变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，包括：步骤1，获取切削要素的取值组合，针对每种取值组合，并实时采集机床的空走刀功率及切削功率；步骤2，根据空走刀功率以及该子区间的切削功率获取子区间的材料切削功率；步骤3，将材料切削功率以及对应的切削要素的取值代入子区间平均切削功率计算公式并进行拟合；步骤4，根据各个切削要素关于时间的函数，得到变切削速率过程的材料切削功率及能耗计算公式；步骤5，计算得到变切削速率过程的材料切削功率峰值和能耗值，选择最佳变切削速率过程进行切削。本发明方法操作简单，对功率和能耗的预测准确性高，便于推广至其他类型的机床、工件材料和刀具的组合。
【专利说明】变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工工艺过程能耗预测【技术领域】，尤其涉及一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法。
【背景技术】
[0002]制造业已成为当今能源消耗和碳排放的主要来源之一，制造业节能减排问题已经引起政府、企业和高校研究组织的广泛关注。机械加工工艺作为制造业的一种主要加工方法，其能量消耗在制造业总体能量消耗中占有较大的比重。因而，迫切需要对机械加工工艺过程的能耗进行建模，为机械加工工艺能量优化和节能奠定基础，进一步推进制造业节能减排工作地开展。
[0003]根据切削速率的变化特性，机械加工过程可以分为恒切削速率过程和变切削速率过程。恒切削速率过程为切削要素保持恒定的切削过程(如:车外圆、铣平面等)。变切削速率过程为至少有一个切削要素(切削速度V。，进给量f，切削深度ap)发生变化的切削过程(车端面 、切槽)。恒切削速率过程的切削功率也是一个稳定值，而变切削速率过程的功率是随时间动态变化的，比恒切削速率过程的功率特性更加复杂。但是专门探讨变切削速率过程切削功率和能耗的研究却少有报道。变切削速率过程的材料切削功率与切削要素、机床机械传动、电机功率损耗等相关，功率特性复杂，变化规律多样，与切削要素的变化特性密切相关。目前缺乏一种有效地获取变切削速率过程动态切削功率和能耗的实用方法。
【发明内容】
[0004]为了对变切削速率过程中功率和能耗进行较为精确的预测，本发明提供了一种方法，以便能够在进行切削之前获取变切削速率过程的功率和能耗的预测值，并根据预测结果进行节能控制。
[0005]一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1，获取切削要素的取值组合，针对每种取值组合，先进行空走刀并实时采集机床的空走刀功率，再按照相同的切削要素取值组合进行切削，将该取值组合对应的变切削速率过程分为等时间间距的若干子区间，并实时采集各个子区间机床的切削功率；
[0007]步骤2，对于每个子区间，根据空走刀功率以及该子区间的切削功率获取该子区间的材料切削功率；
[0008]步骤3，将所有子区间材料切削功率以及对应的切削要素的取值代入公式:
[0009]
【权利要求】
1.一种变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，获取切削要素的取值组合，针对每种取值组合，先进行空走刀并实时采集机床的空走刀功率，再按照相同的切削要素取值组合进行切削，将该取值组合对应的变切削速率过程分为等时间间距的若干子区间，并实时采集各个子区间机床的切削功率； 步骤2，对于每个子区间，根据空走刀功率以及该子区间的切削功率获取该子区间的材料切削功率； 步骤3，将所有子区间材料切削功率以及对应的切削要素的取值代入公式:
2.如权利要求1所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，步骤I中每个子区间的时间间距为0.1秒。
3.如权利要求1所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，在步骤I中，针对切削要素的第i种取值组合，采集空走刀功率以及切削功率的方法为: 步骤1-1，按照切削要素的取值组合进行空走刀一段时间，采集A个空走刀功率数据
4.如权利要求3所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，在步骤2中，对于第j个子区间，根据空走刀功率以及该子区间的切削功率获取子区间的材料切削功率方法为: 步骤2-1，获取该子区间的平均空走刀功率及平均切削功率； 步骤2-2，根据该子区间的平均空走刀功率及平均切削功率，得到该子区间的平均材料切削功率。
5.如权利要求4所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，步骤2-1中，平均空走刀功率
6.如权利要求5所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，步骤2-1中，平均切削功率j的计算公式如下:
7.如权利要求6所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，步骤2-2中，平均材料切削功率
8.如权利要求7所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，平均材料切削功率的总个数Q计算公式为:
9.如权利要求1所述变切削速率过程材料切削功率及能耗的获取和节能控制方法，其特征在于，在步骤3中，采用基于Levernberg-Marquardt算法的非线性最小二乘法进行曲线拟合。
【文档编号】G05B19/18GK103901813SQ201410075748
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】唐任仲, 贾顺, 吕景祥 申请人:浙江大学