数控机床加工阶段节能运行方法、评估方法、装置及系统与流程

文档序号:12468511阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法,其特征在于,在空切削状态下通过停启数控机床能耗部件实现数控机床在加工阶段的节能,包括如下步骤:

数控机床及其部件运行信息的获取:基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息;

其中,数控机床及其部件的运行信息为:数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段,数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态,包括空切削状态和切削状态;所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态,该运行状态包括开启状态和关闭状态;

数控机床加工阶段节能运行策略:针对每个空切削状态对应的时间段,判断所述受PLC控制的能耗部件在每一个空切削状态对应的时间段的停止时间和启动时间的总和是否小于该对应的时间段,若小于该节能时间段,则该空切削对应的时间段则为节能时间段,控制所述受PLC控制的能耗部件在该对应的节能时间段内暂停。

2.根据权利要求1所述数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法,其特征在于,在数控机床及其部件运行信息的获取的步骤中,包括以下子步骤:

(1)读入程序段,通过正则表达式识别此程序段,如果为跳转类程序段,需要调用相应子程序进行处理,获得跳转后的一般程序段;

(2)通过正则表达式对一般程序段提取其程序段号、G指令、M指令、刀具T指令、转速S指令、进给F指令、坐标指令、圆弧插补半径等;

(3)基于PLC程序和PLC输入/输出地址表,分析与部件运行相关的指令,得到部件运行逻辑;基于插补原理,分析进给F指令和刀具坐标指令,获得程序段运行时间;基于坐标指令和毛坯尺寸,获得数控机床运行状态;

(4)通过部件运行逻辑、程序段运行时间和数控机床运行状态,获得数控机床及其部件的运行信息,其中,所述程序段运行的开始时间则为对应的时间段的起始时间,程序段运行的结束时间则为对应的时间段的截止时间。

3.根据权利要求1所述数控机床运行过程中加工阶段的节能运行方法,其特征在于,在数控机床加工阶段节能运行策略制定的步骤中,包括以下子步骤:

(1)对每个节能时间段从1到n进行编号即Ti(i=1,2,3,…n),对受PLC控制的能耗部件从1到m进行编号,cj(j=1,2,3,…m),令i=1;

(2)筛选出所有停启时间小于Ti的可控能耗部件;

(3)针对筛选出的可控能耗部件,分别计算其在Ti中采用停启策略后的节能百分比ES,并筛选出ES大于K的所有部件ck,其中,K为补偿系数,k为正整数;

(4)控制部件ck在第i个节能时间段停止和启动,其中,所述部件ck第i个节能时间段的停启时间节点为:节能时间段开始时关闭,持续Ti-tck后开启,tck为部件ck停启所需的时间;

(5)判断i是否大于n,如果不大于则令i=i+1,返回步骤(2),反之,则结束以实现对数控机床加工阶段的节能运行策略。

4.一种用于对采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床进行节能效果评估方法,包括以下步骤:

S101、获取未采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床及其部件的运行信息;

其中,数控机床及其部件的运行信息为:数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段,数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态,包括空切削状态和切削状态,所述空切削状态对应的时间段为空切削时间段;所述数控机床的部件主要包括常开型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及运行状态受伺服控制而变化的能耗部件,所述受伺服控制而变化的能耗部件包括主轴、进给轴,所述受PLC控制的能耗部件的运行状态包括开启状态和关闭状态;

S102、数控机床加工阶段的节能潜力分析:综合数控机床空切削能耗模型、预先获取到的数控机床及其部件运行信息和能耗部件功率数据,评估数控机床加工阶段中每一个空切削时间段的能耗;

其中,能耗部件功率数据主要包括:受PLC控制的能耗部件的正常运行时的平均功率、常开型能耗部件正常运行时的平均功率、主轴各转速下的平均功率、进给轴在不同进给状态下的平均功率;

S103、控制数控机床按照权利要求1至3中任一项所述的节能运行策略运行,以得到加工阶段中每一个空切时间段对应的所有受PLC控制的能耗部件,为每一个空切时间段内加上该空切时间段对应的受PLC控制的能耗部件停启能耗,以得到每一个空切时间段的节能能耗;

S104、将每一个节能能耗与S102步骤所得到的每一个空切时间段的能耗一一进行对比评估,以评估出采用了节能运行策略后的节能效果。

5.如权利要求4所述的用于对采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床进行节能效果评估方法,其特征在于:

在S102步骤中,所述数控机床空切削能耗模型为:

Etotal=Espindle+Efeed+Eauxiliary+Eservo+Ebasic (5)

式(5)中,Etotal表示数控机床空切削状态下的总能耗,Espindle、Efeed、Eauxiliary、Eservo、Ebasic分别表示主轴电机、进给轴电机、辅助部件、伺服驱动器和基础部件的能耗。

6.一种数控机床运行过程中加工阶段的节能运行装置,包括:

