一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數獲取方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及機床切削加工技術領域，特別是涉及一種切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗 系數獲取的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，附加載荷損耗系數可為機床能量消耗分析、能量效率評價和工件能量效率 預測及優(yōu)化提供重要的支持?，F有的切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數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 研宄機構均配置了該儀器，從而又加大了載荷系數獲取的難度。
[0003] 例如，"一種基于插值法和載荷附加損耗系數的數控機床切削功率在線估計方 法"（《制造技術與機床》2014年第2期羅應娜重慶工業(yè)職業(yè)技術學院）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； 然后再通過插值法得出任意轉速下的空載功率，并結合實時測量主軸電動機輸入功率、結 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來獲取機床切削功率，其實施的 關鍵即是機床附加載荷損耗系數。由此可見，機床附加載荷損耗系數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)明內容】

[0004] 針對現有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種機床切削加工系統(tǒng)附加 載荷損耗系數的映射獲取方法，解決機床切削功率的計算復雜問題、機床空走刀功率建模 問題和獲取機床附加載荷系數困難的問題。
[0005] 實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗 系數的映射獲取方法，包括如下步驟：該方法選取任意一臺機床作為基準機床，設計基準 樣件、基準切削參數和采用基準刀具，預先獲取該機床的切削加工系統(tǒng)的整體切削功率模 型；在此基礎上，通過將該基準機床的整體切削功率模型映射到其它可加工同一基準樣件 的機床上；并建立該機床的空走刀功率數據庫獲取空走刀功率；然后僅檢測該機床的切削 加工系統(tǒng)總輸入功率，并根據獲得的切削功率模型和空走刀功率數據庫，就可根據載荷系 數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。
[0006] 所述整體切削功率模型有兩種形式：在同一基準樣件下，若在其它機床上采用的 切削參數與基準切削參數相同，則采用基準參數切削功率模型中的切削功率均值；若切削 參數與基準切削參數不同，則將此時的切削參數帶入多參數擬合映射模型中計算得到此時 的切削功率。
[0007] 基準參數切削功率模型為根據N組基準切削參數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表示切削參數的組序號，其模型表示如 下：
[0008]
【主權項】
1. 一種機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數獲取方法，其特征在于，包括如下步驟： 選取一臺機床作為基準機床，通過設計基準樣件、基準切削參數和采用的基準刀具，在基準 機床上通過實驗獲取基準樣件在基準切削參數下的切削功率；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；將基準機床的整體切削功率模型映射到其它能夠加 工該基準樣件的任一機床上，并建立該機床的空走刀功率數據庫；然后通過用相同刀具加 工基準樣件并檢測該機床的切削加工系統(tǒng)總輸入功率，再根據獲得的切削功率模型和空走 刀功率數據庫，獲取該機床切削加工系統(tǒng)的附加載荷損耗系數。
2. 根據權利要求1所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數獲取方法，其特征在于， 所述整體切削功率模型包含：基準參數切削功率模型和多參數擬合映射模型；若在其它機 床上采用的切削參數與基準切削參數相同，則采用基準參數切削功率模型中的切削功率均 值；若切削參數與基準切削參數不同，則將此時的切削參數帶入多參數擬合映射模型中計 算得到此時的切削功率。
3. 根據權利要求2所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數獲取方法，其特征在于， 所述基準參數切削功率模型是根據N組基準切削參數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&為各組基準切削參數下的功率均值，j為切削參數的組序號； 當切削加工過程具有三個切削參數，即主軸轉速η、進給速度f和背吃刀量a sp時， 巧=/|〃7，％，/,);當切削加工過程具有四個切削參數，即主軸轉速n、進給速度f、背吃刀 量 asp和側吃刀量 a se時，Z3i = ; 所述多參數擬合映射模型在獲得的多組切削功率均值上利用數值方法擬合出的切削 功率模型，同理獲得三個切削參數和四個切削參數切削功率模型，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。
4. 根據權利要求1所述機床切削加工系統(tǒng)附加載荷損耗系數獲取方法，其特征在于， 所述建立其它機床空走刀功率數據庫的空走刀功率模型包括； a. 空走刀功率與主軸轉速關系近似呈二次函數，與進給量關系呈一次函數，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 據擬合得到。 b. 機床空走刀功率與主軸轉速存在基頻以上調速和基頻以下調速，空走刀功率與主軸 轉速模型近似呈分段多項式函數；空走刀功率與進給量仍近似呈一次函數，空走刀功率模 型為：
其中，fn為主軸電機的基準頻率，P主軸電機的級對數；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； 根據測量其它機床在基準參數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)附加載荷損耗系數獲取方法，該方法選一臺機床作為基準機床，通過設計基準樣件、基準切削參數和采用的基準刀具，在基準機床上通過實驗獲取基準樣件在基準切削參數下的切削功率；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；將基準機床的整體切削功率模型映射到其它能夠加工該基準樣件的任一機床上，并建立該機床的空走刀功率數據庫；然后通過用相同刀具加工基準樣件并檢測該機床的切削加工系統(tǒng)總輸入功率，再根據獲得的切削功率模型和空走刀功率數據庫，獲取該機床切削加工系統(tǒng)的附加載荷損耗系數。該方法有效解決了該系數獲取困難的問題，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
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月31日