一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及機床切削加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗 系數(shù)獲取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，附加載荷損耗系數(shù)可為機床能量消耗分析、能量效率評價和工件能量效率 預(yù)測及優(yōu)化提供重要的支持?，F(xiàn)有的切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)大都通過實驗測量得 到，即通過檢測主傳動系統(tǒng)的輸入功率、主軸轉(zhuǎn)速和切削功率來擬合求解獲得。該方法需 要在機床上安裝切削功率檢測儀器，這對于一些不方便在工作臺上安裝切削儀器的機床而 言，載荷損耗系數(shù)就難于通過該方法獲得。且切削功率檢測儀器價格昂貴，因此并不是所有 研宄機構(gòu)均配置了該儀器，從而又加大了載荷系數(shù)獲取的難度。
[0003] 例如，"一種基于插值法和載荷附加損耗系數(shù)的數(shù)控機床切削功率在線估計方 法"（《制造技術(shù)與機床》2014年第2期羅應(yīng)娜重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）提出了一種不需要 測量切削力（或力矩）而通過主軸電動機輸入間接在線估計切削功率的方法。該方法首先 通過實驗得出數(shù)控機床主軸系統(tǒng)空載功率特性表和主軸系統(tǒng)附加載荷損失功率特性函數(shù)； 然后再通過插值法得出任意轉(zhuǎn)速下的空載功率，并結(jié)合實時測量主軸電動機輸入功率、結(jié) 合主軸系統(tǒng)的附加載荷損耗特性計算出切削功率；最后在數(shù)控車床CJK6136上進行了切削 實驗。該文獻提及到的方法是基于機床附加載荷損耗系數(shù)來獲取機床切削功率，其實施的 關(guān)鍵即是機床附加載荷損耗系數(shù)。由此可見，機床附加載荷損耗系數(shù)的獲取具有很重大的 實際意義。但是，該文獻僅從估算范圍來對機床附加載荷損耗系數(shù)的獲取方法仍然為傳統(tǒng) 的實驗獲取方法，因此在機床上使用存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種機床切削加工系統(tǒng)附加 載荷損耗系數(shù)的映射獲取方法，解決機床切削功率的計算復(fù)雜問題、機床空走刀功率建模 問題和獲取機床附加載荷系數(shù)困難的問題。
[0005] 實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗 系數(shù)的映射獲取方法，包括如下步驟：該方法選取任意一臺機床作為基準(zhǔn)機床，設(shè)計基準(zhǔn) 樣件、基準(zhǔn)切削參數(shù)和采用基準(zhǔn)刀具，預(yù)先獲取該機床的切削加工系統(tǒng)的整體切削功率模 型；在此基礎(chǔ)上，通過將該基準(zhǔn)機床的整體切削功率模型映射到其它可加工同一基準(zhǔn)樣件 的機床上；并建立該機床的空走刀功率數(shù)據(jù)庫獲取空走刀功率；然后僅檢測該機床的切削 加工系統(tǒng)總輸入功率，并根據(jù)獲得的切削功率模型和空走刀功率數(shù)據(jù)庫，就可根據(jù)載荷系 數(shù)獲取模型獲取該機床切削加工系統(tǒng)的附加載荷損耗系數(shù)。
[0006] 所述整體切削功率模型有兩種形式：在同一基準(zhǔn)樣件下，若在其它機床上采用的 切削參數(shù)與基準(zhǔn)切削參數(shù)相同，則采用基準(zhǔn)參數(shù)切削功率模型中的切削功率均值；若切削 參數(shù)與基準(zhǔn)切削參數(shù)不同，則將此時的切削參數(shù)帶入多參數(shù)擬合映射模型中計算得到此時 的切削功率。
[0007] 基準(zhǔn)參數(shù)切削功率模型為根據(jù)N組基準(zhǔn)切削參數(shù)進行切削時獲得的一系列離散 的切削功率均值而得到的模型，用^到^表示，j表示切削參數(shù)的組序號，其模型表示如 下：
[0008]
【主權(quán)項】
