一种基于正反多向车削加工的机床能耗建模方法技术

本发明专利技术提供了一种基于正反多向车削加工的机床能耗模型建模方法。机床能耗模型建模方法是根据车削加工过程，把机床能耗分为机床待机能耗、机床启动能耗、机床空载能耗(未切除工件材料)以及机床切削能耗，机床切削能耗包含了机床空载能耗(切除工件材料)、材料去除能耗以及附加载荷损耗，为简化模型，将未切除工件材料的机床空载能耗和切除工件材料的机床空载能耗合并，并将附加载荷损耗计入材料去除能耗中，则机床能耗被分为机床待机能耗、机床启动能耗、机床空载能耗以及材料去除能耗，然后分别获取相应能耗，建立模型，最后对各能耗模型求和，建立机床能耗模型。本发明专利技术预测精度高，实用性好，为能耗预测、能耗评估等提供了一种支持工具。支持工具。支持工具。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正反多向车削加工的机床能耗建模方法


[0001]本专利技术涉及一种数控机床能耗预测方法，特别涉及一种基于正反多向车削加工的机床能耗建模方法。

技术介绍

[0002]我国机械制造行业消耗能源巨大，但是有效输出能耗占总的输入能耗比重小，导致能耗利用率低下。机床是机械制造行业的重要组成部分，其中车床占各类金属切削机床中的50％，量大面广，具有巨大节能潜力。车床能耗预测对车床能耗管理、评估和提高能耗利用率有着重要意义。近年来研究人员对机床能耗预测进行了大量研究。专利技术专利(201810852347.7)“一种切削阶段数控机床能耗计算方法”根据建立的机床切削比能和相应的切削参数，计算出切削阶段的数控机床能耗；专利技术专利(201910013924.8)“基于切削力的机床铣削加工过程的能耗模型建模方法”根据铣削加工过程的能耗分类和切削力的切削能耗模型，建立机床能耗预测模型；专利技术专利(201810852361.7)“一种执行车削加工程序时数控车床能耗预测方法”根据车削加工过程的能耗分类和工艺参数，计算基于传统车削方法的数控车床能耗模型。专利技术专利(201910160510.8)“一种外圆车削时净去除材料比能计算方法”通过少量数据，利用最小二乘法建立净去除材料能耗。
[0003]综上所述，现有研究大都基于传统车削方法建立机床能耗预测模型，采用传统车削方法消耗能源大且能耗利用率低，基于传统车削方法提高能量利用率以达到节能减排的目的十分困难。因此，建立一种基于高效节能的车削方法(正反多向车削)的机床能耗预测模型对节能减排和提高能量利用率有着重要意义。

