数控机床加工阶段节能运行方法、评估方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种数控机床加工阶段节能运行方法、评估方法、装置及系统，在空切削状态下通过停启数控机床能耗部件实现数控机床在加工阶段的节能，包括如下步骤：基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，所述空切削状态对应的时间段为需要节能的节能时间段；所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态；针对每个节能时间段，筛选出所述能耗部件在每一个节能时间段内的停止时间和启动时间的总和是否小于该节能时间段，若小于，则控制所述能耗部件在对应的节能时间段内暂停。

Energy saving operation method, evaluation method, device and system for processing stage of numerical control machine tool

The invention discloses a processing stage of NC machine energy saving operation method, evaluation method, device and system, through the start and stop parts of CNC machine tools, CNC machine tools to achieve energy-saving energy consumption in the processing stage in the empty cutting condition, which comprises the following steps: running information NC code to obtain analytical numerical control machine and its components based on the operation of information; CNC machine tools and parts: running state of CNC machine tools and parts as well as the time corresponding to the running status of CNC machine tool mainly refers to the condition in the processing stage, the time period corresponding to the state space for such period of time cutting needs to save energy; the running status of CNC machine tool components including by operation state energy components PLC control; for each such period of time, were stopped in every such period of time the energy components If the sum of the time and the starting time is less than the energy saving time period, if the energy consumption is less than, the energy consumption component is controlled to be suspended in the corresponding energy saving time period.

【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，尤其涉及一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法、评估方法、装置及系统。
技术介绍
制造业的节能减排是可持续发展的重要途径。数控机床是制造业中耗能设备的重要组成部分，我国作为世界上第一制造大国，数控机床保有量占据世界首位，其耗能巨大但能量利用率却较低。减小数控机床的能耗是我国实现节能减排的有效途径。数控机床在运行过程中，由于加工等待、空切削等因素，导致了数控机床大量的能量浪费。因此提高数控机床在运行过程中的能量利用效率，探寻可行的数控机床节能方法意义重大。目前，对数控机床节能研究已经有部分探索。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，通过数控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实施方法，在加工前根据加工工艺获得主轴运行转速及数控程序获取相邻工步间空载运行时间，然后计算在相邻工步间实施停机节能后再启动的节能百分比，当节能百分比为正数时则实施停机节能，达到节约数控机床能源的效果。CN105204433A公开的专利技术名称为《一种随机加工间隔内数控机床状态切换的数控机床节能运行方法》，针对数控机床的加工间隔即加工等待，制定了面向数控机床随机加工间隔的节能实施策略，并对策略中的运行参数进行优化，获得数控机床的节能实施方案，提高了数控机床在加工间隔中能量利用率。数控机床在加工阶段，并时刻都在切削工件，因此在加工阶段将会出现切削状态和空切削状态交替的情况，并且空切削时段有些较长而有些较短，这与刀具路径有关，如加工工件为大型工件，其退刀和进刀距离较长，导致空切削状态时间较长。