數(shù)控加工能耗估算方法
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：隨著計(jì)算機(jī),、控制以及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，精工機(jī)床在車間中的覆蓋率正逐步提高,。工件通過精工加工完成由毛坯件向成品件的轉(zhuǎn)換過程中,，勢必伴隨著能量的消耗以及廢棄物的排放，在能源價(jià)格飛速増長,、環(huán)境保護(hù)意識日益增強(qiáng)的今天,，節(jié)能減排的研宄具有重要意義⑴。簡單準(zhǔn)確有效的精工加工能耗估算方法是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的基礎(chǔ)和關(guān)鍵?，F(xiàn)階段對加工能耗估算的研究主要采用分析能耗影響因素,，建立能耗模型并據(jù)此計(jì)算能耗值的方法。Avram以機(jī)床為研究對象,，建立了機(jī)床加工系統(tǒng)的能耗需求模型,，并以典型銑削工藝為例，驗(yàn)證了該模型的有效性[2]; Li提出了一種基于熱平衡和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪芎墓浪惴椒?，達(dá)到了較高的準(zhǔn)確度[3];宮運(yùn)啟等建立了能耗知識模型,，明確了該領(lǐng)域的概念及其關(guān)系,，并提出丁基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工序能耗計(jì)算方法[4]。另外,，能耗是功率在時(shí)間上的積累,，時(shí)間計(jì)量相對簡單，也有學(xué)者展開了對功率模型的研究,。Liu以槽銑工藝為研究對象,，在推導(dǎo)了切削功率公式的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)的方法確定了切削力,，進(jìn)而獲得了功率值[5];賈順提出了一種基于動素的切削功率建模方法,，并通過外圓的車削實(shí)驗(yàn)對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證[6]。以上成果對能耗估算的研究起到了極大的推動作用,，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,。然而，上述成果側(cè)重于加工時(shí)某種工藝或某道工序耗能的研究,，并未涉及到零件整個(gè)加工過程的能耗估算,。在精工加工方面，Jia提出的一種基于“GM代碼”的能耗估算方法一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有研究的不足[7],，但是IS06983標(biāo)準(zhǔn)缺少零件的頂層信息,，令該方法在實(shí)施時(shí)需補(bǔ)充工件基本信息并計(jì)算切削深度，導(dǎo)致其應(yīng)用時(shí)存在困難,。產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換模型(Standard f〇r the Exchange 〇fProduct model data,，STEP )—數(shù)字控制(Numerical Control，NC)完整地表示了與零件加工相關(guān)的全部,，包r'? j所有與能耗計(jì)算相關(guān)的內(nèi)容PI,。若能夠基于STEP-NC實(shí)現(xiàn)待加工零件能耗值的估算，則不但能夠解決上述問題,，而且有利于實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)內(nèi)能耗信息的廣泛集成,，并進(jìn)一步推動能量有效[10]制造模式的發(fā)展，更好地滿足當(dāng)今低碳制造的需求,，為低能耗的精工加工提供支持,。綜上所述，本文提出了一種基于STEP-NC的精工加工能耗估算方法,。首先,，在對精工加工能耗分析的基礎(chǔ)上，將精工機(jī)床的組件分為基本能耗組件,、選擇能耗組件以及運(yùn)動能耗組件,；然后，以STEP-NC中的工步為中心,，提出了基于STEP-NC的精工加工能耗估算方法,，并著重闡述了工步能耗的計(jì)算過程,；最后，根據(jù)所述方法開發(fā)了能耗估算軟件,，對一個(gè)零件的加工能耗進(jìn)行了估算,，并在機(jī)床上實(shí)測加工該零件的耗能，結(jié)果表明該方法具有一定的實(shí)用性,。需要指出的是,，本文的研宄針對 ISO14649-10、11,、201 展開,。對于 ISO14649-201 標(biāo)準(zhǔn)僅利用其“machineJool_speciflcatlon”及”device_id”實(shí)體標(biāo)識加工過程所使用的機(jī)床。