專利名稱：一種基于nc代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，是一種機(jī)械加工工件能耗獲取方法，尤其涉及一種基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械加工是一種最為廣泛和基本的產(chǎn)品或零部件的制造過程，是以機(jī)床為主體，通過消耗能量完成對工件的加工。機(jī)械加工過程量大面廣，因而能耗總量巨大。隨著全球碳排放法律法規(guī)的制定以及我國節(jié)能減排工作的推進(jìn)，實(shí)施節(jié)能優(yōu)化已成為當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。機(jī)械加工能耗的評估和預(yù)測是其實(shí)施節(jié)能優(yōu)化的首要步驟之一，近年來成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的問題。美國國家能源部專門成立了工業(yè)評估中心，幫助中小制造企業(yè)進(jìn)行能量消耗評估，但評估主要是通過調(diào)查問卷的方式進(jìn)行，能耗數(shù)據(jù)只包括了電機(jī)數(shù)量、額定功率以及運(yùn)行時(shí)間。但通常情況下，機(jī)床加工工件的過程并未運(yùn)行在額定功率下，因而該評估只能獲取粗略的能耗數(shù)據(jù)，難以準(zhǔn)確反映加工工件的能耗。加工工件的能耗通常是由機(jī)床的多個(gè)耗能部件共同產(chǎn)生，并隨加工過程動態(tài)變化，因而能耗過程也十分復(fù)雜。CN102179727A公開《機(jī)床主傳動系統(tǒng)加工過程能耗信息的在線監(jiān)測方法》，其公開的方案是在機(jī)床加工過程中測取生產(chǎn)現(xiàn)場機(jī)床輸入總功率，就可以獲取主軸電機(jī)損耗功率、主軸電機(jī)輸出功率、機(jī)械傳動系統(tǒng)損耗功率、切削功率等機(jī)床主傳動系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能耗信息。CN102744649A公開的《一種數(shù)控機(jī)床非切削主傳動能耗獲取方法》，其公開方案是通過實(shí)驗(yàn)獲取主傳動系統(tǒng)變頻器和主軸電機(jī)空載功率、主軸空轉(zhuǎn)摩擦轉(zhuǎn)矩、主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量、主軸角加速度等模型中的系數(shù)值，就可以求出主軸空載和主軸加速的功率和能耗值；但上述發(fā)明主要針對的是機(jī)床主傳動系統(tǒng)的能量消耗，所獲取的能耗只是加工工件能耗的一部分。CN102621932A公開《一種數(shù)控機(jī)床服役過程的能量消耗預(yù)測方法》的發(fā)明專利，其公·開的方案是根據(jù)加工工藝卡片信息，將數(shù)控機(jī)床服役過程劃分為啟動、空載和加工三類子過程，對機(jī)床能耗進(jìn)行預(yù)測，該方法只適用于有詳細(xì)工藝卡片信息的情況下，且子過程的劃分需要依賴人工進(jìn)行?，F(xiàn)有技術(shù)中，相當(dāng)一部分的數(shù)控加工車間，工藝人員往往是在工件CAD模型的基礎(chǔ)上，通過CAM軟件直接編制工件的加工工藝，輸出的NC代碼(數(shù)字信息控制機(jī)械控制器能識別的代碼)程序替代詳細(xì)的工藝卡片信息，這一過程通常是借助計(jì)算機(jī)自動完成，目前還缺乏針對這一過程中數(shù)控車床加工工件的能耗獲取方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗評估方法，通過該方法獲取比較準(zhǔn)確的數(shù)控車床加工工件能耗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段:一種基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，其特征在于，首先，對數(shù)控車床加工工件的NC代碼進(jìn)行解析，包括NC代碼讀取模塊和NC代碼分析模塊；然后，結(jié)合數(shù)控車床各耗能部件的能耗特征，分別建立各耗能部件的能耗模型，并通過實(shí)驗(yàn)獲取各耗能部件的基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)；最后，將上述NC代碼解析獲取的各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及各耗能部件基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)信息輸入到數(shù)控車床的各耗能部件的能耗模型中，即可獲得數(shù)控車床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗；具體步驟包括:1)數(shù)控車床加工工件NC代碼的解析:數(shù)控車床加工工件NC代碼的解析過程包括NC代碼讀取模塊和NC代碼分析模塊，通過解析獲得該NC代碼對應(yīng)數(shù)控車床機(jī)床各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；2)數(shù)控車床各耗能部件能耗模型的建立及基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)獲取:將數(shù)控車床的主要耗能部件分解為主