专利名称：一种基于nc代码的数控车床加工工件能耗获取方法
技术领域：
本发明属于机械制造领域，是一种机械加工工件能耗获取方法，尤其涉及一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法。
背景技术：
机械加工是一种最为广泛和基本的产品或零部件的制造过程，是以机床为主体，通过消耗能量完成对工件的加工。机械加工过程量大面广，因而能耗总量巨大。随着全球碳排放法律法规的制定以及我国节能减排工作的推进，实施节能优化已成为当前机械制造业发展的必然趋势。机械加工能耗的评估和预测是其实施节能优化的首要步骤之一，近年来成为国内外广泛关注的问题。美国国家能源部专门成立了工业评估中心，帮助中小制造企业进行能量消耗评估，但评估主要是通过调查问卷的方式进行，能耗数据只包括了电机数量、额定功率以及运行时间。但通常情况下，机床加工工件的过程并未运行在额定功率下，因而该评估只能获取粗略的能耗数据，难以准确反映加工工件的能耗。加工工件的能耗通常是由机床的多个耗能部件共同产生，并随加工过程动态变化，因而能耗过程也十分复杂。CN102179727A公开《机床主传动系统加工过程能耗信息的在线监测方法》，其公开的方案是在机床加工过程中测取生产现场机床输入总功率，就可以获取主轴电机损耗功率、主轴电机输出功率、机械传动系统损耗功率、切削功率等机床主传动系统的实时能耗信息。CN102744649A公开的《一种数控机床非切削主传动能耗获取方法》，其公开方案是通过实验获取主传动系统变频器和主轴电机空载功率、主轴空转摩擦转矩、主传动系统转动惯量、主轴角加速度等模型中的系数值，就可以求出主轴空载和主轴加速的功率和能耗值；但上述发明主要针对的是机床主传动系统的能量消耗，所获取的能耗只是加工工件能耗的一部分。CN102621932A公开《一种数控机床服役过程的能量消耗预测方法》的发明专利，其公·开的方案是根据加工工艺卡片信息，将数控机床服役过程划分为启动、空载和加工三类子过程，对机床能耗进行预测，该方法只适用于有详细工艺卡片信息的情况下，且子过程的划分需要依赖人工进行。现有技术中，相当一部分的数控加工车间，工艺人员往往是在工件CAD模型的基础上，通过CAM软件直接编制工件的加工工艺，输出的NC代码(数字信息控制机械控制器能识别的代码)程序替代详细的工艺卡片信息，这一过程通常是借助计算机自动完成，目前还缺乏针对这一过程中数控车床加工工件的能耗获取方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗评估方法，通过该方法获取比较准确的数控车床加工工件能耗。为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术手段:一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其特征在于，首先，对数控车床加工工件的NC代码进行解析，包括NC代码读取模块和NC代码分析模块；然后，结合数控车床各耗能部件的能耗特征，分别建立各耗能部件的能耗模型，并通过实验获取各耗能部件的基础功率数据；最后，将上述NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参数以及各耗能部件基础功率数据信息输入到数控车床的各耗能部件的能耗模型中，即可获得数控车床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗；具体步骤包括:1)数控车床加工工件NC代码的解析:数控车床加工工件NC代码的解析过程包括NC代码读取模块和NC代码分析模块，通过解析获得该NC代码对应数控车床机床各耗能部件的运行状态参数；2)数控车床各耗能部件能耗模型的建立及基础功率数据获取:将数控车床的主要耗能部件分解为主轴电机、进给电机、冷却系统电机以及由风扇和伺服系统等组成的维持基本运行状态的基础性耗能部件；基于上述分解的数控车床的各耗能部件特征，建立相应的能耗模型；并采用实验获取各耗能部件的基础功率数据；3)数控车床加工工件能耗的获取:将上述由数控车床加工工件的NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参数，输入数控车床各耗能部件的能耗模型中，可以获得数控车床各耗能部件的能耗，再通过求和获取数控车床加工工件能耗。进一步的特征在于，上述步骤I)中NC代码读取模块用于数控车床加工工件的NC代码的信息读取。首先将数控车床加工工件的NC代码文件按行读入计算机，并以一维字符串数组的形式存到计算机存储空间中；再按顺序读取一维字符串数组，以“空格符”为分割符将获得的各行NC代码划分成多个代码块，如G代码块、M代码块、S代码块、F代码块、X代码块和Z代码块，并以二维数组的形式存储到计算机。进一步的特征在于，上述步骤I)中NC代码分析模块用于分析数控车床加工工件NC代码对应的数控车床各耗能部件的运行状态参数，主要包括了三个步骤，首先按顺序读取NC代码读取模块获得的二维数组，在数控车床加工工件NC代码与数控车床耗能部件的关系数据库里查找各行分割后的代码块即G代码块、M代码块、S代码块、F代码块、X代码块和Z代码块，获得每个代码块对应的数控车床耗能部件的运行状态；然后基于各行NC代码的G、X、Z、F代码块信息，根据G代码提取不同的计算规则如直线插补计算规则、圆弧插补计算规则以及特殊循环计算规则，计算每行NC代码的加工时间。进一步的特征在于，上述步骤2)中，建立的数控机床各部件能耗模型为:主轴电机能耗模型:
