[发明专利]一种面向定制化设计机床的单位能耗性能评测方法

说明书

本发明涉及机床能效评价技术领域，公开了一种面向定制化设计机床的单位能耗性能评测方法，获取机床的基础功能数据，将加工不同工件的加工需求转化为不同的定制工况需求：精加工工况FM、半精加工工况SfM和粗加工工况RM；通过测量机床运行工况的功率参数，计算获得机床处于三类定制工况下的均值功率参数；通过计算机床在三类定制工况下的单位均值能耗和单位均值能效，计算获得面向定制化设计机床的单位均值能耗和单位均值能效。本发明表征了机床定制设计的确定性需求与机床未来服役过程的不确定性变化，所获取的单位均值能耗和单位均值能效可用于反映机床单位时间内完成定制工况任务的能量消耗和能量效率，可为定制机床的能效标签制定提供重要支撑。

技术领域

本发明涉及机床能耗性能评价技术领域。

背景技术

我国机械加工正朝着高效率、高质量及高能效的制造方向发展。而以机床为主体的机械加工系统量大面广且能量消耗总量巨大、能量利用率偏低，所以提高机床的能量效率、促进机床行业的节能降耗对实现可持续发展战略意义重大。指导高能效机床的定制化设计，离不开对机床能耗性能进行客观、全面的评价。

国际标准委员会发布的ISO 14955系列标准提供了从机床整体到机床组件的能耗测试方法，即让机床在规定条件运行一段时段并测量其能耗和功率消耗，但该方法并未考虑到机床在未来服役阶段的动态加工过程。

日本标准协会出版JIS TS B 0024系列标准用于机床能量效率的测试与评估，并将加工标准样件的能量消耗作为机床能量效率评价指标。但需对每台定制机床设计一个标准样件，存在工作量大且操作复杂等难题。

Li等在论文《An empirical model for predicting energy consumption ofmanufacturing processes:a case of turning process》中基于材料去除率研究了车床的能量效率，但评价结果易受机床未来服役过程所加工工件材料、加工参数、刀具等因素影响。

正在批准的国家推荐标准《数控机床固有能量效率的评价方法》(20192988-T-604)和已授权的发明专利《一种机床服役周期能效潜力获取方法》(201910918467.7)主要面向于行业通用机床，不适用于高能效机床的定制设计。已授权的发明专利《一种面向机床整个使用阶段能量效率最高的机床评选方法》(201710464808.9)主要面向机床用户采购高能效机床，需人为设计多套工艺方案以及使用概率，评选结果较为主观，且难以考虑定制机床未来服役阶段可能出现的其他加工工艺。

综上所述，现有的机床能效评价方法未考虑定制化机床的运行加工特点，且未来不能适应机床加工需求发生变化的情形，因而难以用于支持高能效机床的定制设计。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种面向定制化设计机床的单位能耗性能评测方法，解决现有机床能效评价方法未考虑定制化机床的运行加工特点，且未来不能适应机床加工需求发生变化的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种面向定制化设计机床的单位能耗性能评测方法，包括以下步骤：

获取待测机床的基础功能数据，包括主轴额定转速n_r、主轴最高转速n_m和主轴额定转矩T_r；

将加工不同工件的加工需求转化为不同的定制工况需求：精加工工况FM、半精加工工况SfM和粗加工工况RM；

根据定制工况需求预测待测机床处于各个定制工况下的概率ρ_i，并且i∈[FM,SfM,RM]；

根据加工要求与待测机床的加工性能确定待测机床处于各个定制工况下的工作参数范围，包括主轴转速范围进给轴速度范围以及主轴转矩范围