专利名称：机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法
技术领域：
本发明属于机床监测技术领域，尤其涉及一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法。
背景技术：
机床素有“工业之母”的美誉，但机床的巨大耗电量及其环境排放问题日益得到重视。正在兴起的低碳经济要求机械制造业对作业车间现场的机床能量消耗状态进行监控和管理，并研究机床节能运行技术与方法。应对上述需求，近年来全球诸多高校、企业、国际组织、政府部门进行了大量研究。ZL200810070302. 0公开的发明名称为《一种数控机床相邻工步间空载运行时停机节能实施方法》的发明专利，其公开的方案是在机床数控程序中嵌入停机指令和后续的再启动指令，减小机械制造过程中机床空载运行时间，达到节能目的。ZL90211626. 6公开的发明名称为《机床节能功率监控装置》实用新型，公开了一种节约机床电能的功率监控装置， 当机床轻载或空载时，电源通过自藕变压器降压，从而实现节能。美国国家能源部成立了工业评估中心，帮助中小制造企业进行能量消耗评估。国际标准化委员会(ISO)开始制定“机床环境评估”国际标准，该标准的第一部分“机床节能设计规范”初稿已于2010年10月沈日完成。国际生产工程学会CIRP的STC-C科学技术委员会将机械加工过程的能量效率作为2009年度的主要研究课题之一。美国麻省理工学院的Gutowski教授团队、美国加州大学伯克利分校Dornfeld教授团队和Sieng P S教授团队、德国斯图加特大学Verl教授团队等均作了大量卓有成效的研究。在机床能量消耗状态的监控、管理和节能运行技术的研发工作中，机床能量效率和其它能耗数据的实时现场测量是一个基础问题，但由于机床能量流环节和能量消耗环节多、工艺变化和加工过程变化复杂导致各能量参数变化复杂、机电交差问题多、能耗规律复杂等原因，该问题尚未很好解决。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，通过测取机床在加工过程中的输入总功率，即可在线的求取到机床主传动系统中主轴电机损耗功率、主轴电机输出功率、机械传动系统损耗功率和切削功率的实时数据。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术手段—种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤1)获取检测机床主传动系统加工过程中能耗信息所需要的基础数据，所述基础数据包括机床在主轴处于加工转速下的空载功率Pu和附加载荷损耗系数CIp CI2，主轴电机额定功率Pr，主轴电机额定效率η r，及主轴电机空载功率P。；
2)测量机床在加工过程中实时的输入总功率Pin(t)；
权利要求
1.一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤1)获取检测机床主传动系统加工过程中能耗信息所需要的基础数据，所述基础数据包括机床在主轴处于加工转速下的空载功率Pu和附加载荷损耗系数CIp α 2，主轴电机额定功率已，主轴电机额定效率I，及主轴电机空载功率P。；2)测量机床在加工过程中实时的输入总功率Pin(t)；3)将Pin(t)、Pr、η r、P。代入公式
2.根据权利要求1所述的机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，其特征在于，机床在主轴处于加工转速下的空载功率Pu的获取方法为在机床没有切削对象的前提下启动机床至主轴达到加工转速，测量机床的输入功率，其输入功率的稳定值即作为机床在主轴处于此加工转速下的空载功率Pu。
3.根据权利要求1所述的机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，其特征在于，机床在主轴处于加工转速下的附加载荷损耗系数α ρ α 2通过切削实验获取；所述切削实验的操作过程如下①在机床的切削刀具上安装力传感器或扭矩传感器，用于检测切削刀具的切削力或切削扭矩；②启动机床至主轴达到加工转速，待其平稳运行后，按设置的切削加工工艺参数进行切削加工，读取切削加工时机床主传动系统输入总功率Pin以及相应的切削力Fz或扭矩Μζ， 并根据公式P。= FzXv或P。= ΜΖΧ2 π n获得此时的切削功率P。；其中ν表示切削加工的切削线速度，n表示加工转速；③设置不同的切削加工工艺参数，按步骤②所述方法执行S次切削加工，得到S次切削加工的输入总功率Pinl，Pin2，.. ·，Pins以及S次切削加工的切削功率Pcl，Pc2，... ,Pcs ；S ^ 2 ；④将上述S次切削加工的输入总功率Pinl，Pin2，...，Pins以及S次切削加工的切削功率 Pcl,Pc2, ... , Pcs的值代入方程
全文摘要
本发明提供一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法，该方法根据所建立的机床加工过程中主传动系统能量流和主要能耗信息的数学模型，及事先获取的机床在主轴处于加工转速下的空载功率和附加载荷损耗系数、主轴电机额定功率、主轴电机额定效率、主轴电机空载功率等基础数据，加工过程中只需测取生产现场机床的输入总功率，就可求取出主轴电机损耗功率、主轴电机输出功率、机械传动系统损耗功率、切削功率等机床主传动系统能耗信息的实时数据；该方法可直接应用于机床能量效率获取、机械加工过程的能效评估、能耗监控、能量管理、节能技术研究中，具有较广阔的应用前景。
文档编号B23Q17/00GK102179727SQ20111009562
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者刘霜, 刘飞, 胡韶华 申请人:重庆大学