进给系统的功率，Pwire-speed为运丝系统在某一特定速度下的功率，MRRpulse为脉冲系统的材料去除率，f(MRRpulse)为脉冲系统的平均功率关于材料去除率的计算函数，Qvolume为去除工件体积，N为电极丝换向次数，twri-speed为在某一特定速度下电极丝的换向周期间隔，twr-speed为某一特定速度下电极丝的换向周期，Ewr-speed为在某一特定速度下电极丝换向的能耗；步骤二：建立表面粗糙度Ra与加工参数Ip,ton的关系模型：所述C，c1，c2为模型公式系数，ton为脉宽时间，Ip为峰值电流；步骤三：建立去除工件体积Qvolume的计算模型：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军，陈安凯，赖旭伟，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33