技术实现思路

[0004]针对目前车床能耗预测存在上述的不足，本专利技术目的是提高一种基于正反多向车削的机床能耗建模方法，实现减少能耗和提高能量利用率的要求，同时本方法具有高的精度和良好的实用性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了的技术方案是一种基于正反多向车削的机床能耗建模方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、根据车削加工过程，将机床能耗分为机床空载能耗(未切除工件材料)、机床切削能耗。其中，机床切削能耗由机床空载能耗(切除工件材料)、材料去除能耗以及附加载荷损耗三部分组成。为简化模型，将未切除工件材料的机床空载能耗和切除工件材料的机床空载能耗合并，并将附加载荷损耗计入材料去除能耗中，则机床能耗被分为机床空载能耗(整个加工过程)和材料去除能耗。建立机床能耗模型：
[0007][0008]其中，E表示机床能耗，表示机床空载能耗(整个加工过程)，E
mr
表示材料去除能耗。
[0009]步骤二、根据机床空载功率，建立机床空载能耗模型：
[0010]P
id
＝C1n2+C2n+C3ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0011]其中，P
id
表示机床空载功率，C1、C2、C3表示机床空载功率系数，n表示机床转速。
[0012][0013]其中，t表示机床空载运行时间(整个加工过程)。
[0014]步骤三、根据单位材料去除能耗，建立材料去除能耗模型：
[0015][0016]其中，E
umr
表示单位材料去除能耗，K1，K2，K3，K4表示单位材料去除能耗系数，a
p
表示背吃刀量，v
c
表示切削速度，f表示进给量。
[0017][0018]其中，V1表示加工前工件材料体积，V2表示加工后工件材料体积。
[0019]步骤四、将公式(3)、公式(5)带入公式(1)，得到机床能耗预测模型：
[0020][0021]步骤五、利用功率电能分析仪采集数据，计算机床能耗预测模型中各待定系数。
[0022]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]1、本专利技术获取各加工阶段的加工时间和各切削参数条件下的能耗信息，实现零件加工全过程能耗的预测，该方法简单易行，具有较高的适用性。
[0024]2、本专利技术采用能耗分类的方法，将机床能耗分为机床空载能耗和材料去除能耗，可以实现零件各个阶段加工过程能耗的预测，解决了工步能耗难预测的问题。
[0025]3、本专利技术综合考虑了主轴转速、背吃刀量、进给量、切削速度等对机床能耗的影响，该方法具有较高的精度和可靠性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的正反多向车削机床能耗建模流程图。
[0027]图2为本专利技术实施例中轴类零件的工艺方案图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]本专利技术提出一种基于正反多向车削的机床能耗建模方法，可方便预测零件整个加工过程能耗和各个加工阶段能耗。机床能耗模型由正向(精加工和粗加工)能耗模型、反向精加工能耗模型、反向粗加工能耗模型组成。该方法具体步骤如下：
[0030]步骤一、将机床能耗分为机床空载能耗(整个加工过程)和材料去除能耗。建立模型：
[0031]机床能耗模型：
[0032]机床空载功率模型：P
id
＝C1n2+C2n+C3ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0033]机床空载能耗模型：
[0034]单位材料去除能耗模型：
[0035]材料去除能耗模型：
[0036]其中，E表示机床能耗，表示机床空载能耗(整个加工过程)，E
mr
表示材料去除能耗，P
id
表示机床空载功率，C1、C2、C3表示机床空载功率系数，n表示机床转速，t表示机床空载运行时间(整个加工过程)，E
umr
表示单位材料去除能耗，K1，K2，K3，K4表示单位材料去除能耗系数，a
p
表示背吃刀量，v
c
表示切削速度，f表示进给量，V1表示加工前工件材料体积，V2表示加工后工件材料体积。
[0037]步骤二、在机床处于空载状态下，利用功率电能分析仪采集不同主轴转速n下的空载功率，将所得数据对公式(2)进行拟合，计算机床空载功率模型中的各待定系数，获得机床空载功率模型。
[0038]步骤三、在机床处于切削状态下，利用功率电能分析仪采集不同切削用量(背吃刀量a
p
，切削速度v
c
，进给量f)和刀具下的单位材料去除能耗，将所得数据对公式(4)进行拟合，计算单位材料去除能耗模型中的各待定系数，获得单位材料去除能耗模型。
[0039]步骤四、将公式(2)(4)分别带入公式(3)(5)，再将公式(3)(5)带入公式(1)得到机床能耗模型。
[0040]步骤五、在切削时间、切削用量、刀具已知条件下，利用上述公式计算零件整个加工过程能耗和各个加工阶段能耗。
[0041]实施例：
[0042]本实施案例以C2
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6150HK/1型数控车床为平台，采用ME435手持式三相功率电能分析仪来获取机床功率和能耗数据，选取数控精加工车刀(CP<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于正反多向车削的机床能耗模型建模方法，其特征在于由正向(精加工和粗加工)能耗模型、反向精加工能耗模型、反向粗加工能耗模型组成，包括以下步骤：步骤一、将机床能耗分为机床空载能耗(未切除工件材料)和机床切削能耗，建立机床能耗：其中，E表示机床能耗，表示机床空载能耗(未切除工件材料)，E
cm
表示机床切削能耗。步骤二、将机床切削能耗分为机床空载能耗和材料去除能耗：其中，表示机床空载能耗(切除工件材料)，E
mr
表示材料去除能耗。步骤三、将公式(2)代入公式(1)中，得到机床能耗模型：其中，表示机床空载能耗(整个加工过程)。步骤四、建立机床空载功率：P
id
＝C1n2+C2n+C3ꢀꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡维，李彦琪，何彦，贾顺，谢俊，李顺江，徐韶华，胡罗克，张元慧，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：