一种基于几何特征的线切割能耗预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，包括以下步骤：第一步：输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度；调用基础数据库，确定材料系数ηC、厚度系数ηH和速度系数ηS；第二步：根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；第三步：求解各特征所用时间；第四步：求解各特征能耗；第五步：求解各部分能耗；第六步：累计获得总能耗。本发明能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总能耗。
【专利说明】一种基于几何特征的线切割能耗预测方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及能耗预测的技术领域，特别是基于几何特征的线切割能耗预测方法的
技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 线切割是一种利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极并对工件进行脉冲 火花放电蚀除金属、切割成型的加工方法。电火花线切割工作时，在电极丝和工件之间进行 脉冲放电。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极 丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达l〇〇〇〇°C以上，高温使 工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些 气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸， 抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。
[0003] 线切割的能耗主要来源有电脑主机能耗Ecci(Ecomputer)、运丝能耗Ew(Ewire-feed)、水栗冲水能耗E P(Epump)、照明灯能耗EUElamp)的固定功率的能耗以及切割能耗Ecu (Ecutting)的变功率的能耗。对于固定功率的能耗，在确定的需加工零件的几何特征、材 料、厚度后，既能预测各个能耗所经历的时间，根据相应固定功率与时间相乘，即为各个能 耗值。然而，对于变功率的能耗，则很难预测。为此，将变功率的能耗产生的能耗的几何特征 进行分类，从而根据几何特征对能耗进行预测，结合固定功率的能耗的能耗，即可对所需加 工的零件进行能耗预测。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于几何特征的线切割能耗 预测方法，能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总能耗。本发明中的基础数据 库通过实验法获得。
[0005] 为实现上述目的，本发明提出了一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，包括 以下步骤：
[0006] 第一步:输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度;调用基础数据库，确定材料 系数％、厚度系数％和速度系数ns;
[0007] 第二步:根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬 时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；
[0008] 第三步:求解各特征所用时间，空走丝时间Tkw通过
求解，其中Xkw为空走
丝长度，为空走丝速度;直线切割时间Tzcu通过 求解，其中Xzcu为直线切割长 度，vcu为切割走丝速度；圆弧切割时间Tycu通过 长解，其中XYCU为圆弧切割长 度;切割总时间Tcu通过Tcu=TKW+Tzcu+TYcu求解；
