一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法

文档序号:3232878阅读:320来源:国知局
专利名称:一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法
技术领域
本发明涉及一种机床能耗获取方法,尤其涉及一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法。
背景技术
在当前节能减排,低碳生产的背景下,目前有大量的高校、企业、国际组织对机床能耗展开了研究。数控车床广泛应用在机械制造业中,主传动系统能耗是机床能耗的主要组成部分,非切削能耗在主传动系统总能耗中占有很大比例,因而迫切需要准确获取机床主传动系统非切削能耗,为实现机床使用节能降耗打下基础。数控车床主传动系统的能耗分为切削能耗和非切削能耗,非切削能耗主要包含主轴空转能耗和主轴加速能耗。CN201110095627. 6公开的名称为《机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法》的发明专利,是应用在线检测的方法,通过测量机床总输入功率,从而得到主轴电机损耗功率、切削功率等实时数据。A. A. Munoz等建立了机械加工过程切削能耗的理论模型,刘飞等系统研究了普通机床以及变频调速类数控机床的能量特性,构建了主传动系统功率平衡方程和能量平衡方程。但是关于量化计算数控机床主传动系统非切削能耗的研究很少有报道。数控车床主传动系统非切削功率变化规律复杂,包含恒速空转和主轴加速两个状态,涉及主轴变频器、电机、机械传动等多个能量传输环节,能耗同主传动系统的结构密切相关,目前缺乏获取机床主传动系统非切削能耗的方法。

发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于提供一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法,通过将主轴空转、主轴加速相关参数代入其功率和能耗数学模型,即可得到数控车床主传动系统主轴空转、主轴加速的功率和能耗值。为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是包括如下步骤(I)获取数控车床主传动系统功率方程的相关系数,相关系数包括主传动系统变频器和主轴电机空载功率Pc^主轴空转摩擦转矩Tf,主传动系统转动惯量Jtot,主轴角加速度a ;(2)将主轴空转转速n,主轴空转时间tu代入公式
Pu ( ) = P0e+Tf ■ Inn / 60\,.
E =P(n)-t{1)
^ uw V / u从而得到主轴空转功率Pu (n),主轴空转能耗Eu ;(3)将主轴加速前的初始转速n。,主轴加速达到的最终转速nf,主轴从最大功率逐渐过渡到空转功率的时间h代入公式
权利要求
1.一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法,其特征在于包括如下步骤 (1)获取数控车床主传动系统功率方程的相关系数,相关系数包括主传动系统变频器和主轴电机空载功率Pc^主轴空转摩擦转矩Tf,主传动系统转动惯量Jtot,主轴角加速度a ; (2)将主轴空转转速n,主轴空转时间tu代入公式 JP (W) = P0e+Tj -2^/60 < Eu =Pu(n).tu⑴ 从而得到主轴空转功率Pu(n),主轴空转能耗Eu ; (3)将主轴加速前的初始转速n。,主轴加速达到的最终转速nf,主轴从最大功率逐渐过渡到空转功率的时间h代入公式 Pa (0 = P0e + + Tf ){27tn0 / 60 + at)2n{nf -"J <ta=^-+t0 QZr r\U SOcc(9) I2^( /7 / — W ) I Et=-( Pao + Pam) \a J + - [Pam + Pu (nf)] t0 、 260a 2 从而得到主轴加速功率Pa (t),主轴加速时间ta,主轴加速能耗Ea,其中Pa。是加速开始时的主轴功率,Pam是主轴加速过程的最大功率,且Patj=Pcie+ (Jtot a +Tf) 2 no/60,Pam-Poe+ (Jtot Q +Tf) 2 ^ nf/60。
2.根据权利要求I所述的一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法,其特征在于所述主传动系统变频器和主轴电机空载功率Ptte,主轴空转摩擦转矩Tf的获取方法为 (1)将功率采集实验装置连接在数控车床主传动系统电源输入端,选取采样频率f;控制功率采集装置采集功率数据并采用均值滤波算法处理所采集的数据,实时输出所测功率数据,每秒存储功率数据个;在主轴转速范围内,按照相同的间隔选择M个转速Iii,i=l,2, ,M ; (2)分别控制主轴以转速Iii恒速空转,测量并求平均得转速Iii对应的主轴空转功率值Pui,共M个;以转速叫为自变量,^为应变量,做一元线性回归分析,得主轴空转功率回归Ul 3Ui方程如式(3)所示, Pu (n) =au+bun(3) 式中n是主轴转速,Pu是主轴空转功率,au、bu是两个回归系数; 式⑴和式⑶均表示主轴空转功率方程,对应系数值相等,从而得Pc^au, Tf=60bu/(2 31 ) o
3.根据权利要求I所述的一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法,其特征在于所述主传动系统转动惯量Jtot,主轴角加速度a通过主轴启动实验获取,实验操作过程如下 (I)将功率采集实验装置连接在数控车床主传动系统电源输入端,选取采样频率f ;控制功率采集装置采集功率数据并采用均值滤波算法处理所采集的数据,实时输出所测功率数据,每秒存储功率数据个;在主轴转速范围内,按照相同的间隔选择M个转速Iii,i=l,2, ,M ; (2)分别控制主轴启动至转速Iii,对应于每个主轴转速Iii,选取主轴开始启动直至最大功率这段时间的功率数据PaU,且j=0,1,2,..., Ni-I,其中Ni是这段时间所存储功率数据的条数;数据输出间隔A t=l/fi,对应于每个主轴转速Iii, WjAtS自变量,Pau为应变量,做一元线性回归分析,共得M个回归方程
全文摘要
本发明公开了一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法。该方法根据所建立的主轴空转和主轴加速功率和能耗模型,以及通过实验获取的主传动系统变频器和主轴电机空载功率Poe、主轴空转摩擦转矩Tf、主传动系统转动惯量Jtot、主轴角加速度α等模型中的系数值,就可求出主轴空转和主轴加速的功率和能耗值。本发明提供了实验获取相关系数的方法,包括通过对主轴空转功率数据的回归分析,得到系数Poe,Tf;通过对主轴启动功率、时间等数据的分析,得到系数Jtot,α。本发明可直接应用于机床使用环境影响评估,机械加工工艺能耗计算,基于最小能耗的机床和工艺选择,促进机械制造节能降耗的顺利进行。
文档编号B23Q17/00GK102744649SQ20121024032
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者吕景祥, 唐任仲, 贾顺 申请人:浙江大学
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