數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法，采用以下步驟：1）數(shù)控銑床加工前常量功率檢測，2）數(shù)控銑床加工中凈去除材料比能檢測、計(jì)算，步驟1）中，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床待機(jī)功率；用功率分析儀分別測得主軸、X、Y、Z軸系統(tǒng)以該軸指令速度空載運(yùn)動時(shí)的空載功率；用功率分析儀測得通切削液時(shí)切削液泵驅(qū)動電機(jī)消耗功率；步驟2）中，根據(jù)指定的背吃刀量、進(jìn)給速度和切削寬度計(jì)算材料去除率；在實(shí)際加工過程中，用功率分析儀在線從數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床總消耗功率，計(jì)算出凈去除材料消耗功率及凈去除材料比能。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能的檢測計(jì)算簡單、準(zhǔn)確。
【專利說明】
數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)床凈去除材料比能檢測方法，特別是涉及一種數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控銑床包括主軸驅(qū)動系統(tǒng)、進(jìn)給軸驅(qū)動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、換刀系統(tǒng)等。在銑削加工中這些功能系統(tǒng)都要消耗能量。數(shù)控機(jī)床功能越多，機(jī)械電子器件越復(fù)雜，實(shí)際加工中耗能就越多。大量的實(shí)際加工數(shù)據(jù)說明，在銑削過程中，非切削操作消耗了絕大部分能量，實(shí)際用于切削的能量一般低于機(jī)床總消耗能量的30%。因此，如何優(yōu)化工藝參數(shù)以提高有效切削能耗在總消耗能量中所占比例，對低碳制造和精益生產(chǎn)非常重要。
[0003]工藝參數(shù)對加工能耗的影響關(guān)系非常復(fù)雜。銑削加工中，每個(gè)瞬間機(jī)床消耗功率由待機(jī)功率、空切功率、切削材料功率、冷卻液栗功率等組成。僅用于去除材料的有效能耗稱為凈去除材料能耗。凈去除材料比能是指去除單位體積材料時(shí)所需要的凈去除材料能耗，它能反映凈去除材料能耗和材料去除率之間的映射關(guān)系，也可以比較不同加工參數(shù)工藝方案的能耗特性。
[0004]對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，S.Kara等人在學(xué)術(shù)期刊《CIRP Annals -Manufacturing Technology》(2011年第I期:P37-40)上發(fā)表的論文“Unit process energyconsumpt1n models for material removal processes” 中，針對車削、鐵削加工建立了以材料去除率為自變量的機(jī)床切削比能經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；陳俊超等人在《組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)》(2016年第I期:P24-28)上發(fā)表的論文“數(shù)控機(jī)床切削比能建模及其參數(shù)影響分析”中，針對一定工藝條件下加工45#鋼，根據(jù)銑削力的經(jīng)驗(yàn)公式得到去除材料切削比能指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算較復(fù)雜。
[0005]數(shù)控銑床加工中，除了凈去除材料能耗，還有待機(jī)能耗、空載能耗、通切削液能耗等。綜上所述，如何在選定切削參數(shù)條件下，盡量簡單準(zhǔn)確地檢測出加工該工件材料的凈去除材料比能，對于研究如何優(yōu)化加工參數(shù)以降低能耗具有重要的指導(dǎo)意義，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種簡單、準(zhǔn)確的數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法。
[0007]其技術(shù)方案為:采用以下步驟:1)數(shù)控銑床加工前常量功率檢測，2)數(shù)控銑床加工中凈去除材料比能檢測、計(jì)算，其特征在于:步驟I)中，數(shù)控銑床在開機(jī)回參考點(diǎn)后，主軸、各進(jìn)給軸不運(yùn)動情況下，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床待機(jī)功率Pidle;令主軸以指令加工轉(zhuǎn)速空載運(yùn)動，用功率分析儀測得主軸空載功率Psu;令X軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得X軸空載功率P?;令Y軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Y軸空載功率Pyu ；令Z軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Z軸空載功率Pzu;令切削液栗驅(qū)動電機(jī)工作，用功率分析儀測得通切削液時(shí)切削液栗驅(qū)動電機(jī)功率Ρ_ι ；步驟2)中，根據(jù)指定的背吃刀量aP、進(jìn)給速度F和切削寬度bD計(jì)算材料去除率MRR=aPXFXbD/1000;在數(shù)控銑床實(shí)際加工過程中，在凈去除材料比能檢測的每個(gè)采樣周期，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床總消耗功率Pma^ine3;則當(dāng)采用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pnet=Pmac;hine_Pidle_Psu_Pxu_Pyu_Pzu_Pc;ool ;當(dāng)不米用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pnet=P—ne-Pidie-Psu-Pxu-Pyu-Pzu;則該采樣周期數(shù)控銑床的凈去除材料比能為Unet=pnet/MRR。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比，其優(yōu)點(diǎn)有:在數(shù)控銑床加工過程中，考慮了主軸系統(tǒng)、各進(jìn)給軸系統(tǒng)的空載功率，以及冷卻狀況來計(jì)算凈去除材料功率，結(jié)合材料去除率來檢測計(jì)算凈去除材料比能，計(jì)算方法更加準(zhǔn)確;數(shù)控銑床加工過程中，只需測量數(shù)控銑床電源進(jìn)線端總消耗功率，即可檢測計(jì)算出該切削條件下凈去除材料比能，該方法簡單、有效。