1精工加工能耗概述精工加工能耗是精工機(jī)床在完成零件加工的過程中所消耗的能量,，與普通機(jī)床加工相比較,，精工機(jī)床具有多源能耗特性，即耗能部件眾多,，能耗形式復(fù)雜多樣,，如文獻(xiàn)[11]中所述的YD31125CNC6精工滾齒機(jī)，擁有15個(gè)子系統(tǒng),，且每個(gè)子系統(tǒng)的耗能部件均存在差異,，總體能耗特性復(fù)雜。另外,，相關(guān)研宂者指出，隨著精工機(jī)床自動化程度的提高,，直接用于切削的能耗占機(jī)床總耗能的比重將越來越小[12],，絕大多數(shù)的能量被輔助系統(tǒng)所消耗。因此對于精工加工過程的能耗估算,，不能局限于切削能耗,，而應(yīng)從全局的角度出發(fā)，對精工機(jī)床的能耗特性有一個(gè)全面,、清晰的認(rèn)識,。一般可將精工機(jī)床在工作時(shí)的能耗分為固定能耗與可變能耗。本文基于此將精工機(jī)床的組件分為基本能耗組件,、選擇能耗組件和運(yùn)動能耗組件,，其中，基本能耗組件和選擇能耗組件的能耗為固定能耗,，運(yùn)動能耗組件的能耗是可變能耗,。(1) 基本能耗組件該組件指精工機(jī)床開啟后或者在加工過程中一定會運(yùn)行的能耗組件，如顯示器,、指示燈和風(fēng)扇等,。這部分能耗起到支撐性的作用,，為精工機(jī)床的正常運(yùn)行提供保障。(2) 選擇能耗組件該組件指精工機(jī)床上電后或者在加工過程中不一定需要運(yùn)行的組件,，如照明燈,、切削液以及換刀裝置等。對于此部分能耗值的獲取,，可基于控制變量法的思想,，通過實(shí)驗(yàn)的方法予以測量，即在機(jī)床開啟后,，在同一時(shí)間內(nèi)只允許有一個(gè)選擇能耗組件運(yùn)行,，計(jì)算出該組件的耗能情況。(3) 運(yùn)動能耗組件此部分組件集中體現(xiàn)了精工機(jī)床的加工功能,，包括主軸和進(jìn)給軸,。其能耗由機(jī)床空行程以及材料切削時(shí)產(chǎn)生。根據(jù)現(xiàn)有成果,，基本能耗和選擇能耗組件的功率值可認(rèn)為是恒定的,，由一個(gè)常數(shù)表示；運(yùn)動能耗組件的功率計(jì)算相對比較復(fù)雜,，從簡化運(yùn)算和保證準(zhǔn)確性的角度出發(fā),，主軸功率可以看作是主軸轉(zhuǎn)速《的一次函數(shù)[13]，進(jìn)給功率也可近似的表示為進(jìn)給速度的一次函數(shù)[叫,，切削功率一般與材料去除率成線性關(guān)系[〗5],。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示,，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試,，手機(jī)瀏覽可能無法正常使用！結(jié)束語：本文提出了一種基于STEP-NC的精工加工能耗估算方法,。該方法以STEP-NC中的工步為中心,，將其分為特征加工輔助、特征加工,、接近制造特征與遠(yuǎn)離制造特征四個(gè)狀態(tài),，在對機(jī)床組件分類并指出其功率計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，可依次推算出每個(gè)狀態(tài)的耗能,，進(jìn)而得到當(dāng)前工步的能耗,，由于工件的加工是由多個(gè)工步構(gòu)成的，將每個(gè)工步的能耗求和即可計(jì)算出工件加工的能耗,?？紤]到機(jī)床的功率特性是存在差異的，同一零件在不同機(jī)床上加工的能耗值是不同的,，因此通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得了兩臺精工機(jī)床的功率數(shù)據(jù)并錄入機(jī)床功率數(shù)據(jù)庫,，根據(jù)所提出的方法開發(fā)了能耗估算軟件,，達(dá)到了輸入零件的STEP-NC文件，輸出其加工能耗值的目的,。其誤差主要與功率擬合公式的準(zhǔn)確度,、加工過程中的刀具磨損以及村料均勻性等因素有關(guān)。另外,，可更改STEP-NC文件中的工步順序并計(jì)算能耗值,，從而為考慮能耗因素的工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)。海天精工是一家集銷售,、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司,。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心,、龍門加工中心,、雕銑機(jī)、石墨機(jī),、五軸加工中心,、立式加工中心、臥式加工中心等,。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市,，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%,。我們盡心,、盡力、盡意的服務(wù),！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò),，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任,！