[发明专利]数控机床钻削过程功率及能耗获取与节能控制方法

摘要

本发明公开了一种数控机床钻削过程功率及能耗的获取与节能控制方法。该方法将数控机床钻削过程总功率分解为机床待机功率、喷切削液功率、主轴旋转功率、Z轴进给功率和材料钻削功率五部分，通过分别建立上述每一部分的功率模型从而获取钻削过程总功率模型。通过钻削深度和钻削速度运算获得钻削时间值。进一步由钻削总功率和钻削时间相乘获得钻削能耗模型。根据已建立的钻削总功率和钻削能耗模型，计算评估实际可行的多个钻削方案的功率及能耗值，选择功率值不超限且能耗最小的最佳钻削方案进行实际切削，实现节能控制。本发明简单实用，对能耗预测精度高，有利于实现节能控制，且便于推广。

主权项

1.一种数控机床钻削过程功率及能耗获取与节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将数控机床钻削过程总功率分解为机床待机功率、喷切削液功率、主轴旋转功率、Z轴进给功率和材料钻削功率五部分，通过分别建立五部分的功率模型，建立数控机床钻削过程总功率模型，其模型如下：Pd＝Pso+Psf+Psr+Pzf+Pmd其中：Pd表示数控机床钻削过程总功率，Pso表示机床待机功率，Psf表示喷切削液功率，Psr表示主轴旋转功率，Pzf表示Z轴进给功率，Pmd表示材料钻削功率。步骤2，机床待机功率Pso通过采集多个机床待机功率求平均值得到，其功率模型表示为其中：Pso_i为所采集的第i个机床待机功率值，N为采集的机床待机功率值的总数。步骤3，喷切削液功率Psf通过采集多个喷切削液功率求平均值，进一步减去机床待机功率后获得。其功率模型表示为：其中：Psft_j为所采集的第j个机床喷切削液总功率值(含待机功率)，M为采集的机床喷切削液总功率的总数。步骤4，主轴旋转功率Psr通过事先采集多个不同转速下主轴旋转功率，并用关于转速的线性函数对所采集的主轴旋转功率数据进行拟合，建立以转速为变量的主轴旋转功率模型，表示为：Psr＝An+B，其中：n为主轴转速，A为公式的一次项系数，B为常数项。步骤5，Z轴进给功率Pzf通过事先采集多个不同进给速度下的Z轴进给功率，并用关于进给速度的二次函数对所采集的Z轴进给功率数据进行拟合，建立以进给速度为变量的Z轴进给功率模型，表示为：其中：vzf为Z轴进给速度，C为公式的二次项系数，D为公式的一次项系数，E为常数项。步骤6，材料钻削功率Pmd通过事先采集多个不同钻削参数(钻头直径、进给量、主轴转速)组合下的材料钻削功率，并以钻头直径、进给量、主轴转速为自变量、以材料切削功率为因变量进行曲线拟合，建立材料钻削功率模型，表示为：Pmd＝ξ×dαfβnγ，其中：ξ为公式的系数，d为钻头直径，f为进给量，n为主轴转速，α为钻头直径的指数，β为进给量的指数，γ为主轴转速的指数。步骤7，数控机床单孔钻削时间可由钻削深度和钻削速度共同计算获得，其模型表示为：td＝60ld/vzf＝60ld/nf其中：td表示单孔钻削时间，ap表示钻削深度，vzf表示钻削速度(即Z轴进给速度)，n表示主轴转速，f表示进给量。步骤8，数控机床单孔钻削能耗钻削总功率和钻削时间计算获得，其模型表示为：Ed＝Pd×td其中：Ed表示数控机床单孔钻削能耗，Pd表示数控机床钻削过程总功率，td表示单孔钻削时间。步骤9，根据所得到的数控机床钻削过程功率及能耗计算模型，对实现相同钻削目标且实际可行的钻削方案，计算得到对应的钻削功率及能耗值，选择钻削功率值在预设的功率上限值之内且能耗最小的钻削方案进行加工，实现数控机床钻削过程的节能控制。