[发明专利]一种数控机床能效在线监测方法

说明书

本发明一种数控机床能效在线监测方法，通过在机床主电动机处和总电源处安装功率传感器，实时采集功率信息，利用机床主传动系统功率平衡方程和附加载荷损耗特性在线分离出切削功率，获取机床切削能耗，从而实现对机床能量效率及设备利用率的在线监测分析；机床能效在线监测方法重点在于在线获取机床可变能耗：首先，对实时获取的主轴功率值进行滤波预处理，在线识别机床运行状态；然后，结合机床功率平衡方程和附加载荷损耗特性分离出切削功率。本发明具有较高的准确性和方便的实用性，对于机械加工过程和车间能效评估、能耗预测、能量管理及节能技术研究均有重要支持作用，具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于数控机床监测技术领域，具体地是涉及一种数控机床能效在线监测方法。

背景技术

节能减排是我国重要的发展战略，以机床为主体的机械加工系统量大面广且能量利用率低，节能减排潜力巨大，对可持续发展战略意义重大；国际标准化组织(ISO) 制定了ISO/DIS14955机床环境评价标准(Environment Evaluation of Machine Tools) ，重点是提高机床的能量效率，实现机床行业的节能降耗。以往曾提出过提高生产过程能量效率的方法：对车间能耗的计算和估计是进行能量管理的基础，而无法获取车间制造过程实时能耗信息是企业实施车间能量管理的阻碍之一；以往还曾提出过：应用过程链仿真来提高加工过程中能量效率的方法，该方法可实时测量机床能耗，但由于缺少切削能耗，因而无法对机床能量效率和能量利用率进行评估。对机床进行能效评估的关键在于获取实时切削能耗，可通过两种方法获取切削能耗：一种是直接获取，即在机床刀架上安装扭力( 或力矩)传感器，直接获取切削功率，但该方法成本高且影响机床使用性能、易受环境影响；另一种是间接获取，即通过其机床参数来获取切削能耗，目前较少见有用此方法进行车间能耗监测与评估。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种数控机床能效在线监测方法；本发明具有较高的准确性和方便的实用性，对于机械加工过程和车间能效评估、能耗预测、能量管理及节能技术研究均有重要支持作用，具有较广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种数控机床能效在线监测方法，其特征在于：通过在机床主电动机处和总电源处安装功率传感器，实时采集功率信息，利用机床主传动系统功率平衡方程和附加载荷损耗特性在线分离出切削功率，获取机床切削能耗，从而实现对机床能量效率及设备利用率的在线监测分析；机床能效在线监测方法重点在于在线获取机床可变能耗：首先，对实时获取的主轴功率值进行滤波预处理，在线识别机床运行状态；然后，结合机床功率平衡方程和附加载荷损耗特性分离出切削功率。

所述滤波预处理的具体滤波算法采用限幅防脉冲干扰滑动平均滤波算法，步骤是：首先，读取两个数据进行比较，如果差值大于设定的阀值，则丢弃这两个数据，重新读取，直到满足阀值要求；然后采用队列作为测量数据的存储器，队列的长度固定为N，每进行一次新的测量，把测量结果放入队尾，而丢弃原来队首的一个数据，这样队列中始终有N个“最新”的数据; 接着对这N 个“最新”数据进行比较，挑选出其最大值和最小值，求这N 个“最新”数据之和，并从和中减去最大值和最小值，求出余下的N －2 个数据的算术平均值并作为信号有效值输出。

与现有技术相比，本发明有益效果是。

本发明所公开的一种数控机床能效在线监测方法，该方法基于机床功率平衡方程和能量损耗特性，通过实时测量机床总电源输入功率和主轴输入功率分离出切削功率，从而在线获取机床能量效率，同时基于功率信息在线识别机床状态，获得机床设备利用率等信息；该方法包括机床能耗状态实时监视、机床能量效率和能量利用率计算分析、设备利用率、设备运行率及设备运行利用率统计等功能。

本发明的数控机床能效在线监测方法，具有较高的准确性和方便的实用性，对于机械加工过程和车间能效评估、能耗预测、能量管理及节能技术研究均有重要支持作用，具有较广阔的应用前景。