[发明专利]数控车床多工位回转刀架自动换刀能耗准确预测方法

摘要

本发明公开了一种数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法。该方法首先测量多组旋转刀位数下自动换刀持续时间，拟合获得自动换刀持续时间的计算模型。采集并运算得到机床基本模块功率，并基于机床基本模块功率和自动换刀持续时间计算得到机床基本模块能耗。采集并运算得到换刀装置稳态功率，进一步计算得到换刀装置稳态能耗。通过获得数控车床执行自动换刀过程中所有功率峰值引起的能耗，累加获得换刀装置瞬态能耗。基于已获得的机床基本模块能耗、换刀装置稳态能耗、换刀装置瞬态能耗，得到自动换刀过程能耗预测模型，实现数控车床自动换刀过程能耗准确预测，为机床节能优化提供基础模型支持。

主权项

1.一种数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗准确预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据数控车床多工位回转刀架的当前刀位号和目标刀位号，确定旋转刀位数。由于数控车床多工位回转刀架普遍采用单向顺序旋转方式，因此旋转刀位数计算公式可表示为：其中：Δ表示回转刀架旋转刀位数，T_t表示回转刀架目标刀位号，T_i表示回转刀架当前刀位号，T_p表示回转刀架总刀位数；步骤2，测量获取数控车床多个不同旋转刀位数Δ₁,Δ₂,…Δ_N下的自动换刀持续时间值t_tc1,t_tc2,…t_tcN，其中，Δ₁表示第1个旋转刀位数，Δ₂表示第2个旋转刀位数，Δ_N表示第N个旋转刀位数，t_tc1表示在第1个旋转刀位数下自动换刀持续时间值，t_tc2表示在第2个旋转刀位数下自动换刀持续时间值，t_tcN表示在第N个旋转刀位数下自动换刀持续时间值；步骤3，根据获取得到多组不同旋转刀位数下的自动换刀持续时间，以旋转刀位数Δ为自变量，以自动换刀持续时间t_tc为响应变量进行数据拟合，建立自动换刀持续时间的计算模型，其模型表示为：其中：t_tc表示自动换刀持续时间，Δ表示回转刀架旋转刀位数，α,β表示公式中的系数；步骤4，通过采集多个机床基本模块功率并求平均值得到机床基本模块功率，其功率计算公式表示为：其中：P_basic表示机床基本模块功率，P_{basic_i}机床基本模块功率第i个测量值；N_b表示机床基本模块功率测量值总个数；步骤5，基于已获得的机床基本模块功率和自动换刀持续时间计算获得数控车床执行自动换刀过程中的机床基本模块能耗，其计算公式如下：E_basic＝P_basic×t_tc其中：E_basic表示数控车床执行自动换刀过程中的机床基本模块能耗，P_basic表示机床基本模块功率，t_tc表示自动换刀持续时间；步骤6，通过采集多个换刀装置稳态功率并求平均值得到数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置稳态功率，其计算公式如下：其中：P_ms表示换刀装置稳态功率，P_{ms,Δ_j}表示回转刀架旋转刀位数为Δ时换刀装置稳态功率第j个测量值；N_sΔ表示回转刀架旋转刀位数为Δ时换刀装置稳态功率测量值的总个数；步骤7，基于已获得的换刀装置稳态功率和自动换刀持续时间计算获得数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置稳态模块能耗，其计算公式如下：E_ms＝P_ms×t_tc其中：E_ms表示数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置稳态能耗，P_ms表示换刀装置稳态功率，t_tc表示自动换刀持续时间；步骤8，通过获得数控车床执行自动换刀过程中所有功率峰值引起的能耗，累加获得换刀装置瞬态能耗，其计算公式如下：其中：E_mt表示数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置瞬态能耗，Δ表示回转刀架旋转刀位数，E_{mt,Δ_u}表示回转刀架旋转刀位数为Δ时第u个功率峰值引起的能耗，N_Δ表示回转刀架旋转刀位数为Δ时功率峰值的总个数；步骤9，基于已获得的数控车床自动换刀过程中的机床基本模块能耗、换刀装置稳态能耗和换刀装置瞬态能耗，计算得到自动换刀过程能耗，其计算公式如下：E_tc＝E_basic+E_ms+E_mt其中：E_tc表示数控车床多工位回转刀架自动换刀过程能耗，E_basic表示数控车床执行自动换刀过程中的机床基本模块能耗，E_ms表示数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置稳态能耗，E_mt表示数控车床执行自动换刀过程中的换刀装置瞬态能耗。