[0009] 第四步:求解各特征能耗，空走丝能耗E?通过EKW=EDKW*T KW求解，其中Edkw为单位时 间下的空走丝能耗;直线切割能耗Ezcu通过Ezcu = EDZcu*Tzcu*riH*ru：求解，其中Edzcu为单位时间 厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗Etcu通过Era=EDTCu*TTCu*nH*nQ*nc求解，其中Edtcu为单 位时间厚度下的圆弧切割能耗，nQ为曲率系数;瞬时能耗Ess通过E ss=EDSS*Nss*nH*nc求解，其 中Edss为单位厚度下的瞬时能耗，Nss为瞬时切入特征个数;J度角特征能耗Ej通过Ej = Edj* Nj*nH*ne求解，其中Ed:为单位厚度下的J度角特征能耗，N:为J度角度特征个数；
[0010] 第五步:求解各部分能耗，切割能耗Egu通过EGU = EKW+EZGU+EYGU+ESS+E:求解；电脑主 机能耗Eco通过Eco = Edcq*Tcu求解，其中Edcci为单位时间电脑主机能耗;运丝能耗Ew通过Ew = EDW*TCU求解，其中Edw为单位时间运丝能耗;水栗冲水能耗Ep通过Ep = Edp*Tcu求解，其中Edp为 单位时间水栗冲水能耗;照明灯能耗El通过El = a*EDL*Tcu求解，其中a为0或1，a为0表示未开 灯，a为1表示开灯，Edl为单位时间照明灯能耗；
[0011 ] 第六步:累计获得总能耗，总能耗EZ通过Ez = Eoi+Ecq+Ew+Ep+El求解。
[0012] 作为优选，所述第一步中的基础数据库包括材料系数qc、厚度系数nH、速度系数ns、 空走丝速度Vw、切割走丝速度VCU、单位时间下的空走丝能耗Edkw、单位时间厚度下的直线切 割能耗e dzcu、单位时间厚度下的圆弧切割能耗edtcu、曲率系数qQ、单位厚度下的瞬时能耗 Edss、单位厚度下的J度角特征能耗Ed j、单位时间电脑主机能耗Edcci、单位时间运丝能耗Edw、 单位时间水栗冲水能耗Edp、单位时间照明灯能耗Edl，空走丝速度Vw、切割走丝速度veil的获 得根据机床特性，其余参数均通过实验法获得，通过数据采集装置获得线切割机床的功率 曲线，功率对时间的积分即为能耗，实验步骤为：
[0013] 第一步:打开电脑主机，此时所测得的能耗除以时间为Edco ;
[0014] 第二步:打开水栗冲水，单位时间内增加的能耗为EDP;
[0015] 第三步:运丝，单位时间内增加的能耗为EDW;
[0016] 第四步:打开照明灯，单位时间内增加的能耗为Edl ;
[0017]第五步:进行走丝，切害_工件前的单位时间内增加的能耗为Edkw;
[0018] 第六步：瞬时切入厚度为1mm的不锈钢工件时的功率曲线突变范围内能耗记为 Etss，突变范围的时间为Ttss，则Edss = Etss-(Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw)*Ttss为单位厚度下的瞬时 能耗；
[0019] 第七步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内相比较第四步增加的 能耗为Edzoj;直线切割情况下，改变切割厚度为nmm，得到厚度nmm下的单位时间直线切割能 耗EDnZOJ，厚度系数nH满足EDnZOJ = n*EDzcu*nH，从而获得nmm厚度下的厚度系数nH;
[0020] 第八步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X1D，直线 切割厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X nD，从而获得nmm厚度下的速度 系数
[0021 ]第九步：圆弧切割厚度为1mm的不锈钢工件，切割半径为1mm的圆形，单位时间内相 比较第四步增加的能耗为Edycu;圆弧切割情况下，改变切割的圆弧半径为rmm，得到半 下的单位时间圆弧切割能耗EDrYCU，曲率系数满足EDrYCU = r*EDYCU*nQ，从而获得：rmm半径下的 曲率系数nQ;
[0022] 第十步:在切割厚度为1mm的不锈钢工件时，在J度角切割处出现的功率曲线突变 范围内能耗记为Etj，突变范围的时间为Ttj，Edj = Etj- ( Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw) *Ttj为单位厚度 下的J度角特征能耗；
[0023] 第^^一步:直线切割厚度为1mm的其他材料工件时的单位时间内相比较第四步增 加的能耗为EDQZCU，其他材料的材料系数为
