一种随机加工间隔内机床状态切换的机床节能运行方法技术

本发明专利技术提供了一种随机加工间隔内机床状态切换的机床节能运行方法，首先针对机床加工间隔的随机性，制定机床的节能运行策略；然后基于构建的机床加工间隔能耗模型以及各运行状态的功率等基础参数，对制定的节能实施策略中的运行参数进行优化；最后根据节能运行策略以及优化的运行参数，获得机床的节能运行方案即机床在加工间隔中的运行状态轨迹，为机床在加工间隔中的节能实施提供支持。本发明专利技术解决了在由于工件随机到达导致的随机机床加工间隔中，如何制定机床节能运行方法，提高机床在随机加工间隔内的能量利用率问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械制造业能耗、数控机床等领域，尤其涉及一种随机加工间隔内机 床状态切换的机床节能运行方法。
技术介绍
我国是制造大国，机床保有量约800万台，若每台机床额定功率平均为10kW算，则 总功率约为8000万千瓦，是三峡电站总装机容量2250万千瓦的3倍多，耗电总量惊人。同 时，大量统计调查表明：机床能量利用率平均非常低下，平均低于30%。因此提高机床的能 量利用效率，探寻可行的机床节能方法意义重大。 目前，对机床节能研究已经有部分探索。例如中国专利ZL201110378244.X公开的 专利技术名称为《一种节能机床》，公开方案为在机床上设置微型发电机通过齿轮传动与主轴连 接，可将主轴运动的部分能量通过微型发电机传导给蓄电池，以此将主轴的部分多余能耗 保存下来供机床照明等辅助部件使用，达到机床节能的目的。ZL03117163.X公开的专利技术名 称为《一种机械加工系统节能降噪方法》，从系统的角度出发，通过机床与工件之间的合理 调度与安排，取得整个加工系统的节能效果。ZL200810070302. 0公开的专利技术名称为《一种 数控机床相邻工步间空载运行时停机节能实施方法》，公开方案为提供一种数控机床相邻 工步间空载运行时停机节能的运行方法，在加工前根据加工工艺获得主轴运行转速及数控 机床编程时所确定的相邻工步间空载运行时间，并通过测试数据表和曲线拟和的方法计算 相邻工步间实施停机节能后再启动的控制时间和节能百分比；当节能百分比为正数时，在 数控程序中按控制时间嵌入该工步间停机指令和后续的再启动指令，达到节约机床能源的 效果。 通常情况下，机床的加工间隔是完成前一个加工工件，并等待下一个工件到来时 产生。在实际生产过程中，由于工件的到达具有随机性，因而使得机床加工间隔也是随机产 生。为了维持机床的运行和保证下个工件及时加工，因此在加工间隔中机床通常以准备加 工状态运行，在较大加工间隔下，造成了机床在加工间隔中的能量浪费。上述研究主要是从 整个加工系统、机床部件和相邻工步间实施停机方面进行的机床节能研究。对于由于工件 随机到达导致的随机长短的加工间隔下机床的节能研究还没有成熟的措施。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种随机加工间隔内机床 状态切换的机床节能运行方法，通过该方法提高机床在加工间隔中的能量利用效率。 实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种随机加工间隔内机床状态切换 的机床节能运行方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)机床节能运行策略的制定：对机床加工间隔特征和能耗进行分析，制定机床加 工间隔节能运行策略； 其中，制定机床加工间隔节能运行策略为：上个工件加工结束时，机床处于准备加 工状态，持续一段时间T后，将机床切换到待机状态，再持续一段时间T后，将机床切换到 停机状态，等待下个工件的到达；在这个过程中，工件一旦到达，立即将机床切换为准备加 工状态以保证尽快对工件进行加工；在节能实施策略中，持续一段时间T是为了在加工间 隔较小时能保证工件得到及时加工，并且可以避免机床运行状态的频繁切换。 2)运行参数的优化：首先基于机床运行状态建立机床在加工间隔中的能耗模型， 然后基于构建的机床加工间隔能耗模型以及基础参数，计算出机床在一个加工间隔内消耗 的预期能量，最后以预期能耗为优化目标，对节能实施策略中的运行参数进行优化。 其中，基础参数包括：准备加工状态的功率、待机状态的功率、停机状态的功率、3 种运行状态相互切换所需要的能耗和时间、机床加工间隔的概率密度函数以及机床加工间 隔的平均时长； 3)机床节能运行方案的获取：根据所制定的节能运行策略和优化的运行参数，计 算机床采用节能运行策略后在一个加工间隔的预期消耗能量，得到机床节能运行方案即机 床在加工间隔中的运行状态轨迹，为机床在加工间隔中的节能实施提供支持。 进一步，步骤1)中，制定机床在加工间隔内的节能实施策略，其中主要是分析：由 于加工任务的随机分配、工件毛坯材料短缺、不可预测的机床故障等因素的影响，使得工件 到达具有随机性，导致加工间隔的长短是随机的；机床在采用节能运行方法前，不同加工间 隔内机床都以准备加工状态运行将会导致大量的能量浪费。 