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、冷卻系統(tǒng)電機(jī)以及由風(fēng)扇和伺服系統(tǒng)等組成的維持基本運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)性耗能部件；基于上述分解的數(shù)控車床的各耗能部件特征，建立相應(yīng)的能耗模型；并采用實(shí)驗(yàn)獲取各耗能部件的基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)；3)數(shù)控車床加工工件能耗的獲取:將上述由數(shù)控車床加工工件的NC代碼解析獲取的各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，輸入數(shù)控車床各耗能部件的能耗模型中，可以獲得數(shù)控車床各耗能部件的能耗，再通過求和獲取數(shù)控車床加工工件能耗。進(jìn)一步的特征在于，上述步驟I)中NC代碼讀取模塊用于數(shù)控車床加工工件的NC代碼的信息讀取。首先將數(shù)控車床加工工件的NC代碼文件按行讀入計(jì)算機(jī)，并以一維字符串?dāng)?shù)組的形式存到計(jì)算機(jī)存儲空間中；再按順序讀取一維字符串?dāng)?shù)組，以“空格符”為分割符將獲得的各行NC代碼劃分成多個(gè)代碼塊，如G代碼塊、M代碼塊、S代碼塊、F代碼塊、X代碼塊和Z代碼塊，并以二維數(shù)組的形式存儲到計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步的特征在于，上述步驟I)中NC代碼分析模塊用于分析數(shù)控車床加工工件NC代碼對應(yīng)的數(shù)控車床各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，主要包括了三個(gè)步驟，首先按順序讀取NC代碼讀取模塊獲得的二維數(shù)組，在數(shù)控車床加工工件NC代碼與數(shù)控車床耗能部件的關(guān)系數(shù)據(jù)庫里查找各行分割后的代碼塊即G代碼塊、M代碼塊、S代碼塊、F代碼塊、X代碼塊和Z代碼塊，獲得每個(gè)代碼塊對應(yīng)的數(shù)控車床耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)；然后基于各行NC代碼的G、X、Z、F代碼塊信息，根據(jù)G代碼提取不同的計(jì)算規(guī)則如直線插補(bǔ)計(jì)算規(guī)則、圓弧插補(bǔ)計(jì)算規(guī)則以及特殊循環(huán)計(jì)算規(guī)則，計(jì)算每行NC代碼的加工時(shí)間。進(jìn)一步的特征在于，上述步驟2)中，建立的數(shù)控機(jī)床各部件能耗模型為:主軸電機(jī)能耗模型:
權(quán)利要求
1.一種基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，其特征在于，首先，對數(shù)控車床加工工件的NC代碼進(jìn)行解析，包括NC代碼讀取模塊和NC代碼分析模塊；然后，結(jié)合數(shù)控車床各耗能部件的能耗特征，分別建立各耗能部件的能耗模型，并通過實(shí)驗(yàn)獲取各耗能部件的基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)；最后，將上述NC代碼解析獲取的各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及各耗能部件基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)信息輸入到數(shù)控車床的各耗能部件的能耗模型中，即可獲得數(shù)控車床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗；具體步驟包括: 1)數(shù)控車床加工工件NC代碼的解析:數(shù)控車床加工工件NC代碼的解析過程包括了NC代碼讀取模塊和NC代碼分析模塊，通過解析獲得該NC代碼對應(yīng)數(shù)控車床機(jī)床各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)； 2)數(shù)控車床各耗能部件能耗模型的建立及基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)獲取:將數(shù)控車床的主要耗能部件分解為主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、冷卻系統(tǒng)電機(jī)以及由風(fēng)扇和伺服系統(tǒng)等組成的維持基本運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)性耗能部件；基于上述分解的數(shù)控車床的各耗能部件特征，建立相應(yīng)的能耗模型；并通過實(shí)驗(yàn)獲取各耗能部件的基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)； 3)數(shù)控車床加工工件能耗的獲取:將上述由數(shù)控車床加工工件的NC代碼解析獲取的各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，輸入數(shù)控車床各耗能部件的能耗模型中，獲得數(shù)控車床各耗能部件的能耗，再通過求和獲取數(shù)控車床加工工件能耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，其特征在于，所述步驟I)中NC代碼 讀取模塊用于數(shù)控車床加工工件的NC代碼的信息讀?。