[0024 ]作为优选，所述速度系数ns、材料系数％、厚度系数nH、曲率系数nQ、瞬时切入特征 个数Nss、J度角度特征个数Nj、a均为无量纲参数，空走丝长度X?、直线切割长度XZCU、圆弧切 割长度Xycli、直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X 1D、直线切割 厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度XnD的单位均为mm，空走丝时间Tkw、直 线切割时间Tzon圆弧切割时间T ycu、切割总时间TCU的单位均为s，空走丝速度vw、切割走丝速 度VCU的单位均为mm/s，空走丝能耗Ekw、单位长度厚度下的空走丝能耗Edkw、直线切割能耗 Ezcu、单位长度厚度下的直线切割能耗Edzon圆弧切割能耗Emu单位长度厚度下的圆弧切割 能耗Edtcu、瞬时能耗Ess、单位长度厚度下的瞬时能耗E DSS、J度角特征能耗Ej、单位厚度下的J 度角特征能耗Edj、切割能耗ECU、电脑主机能耗Eoi、单位时间电脑主机能耗E DCQ、运丝能耗Ew、 单位时间运丝能耗Edw、水栗冲水能耗EP、单位时间水栗冲水能耗Edp、照明灯能耗El、单位时 间照明灯能耗Edl、总能耗Ez的单位均为J。
[0025] 本发明的有益效果:本发明能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总 能耗。本发明中的基础数据库通过实验法获得。
[0026] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 【【附图说明】】
[0027] 图1是本发明一种基于几何特征的线切割能耗预测方法的预测步骤图；
[0028] 图2是本发明一种基于几何特征的线切割能耗预测方法的基础数据库建立步骤 图；
[0029] 图3是本发明一种基于几何特征的线切割能耗预测方法的实施例预加工零件图；
[0030] 图4是本发明一种基于几何特征的线切割能耗预测方法的实施例零件加工图。 【【具体实施方式】】
[0031] 参阅图1、图2、图3和图4,本发明，包括以下步骤：
[0032] 第一步:输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度;调用基础数据库，确定材料 系数nc、厚度系数nH和速度系数ns;
[0033] 第二步:根据CAD图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬 时切入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征；
[0034] 第三步:求解各特征所用时间，空走丝时间Tkw通过 求解，其中Xkw为空走 丝长度，为空走丝速度;直线切割时间Tzcu通过
求解，其中XZCU为直线切割长 度，VCU为切割走丝速度；圆弧切割时间TYCU通过
-求解，其中XYCU为圆弧切割长 度;切割总时间Tcu通过Tcu=TKW+Tzcu+TYcu求解；
[0035] 第四步:求解各特征能耗，空走丝能耗Ekw通过Ekw=Edkw*Tkw求解，其中Edkw为单位时 间下的空走丝能耗;直线切割能耗Ezcu通过Ezcu = EDZcu*Tzcu*riH*ru：求解，其中Edzcu为单位时间 厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗Etcu通过Era=EDTCu*TTCu*nH*nQ*nc求解，其中Edtcu为单 位时间厚度下的圆弧切割能耗，nQ为曲率系数;瞬时能耗Ess通过E ss=EDSS*Nss*nH*nc求解，其 中Edss为单位厚度下的瞬时能耗，Nss为瞬时切入特征个数;J度角特征能耗Ej通过Ej = Edj* Nj*nH*ne求解，其中Ed:为单位厚度下的J度角特征能耗，N:为J度角度特征个数；
[0036] 第五步:求解各部分能耗，切割能耗E⑶通过E⑶= Ekw+EZcu+Etcu+Ess+Ej求解；电脑主 机能耗Eco通过Eco = Edcq*Tcu求解，其中Edcci为单位时间电脑主机能耗;运丝能耗Ew通过Ew = EDW*TCU求解，其中Edw为单位时间运丝能耗;水栗冲水能耗Ep通过Ep = Edp*Tcu求解，其中Edp为 单位时间水栗冲水能耗;照明灯能耗El通过El = a*EDL*Tcu求解，其中a为0或1，a为0表示未开 灯，a为1表示开灯，Edl为单位时间照明灯能耗；
[0037] 第六步:累计获得总能耗，总能耗Ez通过Ez = Eai+Eai+Ew+Ep+EL求解。
