[发明专利]数控车床多工位回转刀架自动换刀能耗准确预测方法

说明书

本发明公开了一种数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法。该方法首先测量多组旋转刀位数下自动换刀持续时间，拟合获得自动换刀持续时间的计算模型。采集并运算得到机床基本模块功率，并基于机床基本模块功率和自动换刀持续时间计算得到机床基本模块能耗。采集并运算得到换刀装置稳态功率，进一步计算得到换刀装置稳态能耗。通过获得数控车床执行自动换刀过程中所有功率峰值引起的能耗，累加获得换刀装置瞬态能耗。基于已获得的机床基本模块能耗、换刀装置稳态能耗、换刀装置瞬态能耗，得到自动换刀过程能耗预测模型，实现数控车床自动换刀过程能耗准确预测，为机床节能优化提供基础模型支持。

技术领域

本发明涉及数控车床自动换刀过程能耗预测领域，尤其是一种数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法。

背景技术

数控车床在执行机械加工工艺过程中由于加工特征(圆柱面、螺纹、切槽)的不同，需要多次进行自动换刀，在外圆车刀、内孔车刀、切槽刀，螺纹刀等刀具间进行切换。数控车床普遍采用多工位回转刀架进行自动换刀，换刀过程仍然消耗能量且换刀过程频繁发生，因此，数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗是数控车床加工过程能耗的重要组成该部分。数控车床自动换刀过程能耗预测模型的建立对于提高数控车床机械加工全过程能耗预测精度以及数控车床的能量优化具有重要意义。

数控车床多工位回转刀架自动换刀过程中会产生多次功率峰值，因此，换刀全过程能耗既包括功率稳定部分的能耗，也包括功率峰值引起的能耗。当前仍然缺乏一种精确的预测数控车床多工位回转刀架全过程能耗且综合考虑稳态及瞬态能耗的有效方法。本发明方法通过建立数控车床多工位回转刀架自动换刀过程中机床基本模块能耗、换刀装置稳态能耗、换刀装置瞬态能耗的计算模型，进一步建立自动换刀全过程能耗预测模型。本发明方法不仅考虑数控车床自动换刀过程中的稳态能耗还综合考虑了瞬态能耗，与实际情况更加吻合，能耗预测精度较高，是一种实用的数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在数控车床自动换刀之前能够准确预测不同旋转刀位数下的自动换刀过程能耗的方法。该方法预测准确度高，对于数控车床加工过程的能耗精确预测及优化提供重要的模型和方法支持。

一种数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法，包括如下步骤：

步骤1，根据数控车床多工位回转刀架的当前刀位号和目标刀位号，确定旋转刀位数。由于数控车床多工位回转刀架普遍采用单向顺序旋转方式，因此旋转刀位数计算公式可表示为：

其中：Δ表示回转刀架旋转刀位数，T_t表示回转刀架目标刀位号，T_i表示回转刀架当前刀位号，T_p表示回转刀架总刀位数。

步骤2，测量获取数控车床多个不同旋转刀位数(Δ₁,Δ₂,…Δ_N)下的自动换刀持续时间值(t_tc1,t_tc2,…t_tcN)，其中Δ_N表示第N个旋转刀位数，t_tcN表示在第N个旋转刀位数下自动换刀持续时间值。

步骤3，根据获取得到多组不同旋转刀位数下的自动换刀持续时间，以旋转刀位数Δ为自变量，以自动换刀持续时间t_tc为响应变量进行数据拟合，建立自动换刀持续时间的计算模型，其模型表示为：

其中：t_tc表示自动换刀持续时间，Δ表示回转刀架旋转刀位数，α,β表示公式中的系数。

步骤4，通过采集多个机床基本模块功率并求平均值得到机床基本模块功率，其功率计算公式表示为：