步骤2)中，机床在一个加工间隔内消耗的预期能量的计算步骤为： (1)由于工件的随机到达，机床采用此节能运行策略后，机床加工间隔的能耗计算 包括5种情况，分别是：①下个工件在第一个T时间内到达；②下个工件在机床从准备加 工状态切换到待机状态的过程中到达；③下个工件在第二个T时间内到达；④下个工件在 机床从待机状态切换到停机状态的过程中到达；⑤下个工件在机床处于停机状态后到达； (2)根据机床加工间隔密度函数计算上述5种情况下每种情况出现的概率，并根 据机床加工间隔能耗模型计算每种情况下机床加工间隔的预期能量； (3)将上述5种情况下每种情况出现的概率与对应情况下机床加工间隔的预期能 量相乘，然后对乘积求和，得到机床在一个加工间隔中消耗的预期能量。 相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果： 1、本专利技术提供了，适应工 件随机到达导致的机床加工间隔的随机性，用于获取机床的节能实施方案即机床在加工间 隔内的状态轨迹图，为机床的节能实施提供支持。采用本专利技术方法后，使得机床在加工间隔 较小时能保证工件得到及时加工，在加工间隔较大时使机床消耗尽可能少的能耗，提高了 机床在加工间隔中的能量效率。 2、在本专利技术中方法中，考虑了除考虑随机加工间隔因素外，还考虑了机床在运行 状态间切换时所需要的能量和时间，与实际生产情况更加符合，因此本专利技术方法更适用于 实际生产情况。 3、在本专利技术方法中需要的机床运行状态基本参数，只需一个功率测量仪器即可测 得，获取方法非常简单，提高了本专利技术方法的可操作性，并且对于同一型号的机床其运行状 态基本参数一经获取则可以延续使用。 4、本专利技术方法可应用于具有待机和停机控制功能的数控机床，因此，本专利技术具有 较好的通用性。【附图说明】 图1是本专利技术面向随机加工间隔内的机床节能运行方法的流程框图。 图2是随机加工间隔内机床节能潜力分析。 图3是基于机床运行状态的节能实施策略。 图4是机床运行状态轨迹图。 图5是采用本专利技术节能运行方法前后机床的运行状态轨迹。 图6是采用本专利技术节能运行方法前后机床在加工间隔中的能耗比较图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步详细说明。 本专利技术提供，该方法包括 三个步骤： 第一步：基于机床加间隔的随机性，制定机床在加工间隔内的节能运行策略。 第二步：首先基于机床运行状态建立机床在加工间隔中的能耗模型，然后基于此 模型、制定的节能运行策略和基础参数对节能运行策略中运行参数进行优化。 第三步：根据所制定的节能运行策略和优化的运行参数，得到机床节能实施方案 即机床在加工间隔中的运行状态轨迹，为机床在加工间隔中的节能实施提供支持。 需要说明的是，本专利技术中的一个加工间隔表示上个工件加工结束的时间点到下个 工件到达的时间点的这段时间。 上述步骤具体叙述如下： 1.机床加工间隔节能运行策略的制定： 基于机床加间隔的随机性，制定机床在加工间隔内的节能运行策略。 1. 1随机加工间当前第1页1 2 3&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机加工间隔内机床状态切换的机床节能运行方法，其特征在于，包括如下步骤：1）机床节能运行策略的制定：对机床加工间隔特征和能耗进行分析，制定机床加工间隔节能运行策略；其中，制定机床加工间隔节能运行策略为：上个工件加工结束时，机床处于准备加工状态，持续一段时间后，将机床切换到待机状态，再持续一段时间后，将机床切换到停机状态，等待下个工件的到达；在这个过程中，工件一旦到达，立即将机床切换为准备加工状态以保证尽快对工件进行加工；2）运行参数的优化：首先基于机床运行状态建立机床在加工间隔中的能耗模型，然后基于构建的机床加工间隔能耗模型以及基础参数，计算出机床在一个加工间隔内消耗的预期能量，最后以预期能耗为优化目标，对节能实施策略中的运行参数进行优化；其中，基础参数包括：准备加工状态的功率、待机状态的功率、停机状态的功率、3种运行状态相互切换所需要的能耗和时间、机床加工间隔的概率密度函数以及机床加工间隔的平均时长；3）机床节能运行方案的获取：根据所制定的节能运行策略和优化的运行参数，计算机床采用节能运行策略后在一个加工间隔的预期消耗能量，得到机床节能运行方案即机床在加工间隔中的运行状态轨迹，为机床在加工间隔中的节能实施提供支持。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李育锋，何彦，陈鹏文，鄢萍，魏锋，余平甲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85