[0038]具体的，所述第一步中的基础数据库包括材料系数％、厚度系数nH、速度系数ns、空 走丝速度Vw、切割走丝速度VCU、单位时间下的空走丝能耗Edkw、单位时间厚度下的直线切割 能耗EDZCU、单位时间厚度下的圆弧切割能耗E DYCU、曲率系数nQ、单位厚度下的瞬时能耗Edss、 单位厚度下的J度角特征能耗Ed j、单位时间电脑主机能耗Edcci、单位时间运丝能耗Edw、单位 时间水栗冲水能耗Edp、单位时间照明灯能耗Edl，空走丝速度Vw、切割走丝速度VCLI的获得根 据机床特性，其余参数均通过实验法获得，通过数据采集装置获得线切割机床的功率曲线， 功率对时间的积分即为能耗，实验步骤为：
[0039]第一步:打开电脑主机，此时所测得的能耗除以时间为Edco ;
[0040]第二步:打开水栗冲水，单位时间内增加的能耗为EDP;
[0041]第三步:运丝，单位时间内增加的能耗为Edw;
[0042 ]第四步:打开照明灯，单位时间内增加的能耗为Edl ;
[0043] 第五步:进行走丝，切割到工件前的单位时间内增加的能耗为Edkw;
[0044] 第六步：瞬时切入厚度为1mm的不锈钢工件时的功率曲线突变范围内能耗记为 Etss，突变范围的时间为Ttss，则Edss = Etss-(Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw)*Ttss为单位厚度下的瞬时 能耗；
[0045] 第七步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内相比较第四步增加的 能耗为Edzoj;直线切割情况下，改变切割厚度为nmm，得到厚度nmm下的单位时间直线切割能 耗EDnZOJ，厚度系数nH满足EDnZOJ = n*EDzcu*nH，从而获得nmm厚度下的厚度系数nH;
[0046] 第八步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X1D，直线 切割厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X nD，从而获得nmm厚度下的速度 系数％ =^; Aw
[0047] 第九步：圆弧切割厚度为1mm的不锈钢工件，切割半径为1mm的圆形，单位时间内相 比较第四步增加的能耗为Edycu;圆弧切割情况下，改变切割的圆弧半径为rmm，得到半 下的单位时间圆弧切割能耗EDrYCU，曲率系数满足EDrYCU = r*EDYCU*nQ，从而获得：rmm半径下的 曲率系数nQ;
[0048] 第十步:在切割厚度为1mm的不锈钢工件时，在J度角切割处出现的功率曲线突变 范围内能耗记为Etj，突变范围的时间为Ttj，Edj = Etj- ( Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw) *Ttj为单位厚度 下的J度角特征能耗；
[0049] 第^^一步:直线切割厚度为1mm的其他材料工件时的单位时间内相比较第四步增 加的能耗为EDQZCU，其他材料的材料系数为
[0050] 具体的，所述速度系数ns、材料系数％、厚度系数nH、曲率系数nQ、瞬时切入特征个 数Nss、J度角度特征个数Nj、a均为无量纲参数，空走丝长度X?、直线切割长度Xzou圆弧切割 长度X YCU、直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X1D、直线切割厚 度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度X nD的单位均为mm，空走丝时间Tkw、直线 切割时间Tzon圆弧切割时间Tycu、切割总时间T CU的单位均为s，空走丝速度vw、切割走丝速度 VCU的单位均为mm/s，空走丝能耗Ekw、单位长度厚度下的空走丝能耗Edkw、直线切割能耗Ezcu、 单位长度厚度下的直线切割能耗Edzok圆弧切割能耗E YCU、单位长度厚度下的圆弧切割能耗 E_、瞬时能耗Ess、单位长度厚度下的瞬时能耗EDSS、J度角特征能耗Ej、单位厚度下的J度角 特征能耗Edj、切割能耗E CU、电脑主机能耗Eoi、单位时间电脑主机能耗Edoi、运丝能耗Ew、单位 时间运丝能耗Edw、水栗冲水能耗E P、单位时间水栗冲水能耗Edp、照明灯能耗El、单位时间照 明灯能耗Ei总能耗Ez的单位均为J。
[0051 ] 本发明工作过程：
[0052]本发明一种基于几何特征的线切割能耗预测方法在工作过程中，以附图3所需加 工的钥匙形状的厚度3mm的铸铁零件为例说明。一个单位长度，为1mm; -个单位厚度为1mm; 一个单位时间为1 s。加工过程包括有直线特征、圆弧特征、瞬时切入特征、90度角特征、135 度角特征。