权利要求
1.一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其特征在于，首先，对数控车床加工工件的NC代码进行解析，包括NC代码读取模块和NC代码分析模块；然后，结合数控车床各耗能部件的能耗特征，分别建立各耗能部件的能耗模型，并通过实验获取各耗能部件的基础功率数据；最后，将上述NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参数以及各耗能部件基础功率数据信息输入到数控车床的各耗能部件的能耗模型中，即可获得数控车床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗；具体步骤包括: 1)数控车床加工工件NC代码的解析:数控车床加工工件NC代码的解析过程包括了NC代码读取模块和NC代码分析模块，通过解析获得该NC代码对应数控车床机床各耗能部件的运行状态参数； 2)数控车床各耗能部件能耗模型的建立及基础功率数据获取:将数控车床的主要耗能部件分解为主轴电机、进给电机、冷却系统电机以及由风扇和伺服系统等组成的维持基本运行状态的基础性耗能部件；基于上述分解的数控车床的各耗能部件特征，建立相应的能耗模型；并通过实验获取各耗能部件的基础功率数据； 3)数控车床加工工件能耗的获取:将上述由数控车床加工工件的NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参数，输入数控车床各耗能部件的能耗模型中，获得数控车床各耗能部件的能耗，再通过求和获取数控车床加工工件能耗。
2.根据权利要求1所述的基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其特征在于，所述步骤I)中NC代码 读取模块用于数控车床加工工件的NC代码的信息读取；首先，将数控车床加工工件的NC代码文件按行读入计算机，并以一维字符串数组的形式存到计算机存储空间中；再按顺序读取一维字符串数组，以“空格符”为分割符将获得的各行NC代码划分成多个代码块，如G代码块、M代码块、S代码块、F代码块、X代码块和Z代码块，并以二维数组的形式存储到计算机。
3.根据权利要求1所述的基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其特征在于，所述步骤I)中NC代码分析模块用于分析数控车床加工工件NC代码对应的数控车床各耗能部件的运行状态参数，主要包括三个步骤，首先按顺序读取NC代码读取模块获得的二维数组，在数控车床加工工件NC代码与数控车床耗能部件的关系数据库里查找各行分割后的代码块即G代码块、M代码块、S代码块、F代码块、X代码块和Z代码块，获得每个代码块对应的数控车床耗能部件的运行状态；然后基于各行NC代码的G、X、Z、F代码块信息，根据G代码提取不同的计算规则如直线插补计算规则、圆弧插补计算规则以及特殊循环计算规则，计算每行NC代码的加工时间。
4.根据权利要求1所述的基于NC代码的数控加工工件能耗获取方法，其特征在于，所述步骤2)中，建立的数控车床各耗能部件能耗模型为: 緣mf 主轴电机能耗模型:Em =I *>, €*+Ic#pc'dt.^ms業cspFi mmL , rf/结隶I
进给电机能耗模型:￡^士 =J Pm * *+j Pm d1.冷却系统电机能耗模型:E冷却=p冷却 (t冷开-t冷关)； 基础性耗能部件能耗模型疋@定=( 側8+ 风扇) (t结束-t开始)。
5.根据权利要求1所述的基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，其特征在于，所述步骤2)中基础功率数据主要包括主轴电机空载功率Pn1、进给电机功率P1、冷却系统电机功率P &卩，风扇电机功率Pws，伺服系统功率Pfw ;通过实验获取上述基础功率数据操作步骤如下: ①对冷却系统电机功率PM卩、风扇电机功率Pwt、伺服系统功率Pf*等恒定功率，分别在电机输入端安装功率传感器，启动相应的耗能部件到稳定运行状态后，记录相应的功率值； ②主轴电机空载功率Pm和进给电机的功率Px#和Pz#取决于主轴转速和进给速度；对主轴电机空载功率数据，首先根据转速范围设定一系列转速，采集设定转速的空载功率数据，形成转速- 功率数据表；对进给电机的功率Pi数据的采集过程类似。
全文摘要
发明公开了一种基于NC代码的数控车床加工工件能耗获取方法，该方法首先对数控车床加工工件的NC代码进行解析，包括了NC代码读取模块和NC代码分析模块；然后结合数控车床各耗能部件的能耗特征，分别建立各耗能部件的能耗模型，并通过实验获取各耗能部件的基础功率数据；最后将上述NC代码解析获取的各耗能部件的运行状态参数以及各耗能部件基础功率数据信息输入到数控车床的各耗能部件的能耗模型中，就可以获得数控车床各耗能部件的能耗以及加工工件能耗。该方法可以应用于数控车床加工工件能耗评估与预测，机械加工能耗定额制定，可以为机械车间节能优化提供决策依据。
文档编号G05B19/406GK103235554SQ20131010808
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者何彦, 李育锋, 林申龙, 鄢萍, 刘波, 胡林明 申请人:重庆大学