在空切削状态下，并未发生工件地切削，但是排屑机、液压系统和冷却系统等辅助部件仍然以一定的功率耗能，尤其是在空切削时段较长时，将导致大量的能量浪费。上述研究主要是从整个加工系统、相邻工步间隔和数控机床加工间隔进行的数控机床节能研究。针对加工阶段中由于空切削导致的能量浪费问题的数控机床节能方法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在不改变现有的数控机床的各个能耗部件的情况下实现数控机床的节能运行效果的数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法、评估方法、装置及系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法，在空切削状态下通过停启数控机床能耗部件实现数控机床在加工阶段的节能，包括如下步骤：数控机床及其部件运行信息的获取：基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，包括空切削状态和切削状态，所述空切削状态对应的时间段为需要节能的节能时间段；所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态，该运行状态包括开启状态和关闭状态；数控机床加工阶段节能运行策略：针对每个空切削状态对应的时间段，判断所述受PLC控制的能耗部件在每一个空切削状态对应的时间段的停止时间和启动时间的总和是否小于该对应的时间段，若小于该节能时间段，则该空切削对应的时间段则为节能时间段，控制所述受PLC控制的能耗部件在该对应的节能时间段内暂停。其中，在数控机床及其部件运行信息的获取的步骤中，包括以下子步骤：(1)读入程序段，通过正则表达式识别此程序段，如果为跳转类程序段，需要调用相应子程序进行处理，获得跳转后的一般程序段；(2)通过正则表达式对一般程序段提取其程序段号、G指令、M指令、刀具T指令、转速S指令、进给F指令、坐标指令、圆弧插补半径等；(3)基于PLC程序和PLC输入/输出地址表，分析与部件运行相关的指令，得到部件运行逻辑；基于插补原理，分析进给F指令和刀具坐标指令，获得程序段运行时间；基于坐标指令和毛坯尺寸，获得数控机床运行状态；(4)通过部件运行逻辑、程序段运行时间和数控机床运行状态，获得数控机床及其部件的运行信息，其中，所述程序段运行的开始时间则为对应的时间段的起始时间，程序段运行的结束时间则为对应的时间段的截止时间。其中，在数控机床加工阶段节能运行策略制定的步骤中，包括以下子步骤：(1)对每个节能时间段从1到n进行编号即Ti(i＝1,2,3,…n)，对受PLC控制的能耗部件从1到m进行编号，cj(j＝1,2,3,…m)，令i＝1；(2)筛选出所有停启时间小于Ti的可控能耗部件；(3)针对筛选出的可控能耗部件，分别计算其在Ti中采用停启策略后的节能百分比ES，并筛选出ES大于K的所有部件ck，其中，K为补偿系数，k为正整数；(4)控制部件ck在第i个节能时间段停止和启动，其中，所述部件ck第i个节能时间段的停启时间节点为：节能时间段开始时关闭，持续Ti-tck后开启，tck为部件ck停启所需的时间；(5)判断i是否大于n，如果不大于则令i＝i+1，返回步骤(2)，反之，则结束以实现对数控机床加工阶段的节能运行策略。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种用于对采用所述的节能运行方法的数控机床进行节能效果评估方法，包括以下步骤：S101、获取未采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，包括空切削状态和切削状态，所述空切削状态对应的时间段为空切削时间段；所述数控机床的部件主要包括常开型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及运行状态受伺服控制而变化的能耗部件，所述受伺服控制而变化的能耗部件包括主轴、进给轴，所述受PLC控制的能耗部件的运行状态包括开启状态和关闭状态；S102、数控机床加工阶段的节能潜力分析：综合数控机床空切削能耗模型、预先获取到的数控机床及其部件运行信息和能耗部件功率数据，评估数控机床加工阶段中每一个空切削时间段的能耗；其中，能耗部件功率数据主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常运行时的平均功率、常开型能耗部件正常运行时的平均功率、主轴各转速下的平均功率、进给轴在不同进给状态下的平均功率；S103、控制数控机床按照权利要求1至3中任一项所述的节能运行策略运行，以得到加工阶段中每一个空切时间段对应的所有受PLC控制的能耗部件，为每一个空切时间段内加上该空切时间段对应的受PLC控制的能耗部件停启能耗，以得到每一个空切时间段的节能能耗；S104、将每一个节能能耗与S102步骤所得到的每一个空切时间段的能耗一一进行对比评估，以评估出采用了节能运行策略后的节能效果。其中，在S102步骤中，所述数控机床空切削能耗模型为：Etotal＝Espindle+Efeed+Eauxiliary+Eservo+Ebasic (5)式(5)中，Etotal表示数控机床空切削状态下的总能耗，Espindle、Efeed、Eauxiliary、Eservo、Ebasic分别表示主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法，其特征在于，在空切削状态下通过停启数控机床能耗部件实现数控机床在加工阶段的节能，包括如下步骤：数控机床及其部件运行信息的获取：基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，包括空切削状态和切削状态；所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态，该运行状态包括开启状态和关闭状态；数控机床加工阶段节能运行策略：针对每个空切削状态对应的时间段，判断所述受PLC控制的能耗部件在每一个空切削状态对应的时间段的停止时间和启动时间的总和是否小于该对应的时间段，若小于该节能时间段，则该空切削对应的时间段则为节能时间段，控制所述受PLC控制的能耗部件在该对应的节能时间段内暂停。