[0053]第一步:输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度，二维CAD图为附图3,零件材 料为铸铁，厚度为3mm，调用材料数据库，确定铸铁材料系数为ne，确定厚度系数为nH，确定速 度系数为ns;
[0054]第二步:根据CAD图确定加工图为附图4，分解特征，按几何特征分解零件：1、空走 丝，切入时Xlmm，完成加工后出来为2Xlmm，共计3Xlmm;2、瞬时切入;3、直线切割，X1+X3+8X2 +X5mm; 4、圆弧切害U，2X2mm; 5、90度特征，11个;6、135度特征，2个；
[0055] 第三步:计算各特征所用时间：1
_，.其中Tkw为空走丝时间，vw为空走丝速 度，空走丝速度根据机床特性确定；2、
，其中Tzeu为直线切割时 间，voi为单位长度下的切割走丝速度，单位长度下的切割走丝速度根据机床特性确定;3、
1其中TYCU为圆弧切割时间;4、T CU = TKW+TZCU+TYCU，其中TCU为切割总时间。注能 耗转移时间在总时间所占比例小，忽略。
[0056] 第四步:计算各特征能耗：1、Ekw=Edkw*Tkw，其中Ekw为空走丝能耗，Edkw为单位时间 下的空走丝能耗；2、Ez⑶=Edz⑶*Tz⑶，其中EZCU为直线切割能耗，Edz⑶为单位时间厚度 下的直线切割能耗;3、Eycu = EDYO^TYO^riH^riQ*1^，其中Eycu为圆弧切割能耗，Edycu为单位时间 厚度下的圆弧切割能耗，nQ为曲率系数;4、E SS = EDSS*Nss*nH*nc，其中Ess为瞬时能耗，Edss为单 位厚度下的瞬时能耗，Nss为瞬时切入特征个数;5、E 9Q = E_*N9Q*nH*nc，其中E9q为90度角特 征能耗，ED9Q为单位厚度下的90度角特征能耗，N 9Q为90度角度特征个数;6、E135 = ED135*N135* nH*nc，其中E135为135度角特征能耗，ED135为单位厚度下的135度角特征能耗，N 135为135度角 度特征个数。
[0057] 第五步：计算各部分能耗：1、Ecu = Ekw+Ezcu+Eycu+Ess+E 9q+E135，其中E⑶为切割能耗 (Ecutting); 2、Ec〇 = EDCQ*Taj，其中Eco为电脑主机能耗(Ecomputer)，Edcq为单位时间电脑主 机能耗;3、Ew = Edw*Tcu，其中Ew为运丝能耗(Ewire-feed)，Edw为单位时间运丝能耗;4、Ep = Edp*Tcu，其中Ep为水栗冲水能耗（Epump)，Edp为单位时间水栗冲水能耗；5、El = a*EDL*Tcu，其 中El为照明灯能耗(E lamp )，a为0或1，a为0表示未开灯，a为1表示开灯，Edl为单位时间照明 灯能耗。
[0058] 第六步:能耗累计:Ez = Ecu+Ecq+Ew+Ep+El，其中Ez为总能耗。
[0059] 在上述步骤中，空走丝速度Vw、单位长度下的切割走丝速度vcu均由机床确定，单位 时间电脑主机能耗Edcci、单位时间水栗冲水能耗Edp、单位时间运丝能耗Edw、单位时间照明灯 能耗Edl、单位时间下的空走丝能耗Edkw、单位时间厚度下的直线切割能耗Edzok厚度系数取、 单位时间厚度下的圆弧切割能耗Edyon曲率系数q Q、单位厚度下的瞬时能耗Edss、单位厚度下 的90度角特征能耗ED9Q、单位厚度下的135度角特征能耗E D135均由实验法获得。实验法步骤 为：
[0060] 利用笔记本连接数据采集装置，将线切割机床的实时电流、电压进行测量，根据所 测数值分析结合多次测量求均值，从而获得各个单位能耗。1、在只打开电脑主机下所测得 的能耗除以时间为E DCQ; 2、在1的基础上打开水栗冲水，单位时间内增加的能耗为Edp ; 3、在2 的基础上运丝，单位时间内增加的能耗为Edw ; 4、在3的基础上打开照明灯，单位时间内增加 的能耗为Edl;5、满足前四要求情况下，进行走丝，切割到工件前的单位时间内增加的能耗为 ED?;6、满足前四要求情况下，直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内增加的能 耗为E DZCU; 7、在6的直线切割情况下，改变切割厚度为nmm，得到厚度nmm下的单位时间直线 切割能耗EDnZQj，厚度系数nH满足ED nz〇j = n*EDZQj*nH，从而获得nmm厚度下的厚度系数nH;8、满 