1. 一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法，其特征在于，包括如下步驟： 選取一臺機床作為基準(zhǔn)機床，通過設(shè)計基準(zhǔn)樣件、基準(zhǔn)切削參數(shù)和采用的基準(zhǔn)刀具，在基準(zhǔn) 機床上通過實驗獲取基準(zhǔn)樣件在基準(zhǔn)切削參數(shù)下的切削功率；基于獲得的切削功率均值建 立切削加工系統(tǒng)的整體切削功率模型；將基準(zhǔn)機床的整體切削功率模型映射到其它能夠加 工該基準(zhǔn)樣件的任一機床上，并建立該機床的空走刀功率數(shù)據(jù)庫；然后通過用相同刀具加 工基準(zhǔn)樣件并檢測該機床的切削加工系統(tǒng)總輸入功率，再根據(jù)獲得的切削功率模型和空走 刀功率數(shù)據(jù)庫，獲取該機床切削加工系統(tǒng)的附加載荷損耗系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法，其特征在于， 所述整體切削功率模型包含：基準(zhǔn)參數(shù)切削功率模型和多參數(shù)擬合映射模型；若在其它機 床上采用的切削參數(shù)與基準(zhǔn)切削參數(shù)相同，則采用基準(zhǔn)參數(shù)切削功率模型中的切削功率均 值；若切削參數(shù)與基準(zhǔn)切削參數(shù)不同，則將此時的切削參數(shù)帶入多參數(shù)擬合映射模型中計 算得到此時的切削功率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法，其特征在于， 所述基準(zhǔn)參數(shù)切削功率模型是根據(jù)N組基準(zhǔn)切削參數(shù)進行切削時獲得的一系列離散的切 削功率均值而建立的模型，表示如下：
耳到&為各組基準(zhǔn)切削參數(shù)下的功率均值，j為切削參數(shù)的組序號； 當(dāng)切削加工過程具有三個切削參數(shù)，即主軸轉(zhuǎn)速η、進給速度f和背吃刀量a sp時， 巧=/|〃7，％，/,);當(dāng)切削加工過程具有四個切削參數(shù)，即主軸轉(zhuǎn)速n、進給速度f、背吃刀 量 asp和側(cè)吃刀量 a se時，Z3i = ; 所述多參數(shù)擬合映射模型在獲得的多組切削功率均值上利用數(shù)值方法擬合出的切削 功率模型，同理獲得三個切削參數(shù)和四個切削參數(shù)切削功率模型，如下 或
其中K、A、B、C和D為在此切削環(huán)境下切削功率模型的擬合參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法，其特征在于， 所述建立其它機床空走刀功率數(shù)據(jù)庫的空走刀功率模型包括； a. 空走刀功率與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)系近似呈二次函數(shù)，與進給量關(guān)系呈一次函數(shù)，空走刀功 率模型如下： Pac (n, f) = (s1n2+s2n+s3) (s4f+s5) =S1fn2+S2n2+S3fn+S 4n+S5f+S6 其中 S1= s PdS 2= s pyS 3= s 2s4;S 4= s 2s5;S 5= s 3s4;S 6= s 3s5〇 SjlJ S 6可通過數(shù) 據(jù)擬合得到。 b. 機床空走刀功率與主軸轉(zhuǎn)速存在基頻以上調(diào)速和基頻以下調(diào)速，空走刀功率與主軸 轉(zhuǎn)速模型近似呈分段多項式函數(shù)；空走刀功率與進給量仍近似呈一次函數(shù)，空走刀功率模 型為：
其中，fn為主軸電機的基準(zhǔn)頻率，P主軸電機的級對數(shù)；此時在
L時，S1 = S1SyS2= S1SyS3= s2s7;S4= s2s8;S5= s 3s7;S 6= s 3s8;在
，S1= s 4s7; S2= S 4S8；S 3= S 5S7；S 4= S 5s8；S 5= S 6s7；S 6= S 6s8； 根據(jù)測量其它機床在基準(zhǔn)參數(shù)下運行時的切削加工系統(tǒng)的總輸入功率，以及獲得的空 走刀功率和切削功率，獲取切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)的模型為：
其中Pin為切削加工系統(tǒng)的總輸入功率。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數(shù)獲取方法，該方法選一臺機床作為基準(zhǔn)機床，通過設(shè)計基準(zhǔn)樣件、基準(zhǔn)切削參數(shù)和采用的基準(zhǔn)刀具，在基準(zhǔn)機床上通過實驗獲取基準(zhǔn)樣件在基準(zhǔn)切削參數(shù)下的切削功率；基于獲得的切削功率均值建立切削加工系統(tǒng)的整體切削功率模型；將基準(zhǔn)機床的整體切削功率模型映射到其它能夠加工該基準(zhǔn)樣件的任一機床上，并建立該機床的空走刀功率數(shù)據(jù)庫；然后通過用相同刀具加工基準(zhǔn)樣件并檢測該機床的切削加工系統(tǒng)總輸入功率，再根據(jù)獲得的切削功率模型和空走刀功率數(shù)據(jù)庫，獲取該機床切削加工系統(tǒng)的附加載荷損耗系數(shù)。該方法有效解決了該系數(shù)獲取困難的問題，為機床能量消耗分析、能量效率評價等提供重要的支持。
【IPC分類】B23Q17-00
【公開號】CN104669057
【申請?zhí)枴緾N201510052283
【發(fā)明人】劉飛, 黃靜, 邱行, 謝俊
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月31日