[发明专利]一种基于正反多向车削加工的机床能耗建模方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。发明专利(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；发明专利(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；发明专利(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。发明专利(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。

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。

发明内容

针对目前车床能耗预测存在上述的不足，本发明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。

为实现上述目的，本发明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：

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：

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。

步骤二、根据机床空载功率，建立机床空载能耗模型：

P_id＝C₁n²+C₂n+C₃ (2)

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。

其中，t表示机床空载运行时间(整个加工过程)。

步骤三、根据单位材料去除能耗，建立材料去除能耗模型：