足前四要求情况下，直线切割厚度为1_的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为X 1D，直 线切割厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为XnD，从而获得nmm厚度下的速 度系数％=^;9、满足前四要求情况下，圆弧切割厚度为1mm的不锈钢工件，切割半径为 1mm的圆形，单位时间内增加的能耗为EDYCU; 10、在9的圆弧切割情况下，改变需切割的圆弧 半径为rmm，即曲率l/r，得到半径rmm下的单位时间圆弧切割能耗Editcu，曲率系数满足Editoj = r*EDYcu*nQ，从而获得:rmm半径下的曲率系数nQ; 11、满足前四要求情况下，瞬时切入厚度为 1mm的不锈钢工件时的功率曲线突变范围内能耗记为Etss，突变范围的时间为Ttss，则E DSS = Etss-(Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw)*Ttss为单位厚度下的瞬时能耗；12、满足前四要求情况下，在切 割厚度为1mm的不锈钢工件时，在90度角切割处出现的功率曲线突变范围内能耗记为E T90， 突变范围的时间为Tt9Q，Ed9Q = Et9()-(EdCC)+EdP+EdW+EdL+EdKW)*Tt9()为单位厚度下的90度角特征 能耗；13、满足前四要求情况下，在切割厚度为1mm的不锈钢工件时，在135度角切割处出现 的功率曲线突变范围内能耗记为ET135，突变范围的时间为Tt135，ED135 = ET135- ( Edcq+Edp+Edw+ Edl+Edkw)*Tt135为单位厚度下的135度角特征能耗；14、满足前四要求情况下，直线切割厚度 为1_的铸铁材料工件时的单位时间内相比较4增加的能耗为E DZZCU，铸铁材料的材料系数为
。需注意，运丝为运丝筒周期带动，每一周期均有两次运丝筒急停到反转的突 变，此时能耗变大大，因为需实验时间控制运丝筒周期整数倍，以减小误差。
[0061] 其余实施过程参照上述实施例。其他切割图形，包括椭圆、阿基米德线等特殊图 形，切可近似化成圆弧特征、直线特征和若干角度特征的和。
[0062] 本发明，能够通过二维CAD图、零件材料及厚度，预测出所需总能耗。本发明中的基 础数据库通过实验法获得。
[0063] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后 的方案均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，其特征在于:包括以下步骤： 第一步:输入预加工零件二维CAD图、零件材料及厚度;调用基础数据库，确定材料系数 nc、厚度系数m和速度系数ns; 第二步:根据cad图确定加工图，分解特征，按几何特征分解零件为空走丝特征、瞬时切 入特征、直线切割特征、圆弧切割特征、角度特征； 第三步:求解各特征所用时间，空走丝时间Tkw通过求解，其中Xkw为空走丝长度，vd空走丝速度;直线切割时间Tzcu通i 求解，其中Xzcli为直线切割长度， Vcu为切割走丝速度；圆弧切割时间TTCidIi 求解，其中Xycli为圆弧切割长度； 切割总时间Tcu通过Tcu = Tkw+Tzcu+Ttcu求解;第四步:求解各特征能耗，空走丝能耗Ekw通过Ekw = Edkw*Tkw求解，其中Edkw为单位时间下的空走丝能耗；直线切割能耗Ezcu通过Ezcu = Edzcu* Tzcu*nH*%求解，其中Edz⑶为单位时间厚度下的直线切割能耗；圆弧切割能耗Ey⑶通过Eycu = EDYCu*TYcu*nH*nQ*nc求解，其中Edycu为单位时间厚度下的圆弧切割能耗，Hq为曲率系数；瞬时 能耗E ss通过Ess = EDSS*Nss*nH*%求解，其中Edss为单位厚度下的瞬时能耗，N ss为瞬时切入特 征个数;J度角特征能耗Ej通过Ej = EDj*Nj*nH*nc求解，其中Edj为单位厚度下的J度角特征能 耗，Nj为J度角度特征个数； 第五步：求解各部分能耗，切割能耗Egu通过EGU = EKW+EZGU+EYGU+ESS+E:求解；电脑主机能 耗Eco通过E〇] = ED〇]*Tai求解，其中Edoi为单位时间电脑主机能耗;运丝能耗Ew通过EW=E DW*TCU 求解，其中Edw为单位时间运丝能耗;水栗冲水能耗Ep通过Ep = Edp*Tcu求解，其中Edp为单位时 间水栗冲水能耗;照明灯能耗El通过El = a*EDL*Tcu求解，其中a为0或I，a为0表示未开灯，a为 1表示开灯，Ea为单位时间照明灯能耗； 第六步：累计获得总能耗，总能耗Ez通过Ez = Egu+Egq+Ew+Ep+El求解。