第一获取模块:用于基于NC代码解析获取数控机床及其部件的运行信息;

其中,数控机床及其部件的运行信息为:数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段,数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态,包括空切削状态和切削状态,所述空切削状态对应的时间段为节能时间段;所述数控机床的部件的运行状态主要包括受PLC控制的能耗部件的运行状态,该运行状态包括开启状态和关闭状态;

数控机床加工阶段节能运行控制模块:针对每个空切削状态对应的时间段,判断所述受PLC控制的能耗部件在每一个空切削状态对应的时间段的停止时间和启动时间的总和是否小于该对应的时间段,若小于该节能时间段,则该空切削对应的时间段则为节能时间段,控制所述受PLC控制的能耗部件在该对应的节能时间段内暂停。

7.如权利要求6所述的数控机床运行过程中加工阶段的节能运行装置,其特征在于,所述第一获取模块通过以下方式获取数控机床及其部件运行信息获取模块:

(1)读入程序段,通过正则表达式识别此程序段,如果为跳转类程序段,需要调用相应子程序进行处理,获得跳转后的一般程序段;

(2)通过正则表达式对一般程序段提取其程序段号、G指令、M指令、刀具T指令、转速S指令、进给F指令、坐标指令、圆弧插补半径等;

(3)基于PLC程序和PLC输入/输出地址表,分析与部件运行相关的指令,得到部件运行逻辑;基于插补原理,分析进给F指令和刀具坐标指令,获得程序段运行时间;基于坐标指令和毛坯尺寸,获得数控机床运行状态;

(4)通过部件运行逻辑、程序段运行时间和数控机床运行状态,获得数控机床及其部件的运行信息,其中,所述程序段运行的开始时间则为对应的时间段的起始时间,程序段运行的结束时间则为对应的时间段的截止时间。

8.如权利要求6所述的数控机床运行过程中加工阶段的节能运行装置,其特征在于,数控机床加工阶段节能运行控制模块通过以下方式控制数控机床的能耗部件以实现节能运行:

(1)对每个节能时间段从1到n进行编号即Ti(i=1,2,3,…n),对受PLC控制的能耗部件从1到m进行编号,cj(j=1,2,3,…m),令i=1;

(2)筛选出所有停启时间小于Ti的可控能耗部件;

(3)针对筛选出的可控能耗部件,分别计算其在Ti中采用停启策略后的节能百分比ES,并筛选出ES大于K的所有部件ck,其中,K为补偿系数,k为正整数;

(4)控制部件ck在第i个节能时间段停止和启动,其中,所述部件ck第i个节能时间段的停启时间节点为:节能时间段开始时关闭,持续Ti-tck后开启,tck为部件ck停启所需的时间;

(5)判断i是否大于n,如果不大于则令i=i+1,返回步骤(2),反之,则结束以实现对数控机床加工阶段的节能运行策略。

9.一种用于对采用如权利要求6至8中任一项所述的节能运行装置的数控机床进行节能效果评估的评估系统,包括数控机床能耗计算装置、如权利要求6至8中任一项所述的节能运行装置以及节能效果评估装置;

所述数控机床能耗计算装置包括:

第二获取模块,用于预先获取未采用如权利要求1至3中任一项权利要求所述的节能运行方法的数控机床及其部件的运行信息;

其中,数控机床及其部件的运行信息为:数控机床和部件的运行状态以及对应的时间段,数控机床的运行状态主要指在加工阶段的运行状态,包括空切削状态和切削状态,所述空切削状态对应的时间段为空切削时间段;所述数控机床的部件主要包括常开型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及运行状态受伺服控制而变化的能耗部件,所述受伺服控制而变化的能耗部件包括主轴、进给轴,所述受PLC控制的能耗部件的运行状态包括开启状态和关闭状态;

数控机床加工阶段的节能潜力分析模块,用于综合数控机床空切削能耗模型、预先获取到的数控机床及其部件运行信息和能耗部件功率数据,评估数控机床加工阶段中每一个空切削时间段的能耗;

其中,能耗部件功率数据主要包括:受PLC控制的能耗部件的正常运行时的平均功率、常开型能耗部件正常运行时的平均功率、主轴各转速下的平均功率、进给轴在不同进给状态下的平均功率。

所述能耗评估装置包括:

节能能耗计算模块,用于获取将数控机床在节能运行装置的节能条件下,数控机床加工阶段中每一个空切时间段对应的所有受PLC控制的能耗部件,为每一个空切时间段内加上该空切时间段对应的所有受PLC控制的能耗部件的停启能耗,以得到每一个空切时间段的节能能耗;

能耗效果评估模块,用于将每一个节能能耗与数控机床加工阶段的节能潜力分析模块所分析得到的每一个空切时间段的能耗一一进行对比评估,以评估出采用了节能运行策略后的节能效果。

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