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測流程圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖3是采用本發(fā)明時(shí)數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合圖1對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013]步驟I)中，數(shù)控銑床在開機(jī)回參考點(diǎn)后，在正式切削加工前，主軸、各進(jìn)給軸不運(yùn)動情況下，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床待機(jī)功率Pldle3;針對選定的切削參數(shù)，令主軸以指令加工轉(zhuǎn)速空載運(yùn)動，用功率分析儀測得主軸空載功率Psu ；令X軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得X軸空載功率Pxu;令Y軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Y軸空載功率Pyu ；令Z軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Z軸空載功率Pzu ；令切削液栗驅(qū)動電機(jī)工作，用功率分析儀測得通切削液時(shí)切削液栗驅(qū)動電機(jī)功率PcxkjU
[0014]步驟2)中，針對選定的切削參數(shù)，根據(jù)指定的背吃刀量&[)、進(jìn)給速度F和切削寬度bD計(jì)算材料去除率MRR=aP XF XbD/1000;在數(shù)控銑床實(shí)際加工過程中，在凈去除材料比能檢測的每個(gè)采樣周期，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床總消耗功率P-hme;則當(dāng)采用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pnet=P_hine-Pidie-Psu-Pxu-Pyu-Pzu-P_i ；當(dāng)不采用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pnet=P_hine3-Pidie-Psu-Pxu-Pyu-Pzu;則該采樣周期數(shù)控銑床的凈去除材料比能為Unet=Pnet/MRR;進(jìn)而可計(jì)算出在選定的切削參數(shù)情況下，銑削該工件材料的平均凈去除材料比能。
[0015]本發(fā)明在圖2所示的數(shù)控銑床凈去除材料比能在線檢測系統(tǒng)中獲得實(shí)現(xiàn)，所用機(jī)床為三軸數(shù)控立式銑床。該機(jī)床主軸用1PH7伺服電機(jī)驅(qū)動，X軸、Y軸、Z軸均用1FK7伺服電機(jī)驅(qū)動。用Fluke功率分析儀進(jìn)行功率信號的采集和分析，其中在電流信號采集時(shí)用到了分流器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。將功率分析儀的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地經(jīng)USB傳輸?shù)絇C機(jī)，進(jìn)行功率數(shù)據(jù)存儲，計(jì)算凈去除材料消耗功率，并在線計(jì)算凈去除材料比能。
[0016]下面結(jié)合圖3所示試驗(yàn)結(jié)果對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:在工件上進(jìn)行銑槽加工時(shí)，做了凈去除材料比能的在線檢測試驗(yàn)。所用H13鋼毛還塊尺寸是220 mmX20 mmX 15 mm，使用的刀具為直徑20 mm的端銑刀。加工參數(shù)為:主軸指令加工轉(zhuǎn)速S=800 r/min，背吃刀量aP=1.5 mm，指令進(jìn)給速度為F=200 mm/min，切削寬度bD=0.6 mm，沿X軸方向進(jìn)行銑槽加工。在加工過程中用圖2所示系統(tǒng)進(jìn)行凈去除材料比能檢測，凈去除材料比能曲線如圖3所示，對H13鋼工件銑槽加工時(shí)平均凈去除材料比能為13.22 J/mm3。
[0017]本發(fā)明在檢測數(shù)控銑床凈去除材料比能時(shí)，考慮了主軸系統(tǒng)、各進(jìn)給軸系統(tǒng)的空載功率，以及冷卻狀況來計(jì)算凈去除材料功率，結(jié)合材料去除率來檢測計(jì)算凈去除材料比能，計(jì)算方法更加準(zhǔn)確;數(shù)控銑床加工過程中，只需測量數(shù)控銑床電源進(jìn)線端總消耗功率，即可檢測計(jì)算出該切削條件下凈去除材料比能，該方法簡單、有效。該
【發(fā)明內(nèi)容】
不僅應(yīng)用于數(shù)控銑床，也可推廣到數(shù)控車床、數(shù)控刨床、數(shù)控磨床的凈去除材料比能在線檢測。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)控銑床加工過程中凈去除材料比能在線檢測方法，采用以下步驟:1)數(shù)控銑床加工前常量功率檢測，2)數(shù)控銑床加工中凈去除材料比能檢測、計(jì)算，其特征在于:步驟I)中，數(shù)控銑床在開機(jī)回參考點(diǎn)后，主軸、各進(jìn)給軸不運(yùn)動情況下，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床待機(jī)功率Pidle;令主軸以指令加工轉(zhuǎn)速空載運(yùn)動，用功率分析儀測得主軸空載功率Psu;令X軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得X軸空載功率Pxu ；令Y軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Y軸空載功率Pyu ；令Z軸以指令進(jìn)給速度空載運(yùn)動，用功率分析儀測得Z軸空載功率Pzu;令切削液栗驅(qū)動電機(jī)工作，用功率分析儀測得通切削液時(shí)切削液栗驅(qū)動電機(jī)功率P。。。:;步驟2)中，根據(jù)指定的背吃刀量aP、進(jìn)給速度F和切削寬度bD計(jì)算材料去除率MRR=aP XFX WlOOO;在數(shù)控銑床實(shí)際加工過程中，在凈去除材料比能檢測的每個(gè)采樣周期，用功率分析儀在數(shù)控銑床電源進(jìn)線端測得數(shù)控銑床總消耗功率Pmachine3;則當(dāng)采用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pne3t=Pmachine3-Pidle3-Psu-Pxu-Pyu-Pzu-Pcool ;當(dāng)不米用切削液加工時(shí)，凈去除材料消耗功率為Pnet=Pmac:hine_Pidle_Psu_Pxu-Pyu-Pzu;則該采樣周期數(shù)控銑床的凈去除材料比能為Unet=PneVMRRtj
【文檔編號】G01R21/06GK105866524SQ201610225794
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】趙國勇, 趙玉剛, 程祥, 侯春宏
【申請人】山東理工大學(xué)