[发明专利]数控机床加工过程机电主传动系统能量效率获取的方法

说明书

技术领域

本发明属于机床控制技术领域，尤其涉及一种数控机床加工过程机电主传动系统能量效率获取的新方法。

  

背景技术

制造系统能耗状态分析及其能效估评是制造系统降低能量消耗、提高能量效率的基础。为此制造系统能效评估问题的研究正在国际上迅速兴起。CN102179727A公开的发明名称为《机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法》的发明专利，其公开的方案提供一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，求取出主轴电机损耗功率、主轴电机输出功率、机械传动系统损耗功率、切削功率等机床主传动系统能耗信息的实时数据。CN2066162公开的发明名称为《机床节能功率监控装置》的实用新型，公开了一种机床节能功率监控装置，以定子电流作为检测信号，通过电流分路实现降压节能和功率监控。2009年9月，国际生产工程学会（CIRP）在爱尔兰召开了第26届国际制造会议（International Manufacturing Conference, IMC’26），将“能源效率与低碳制造”作为会议主题，提出“为了确保制造业创新与发展，必须准确评价制造过程与系统的能量消耗状况”。又如美国能源部专门设立了以提高制造企业生产过程的能量效率作为首要目标的“工业评估中心（Industrial Assessment Centers）”。该中心依托美国29所高校，对工业企业生产现场的能量消耗状况进行评估和研究。评估时，包括生产设备等各能耗环节，也包括电机数量、额定功率、运行时间等。但还未涉及到机床加工系统内部的能量消耗及能量效率评估；其主要原因是生产现场实时获取机床服役过程的能量消耗和能量效率数据非常困难。

机床是制造系统的装备基础，其能效评价是制造系统能效评价的重要方面。虽然现有文献已对机床能量效率问题作了不少研究，但是，生产现场的机床服役过程能量效率的获取问题尚未很好解决，尚无方便实用的有效方法。其原因主要有两点：一是需要的有些测试数据实验室获取容易，生产现场获取就非常困难；二是机床主传动系统能量流动过程复杂，现场模型参数难于确定，因而现场能量效率难于通过模型求解获取。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种数控机床加工过程机电主传动系统能量效率获取的新方法，通过记录机床主传动系统在加工过程中的输入功率过程数据或过程曲线，即可在线求取到机床主传动系统的能量效率。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术手段：

一种数控机床加工过程机电主传动系统能量效率获取的方法，其特征在于，包括以下内容：

1）建立了数控机床加工过程机电主传动系统能量效率模型Ⅰ和Ⅱ：

=                                             （I）

=                                （II）

其中，模型Ⅰ适用于单区间转速数控机床，模型Ⅱ适用于多区间转速数控机床。所谓多区间是指某些分段调速数控机床存在多个转速段，如高速段和低速段，每个转速段即为一个转速区间，并且一个转速区间对应一个固定的传动链。另外，上述能量效率模型还可以分别简化为模型Ⅲ和Ⅳ：

=                                                             （Ⅲ）

=                                                 （Ⅳ）

2）  模型的基础函数和基础系数的一次性前期准备，具体包括

a. 数控机床加工过程机电主传动系统空载功率与转速的关系函数，包括单区间转速机床主传动系统空载功率与转速的单一关系曲线，多区间转速机床主传动系统空载功率与转速关于区间号的关系曲线；

b. 单区间转速机床主传动系统的附加载荷损耗系数，，，以及多区间转速机床主传动系统在各区间传动链下的附加载荷损耗系数，，的表格函数；

3）实际应用时只需现场测量数控机床主传动系统在加工过程中实时的输入功率过程数据或过程曲线，再根据上述能量效率模型、模型基础函数和基础系数即可计算得到机床加工过程机电主传动系统能量效率。