2. 如权利要求1所述的一种基于几何特征的线切割能耗预测方法，其特征在于:所述第 一步中的基础数据库包括材料系数取、厚度系数ΠΗ、速度系数ns、空走丝速度 Vw、切割走丝速 度VCU、单位时间下的空走丝能耗Edkw、单位时间厚度下的直线切割能耗Edzcu、单位时间厚度 下的圆弧切割能耗E DYCU、曲率系数riQ、单位厚度下的瞬时能耗Edss、单位厚度下的J度角特征 能耗Edj、单位时间电脑主机能耗Edcq、单位时间运丝能耗Edw、单位时间水栗冲水能耗Edp、单 位时间照明灯能耗Edl，空走丝速度v w、切割走丝速度Vcu的获得根据机床特性，其余参数均通 过实验法获得，通过数据采集装置获得线切割机床的功率曲线，功率对时间的积分即为能 耗，实验步骤为： 第一步:打开电脑主机，此时所测得的能耗除以时间为Edco; 第二步:打开水栗冲水，单位时间内增加的能耗为Edp ; 第三步:运丝，单位时间内增加的能耗为Edw; 第四步:打开照明灯，单位时间内增加的能耗为Edu 第五步:进行走丝，切割到工件前的单位时间内增加的能耗为Edkw; 第六步：瞬时切入厚度为1mm的不锈钢工件时的功率曲线突变范围内能耗记为ETSS，突 变范围的时间为Ttss，则Edss = Etss-( Edcq+Edp+Edw+Edl+Edkw )*Ttss为单位厚度下的瞬时能耗； 第七步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内相比较第四步增加的能耗 为Edz⑶;直线切割情况下，改变切割厚度为nmm，得到厚度nmm下的单位时间直线切割能耗 EDnZCU，厚度系数ΠΗ满足EDnZOJ = n*EDzcu*nH，从而获得nmm厚度下的厚度系数ΠΗ; 第八步:直线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为Xid，直线切割 厚度为nmm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为XnD，从而获得nmm厚度下的速度系数第九步：圆弧切割厚度为1mm的不锈钢工件，切割半径为1mm的圆形，单位时间内相比较 第四步增加的能耗为Edycu ;圆弧切割情况下，改变切割的圆弧半径为rmm，得到半径rmm下的 单位时间圆弧切割能耗EDrγ CU，曲率系数满足EDrYCU = r*EDYCU*nQ，从而获得rmm半径下的曲率 系数Hq; 第十步:在切割厚度为1mm的不锈钢工件时，在J度角切割处出现的功率曲线突变范围 内能耗记为Ετ:，突变范围的时间为TTJ，EDJ = ETr(EDCQ+EDP+EDW+EDL+EDKW)*TTJ为单位厚度下的 J度角特征能耗； 第十一步:直线切割厚度为1mm的其他材料工件时的单位时间内相比较第四步增加的 能耗为Edqzcu，其他材料的材料系数^3.如权利要求1至2中任一项所述的一柙儿例特征的线切割能耗预测方法，其特征 在于:所述速度系数ns、材料系数％、厚度系数Hh、曲率系数Hq、瞬时切入特征个数Nss、J度角 度特征个数Ni、a均为无量纲参数，空走丝长度X KW、直线切割长度Xmu圆弧切割长度Χυ?、直 线切割厚度为1mm的不锈钢工件时的单位时间内的切割长度为Xid、直线切割厚度为nmm的不 锈钢工件时的单位时间内的切割长度XnD的单位均为mm，空走丝时间T KW、直线切割时间TZCU、 圆弧切割时间TYCU、切割总时间T cu的单位均为s，空走丝速度vw、切割走丝速度的单位均为 mm/s，空走丝能耗EKW、单位长度厚度下的空走丝能耗Edkw、直线切割能耗Emu单位长度厚度 下的直线切割能耗Edzon圆弧切割能耗E YCU、单位长度厚度下的圆弧切割能耗Edtcu、瞬时能耗 Ess、单位长度厚度下的瞬时能耗Edss、J度角特征能耗Ej、单位厚度下的J度角特征能耗EdjM 割能耗Ecu、电脑主机能耗Ecck单位时间电脑主机能耗Edcck运丝能耗Ew、单位时间运丝能耗 Edw、水栗冲水能耗Ep、单位时间水栗冲水能耗Edp、照明灯能耗El、单位时间照明灯能耗Edl、总 能耗Ez的单位均为J。
【文档编号】G06F17/50GK106001811SQ201610331344
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】郑军, 王黎航, 凌玮
【申请人】浙江科技学院