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法，其特征在于，在空切削状态下通过停启数控机床能耗部件实现数控机床在加工阶段的节能，包括如下步骤：数控机床及其部件运行信息的获取：基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，包括空切削状态和切削状态；所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态，该运行状态包括开启状态和关闭状态；数控机床加工阶段节能运行策略：针对每个空切削状态对应的时间段，判断所述受PLC控制的能耗部件在每一个空切削状态对应的时间段的停止时间和启动时间的总和是否小于该对应的时间段，若小于该节能时间段，则该空切削对应的时间段则为节能时间段，控制所述受PLC控制的能耗部件在该对应的节能时间段内暂停。2.根据权利要求1所述数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法，其特征在于，在数控机床及其部件运行信息的获取的步骤中，包括以下子步骤：(1)读入程序段，通过正则表达式识别此程序段，如果为跳转类程序段，需要调用相应子程序进行处理，获得跳转后的一般程序段；(2)通过正则表达式对一般程序段提取其程序段号、G指令、M指令、刀具T指令、转速S指令、进给F指令、坐标指令、圆弧插补半径等；(3)基于PLC程序和PLC输入/输出地址表，分析与部件运行相关的指令，得到部件运行逻辑；基于插补原理，分析进给F指令和刀具坐标指令，获得程序段运行时间；基于坐标指令和毛坯尺寸，获得数控机床运行状态；(4)通过部件运行逻辑、程序段运行时间和数控机床运行状态，获得数控机床及其部件的运行信息，其中，所述程序段运行的开始时间则为对应的时间段的起始时间，程序段运行的结束时间则为对应的时间段的截止时间。3.根据权利要求1所述数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法，其特征在于，在数控机床加工阶段节能运行策略制定的步骤中，包括以下子步骤：(1)对每个节能时间段从1到n进行编号即Ti(i＝1,2,3,…n)，对受PLC控制的能耗部件从1到m进行编号，cj(j＝1,2,3,…m)，令i＝1；(2)筛选出所有停启时间小于Ti的可控能耗部件；(3)针对筛选出的可控能耗部件，分别计算其在Ti中采用停启策略后的节能百分比ES，并筛选出ES大于K的所有部件ck，其中，K为补偿系数，k为正整数；(4)控制部件ck在第i个节能时间段停止和启动，其中，所述部件ck第i个节能时间段的停启时间节点为：节能时间段开始时关闭，持续Ti-tck后开启，tck为部件ck停启所需的时间；(5)判断i是否大于n，如果不大于则令i＝i+1，返回步骤(2)，反之，则结束以实现对数控机床加工阶段的节能运行策略。4.一种用于对采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床进行节能效果评估方法，包括以下步骤：S101、获取未采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床及其部件的运行信息；其中，数控机床及其部件的运行信息为：数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段，数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态，包括空切削状态和切削状态，所述空切削状态对应的时间段为空切削时间段；所述数控机床的部件主要包括常开型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及运行状态受伺服控制而变化的能耗部件，所述受伺服控制而变化的能耗部件包括主轴、进给轴，所述受PLC控制的能耗部件的运行状态包括开启状态和关闭状态；S102、数控机床加工阶段的节能潜力分析：综合数控机床空切削能耗模型、预先获取到的数控机床及其部件运行信息和能耗部件功率数据，评估数控机床加工阶段中每一个空切削时间段的能耗；其中，能耗部件功率数据主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常运行时的平均功率、常开型能耗部件正常运行时的平均功率、主轴各转速下的平均功率、进给轴在不同进给状态下的平均功率；S103、控制数控机床按照权利要求1至3中任一项所述的节能运行策略运行，以得到加工阶段中每一个空切时间段对应的所有受PLC控制的能耗部件，为每一个空切时间段内加上该空切时间段对应的受PLC控制的能耗部件停启能耗，以得到每一个空切时间段的节能能耗；S104、将每一个节能能耗与S102步骤所得到的每一个空切时间段的能耗一一进行对比评估，以评估出采用了节能运行策略后的节能效果。5.如权利要求4所述的用于对采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床进行节能效果评估方法，其特征在于：在S102步骤中，所述数控机床空切削能耗模型为：Etotal＝Espindle+Efeed+Eauxiliary+Eservo+Ebasic (5)式(5)中，E...

【专利技术属性】
技术研发人员：何彦，王乐祥，孙顺苗，李育锋，鄢萍，陈鹏文，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50