皇紫?，將數(shù)控車床加工工件的NC代碼文件按行讀入計(jì)算機(jī)，并以一維字符串?dāng)?shù)組的形式存到計(jì)算機(jī)存儲空間中；再按順序讀取一維字符串?dāng)?shù)組，以“空格符”為分割符將獲得的各行NC代碼劃分成多個(gè)代碼塊，如G代碼塊、M代碼塊、S代碼塊、F代碼塊、X代碼塊和Z代碼塊，并以二維數(shù)組的形式存儲到計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，其特征在于，所述步驟I)中NC代碼分析模塊用于分析數(shù)控車床加工工件NC代碼對應(yīng)的數(shù)控車床各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，主要包括三個(gè)步驟，首先按順序讀取NC代碼讀取模塊獲得的二維數(shù)組，在數(shù)控車床加工工件NC代碼與數(shù)控車床耗能部件的關(guān)系數(shù)據(jù)庫里查找各行分割后的代碼塊即G代碼塊、M代碼塊、S代碼塊、F代碼塊、X代碼塊和Z代碼塊，獲得每個(gè)代碼塊對應(yīng)的數(shù)控車床耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)；然后基于各行NC代碼的G、X、Z、F代碼塊信息，根據(jù)G代碼提取不同的計(jì)算規(guī)則如直線插補(bǔ)計(jì)算規(guī)則、圓弧插補(bǔ)計(jì)算規(guī)則以及特殊循環(huán)計(jì)算規(guī)則，計(jì)算每行NC代碼的加工時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NC代碼的數(shù)控加工工件能耗獲取方法，其特征在于，所述步驟2)中，建立的數(shù)控車床各耗能部件能耗模型為: 緣mf 主軸電機(jī)能耗模型:Em =I *>, €*+Ic#pc'dt.^ms業(yè)cspFi mmL , rf/結(jié)隸I
進(jìn)給電機(jī)能耗模型:￡^士 =J Pm * *+j Pm d1.冷卻系統(tǒng)電機(jī)能耗模型:E冷卻=p冷卻 (t冷開-t冷關(guān))； 基礎(chǔ)性耗能部件能耗模型疋@定=( 側(cè)8+ 風(fēng)扇) (t結(jié)束-t開始)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，其特征在于，所述步驟2)中基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)主要包括主軸電機(jī)空載功率Pn1、進(jìn)給電機(jī)功率P1、冷卻系統(tǒng)電機(jī)功率P &卩，風(fēng)扇電機(jī)功率Pws，伺服系統(tǒng)功率Pfw ;通過實(shí)驗(yàn)獲取上述基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)操作步驟如下: ①對冷卻系統(tǒng)電機(jī)功率PM卩、風(fēng)扇電機(jī)功率Pwt、伺服系統(tǒng)功率Pf*等恒定功率，分別在電機(jī)輸入端安裝功率傳感器，啟動相應(yīng)的耗能部件到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)后，記錄相應(yīng)的功率值； ②主軸電機(jī)空載功率Pm和進(jìn)給電機(jī)的功率Px#和Pz#取決于主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度；對主軸電機(jī)空載功率數(shù)據(jù)，首先根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定一系列轉(zhuǎn)速，采集設(shè)定轉(zhuǎn)速的空載功率數(shù)據(jù)，形成轉(zhuǎn)速- 功率數(shù)據(jù)表；對進(jìn)給電機(jī)的功率Pi數(shù)據(jù)的采集過程類似。
全文摘要
發(fā)明公開了一種基于NC代碼的數(shù)控車床加工工件能耗獲取方法，該方法首先對數(shù)控車床加工工件的NC代碼進(jìn)行解析，包括了NC代碼讀取模塊和NC代碼分析模塊；然后結(jié)合數(shù)控車床各耗能部件的能耗特征，分別建立各耗能部件的能耗模型，并通過實(shí)驗(yàn)獲取各耗能部件的基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)；最后將上述NC代碼解析獲取的各耗能部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及各耗能部件基礎(chǔ)功率數(shù)據(jù)信息輸入到數(shù)控車床的各耗能部件的能耗模型中，就可以獲得數(shù)控車床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗。該方法可以應(yīng)用于數(shù)控車床加工工件能耗評估與預(yù)測，機(jī)械加工能耗定額制定，可以為機(jī)械車間節(jié)能優(yōu)化提供決策依據(jù)。
文檔編號G05B19/406GK103235554SQ20131010808
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者何彥, 李育鋒, 林申龍, 鄢萍, 劉波, 胡林明 申請人:重慶大學(xué)