本發(fā)明涉及機械制造業(yè)能耗、數控機床等領域，尤其涉及一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法、評估方法、裝置及系統(tǒng)。
背景技術：
：制造業(yè)的節(jié)能減排是可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。數控機床是制造業(yè)中耗能設備的重要組成部分，我國作為世界上第一制造大國，數控機床保有量占據世界首位，其耗能巨大但能量利用率卻較低。減小數控機床的能耗是我國實現節(jié)能減排的有效途徑。數控機床在運行過程中，由于加工等待、空切削等因素，導致了數控機床大量的能量浪費。因此提高數控機床在運行過程中的能量利用效率，探尋可行的數控機床節(jié)能方法意義重大。目前，對數控機床節(jié)能研究已經有部分探索。ZL03117163.X公開的發(fā)明名稱為《一種機械加工系統(tǒng)節(jié)能降噪方法》，從系統(tǒng)的角度出發(fā)，通過數控機床與工件之間的合理調度與安排，取得整個加工系統(tǒng)的節(jié)能效果。ZL200810070302.0公開的發(fā)明名稱為《一種數控機床相鄰工步間空載運行時停機節(jié)能實施方法》，公開方案為提供一種數控機床相鄰工步間空載運行時停機節(jié)能的實施方法，在加工前根據加工工藝獲得主軸運行轉速及數控程序獲取相鄰工步間空載運行時間，然后計算在相鄰工步間實施停機節(jié)能后再啟動的節(jié)能百分比，當節(jié)能百分比為正數時則實施停機節(jié)能，達到節(jié)約數控機床能源的效果。CN105204433A公開的發(fā)明名稱為《一種隨機加工間隔內數控機床狀態(tài)切換的數控機床節(jié)能運行方法》，針對數控機床的加工間隔即加工等待，制定了面向數控機床隨機加工間隔的節(jié)能實施策略，并對策略中的運行參數進行優(yōu)化，獲得數控機床的節(jié)能實施方案，提高了數控機床在加工間隔中能量利用率。數控機床在加工階段，并時刻都在切削工件，因此在加工階段將會出現切削狀態(tài)和空切削狀態(tài)交替的情況，并且空切削時段有些較長而有些較短，這與刀具路徑有關，如加工工件為大型工件，其退刀和進刀距離較長，導致空切削狀態(tài)時間較長。在空切削狀態(tài)下，并未發(fā)生工件地切削，但是排屑機、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等輔助部件仍然以一定的功率耗能，尤其是在空切削時段較長時，將導致大量的能量浪費。上述研究主要是從整個加工系統(tǒng)、相鄰工步間隔和數控機床加工間隔進行的數控機床節(jié)能研究。針對加工階段中由于空切削導致的能量浪費問題的數控機床節(jié)能方法研究還沒有成熟的措施。技術實現要素：針對現有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在不改變現有的數控機床的各個能耗部件的情況下實現數控機床的節(jié)能運行效果的數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法、評估方法、裝置及系統(tǒng)。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法，在空切削狀態(tài)下通過停啟數控機床能耗部件實現數控機床在加工階段的節(jié)能，包括如下步驟：數控機床及其部件運行信息的獲取：基于NC代碼解析獲取數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為需要節(jié)能的節(jié)能時間段；所述數控機床的部件的運行狀態(tài)主要包括受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)，該運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；數控機床加工階段節(jié)能運行策略：針對每個空切削狀態(tài)對應的時間段，判斷所述受PLC控制的能耗部件在每一個空切削狀態(tài)對應的時間段的停止時間和啟動時間的總和是否小于該對應的時間段，若小于該節(jié)能時間段，則該空切削對應的時間段則為節(jié)能時間段，控制所述受PLC控制的能耗部件在該對應的節(jié)能時間段內暫停。其中，在數控機床及其部件運行信息的獲取的步驟中，包括以下子步驟：(1)讀入程序段，通過正則表達式識別此程序段，如果為跳轉類程序段，需要調用相應子程序進行處理，獲得跳轉后的一般程序段；(2)通過正則表達式對一般程序段提取其程序段號、G指令、M指令、刀具T指令、轉速S指令、進給F指令、坐標指令、圓弧插補半徑等；(3)基于PLC程序和PLC輸入/輸出地址表，分析與部件運行相關的指令，得到部件運行邏輯；基于插補原理，分析進給F指令和刀具坐標指令，獲得程序段運行時間；基于坐標指令和毛坯尺寸，獲得數控機床運行狀態(tài)；(4)通過部件運行邏輯、程序段運行時間和數控機床運行狀態(tài)，獲得數控機床及其部件的運行信息，其中，所述程序段運行的開始時間則為對應的時間段的起始時間，程序段運行的結束時間則為對應的時間段的截止時間。其中，在數控機床加工階段節(jié)能運行策略制定的步驟中，包括以下子步驟：(1)對每個節(jié)能時間段從1到n進行編號即Ti(i＝1,2,3,…n)，對受PLC控制的能耗部件從1到m進行編號，cj(j＝1,2,3,…m)，令i＝1；(2)篩選出所有停啟時間小于Ti的可控能耗部件；(3)針對篩選出的可控能耗部件，分別計算其在Ti中采用停啟策略后的節(jié)能百分比ES，并篩選出ES大于K的所有部件ck，其中，K為補償系數，k為正整數；(4)控制部件ck在第i個節(jié)能時間段停止和啟動，其中，所述部件ck第i個節(jié)能時間段的停啟時間節(jié)點為：節(jié)能時間段開始時關閉，持續(xù)Ti-tck后開啟，tck為部件ck停啟所需的時間；(5)判斷i是否大于n，如果不大于則令i＝i+1，返回步驟(2)，反之，則結束以實現對數控機床加工階段的節(jié)能運行策略。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是：提供一種用于對采用所述的節(jié)能運行方法的數控機床進行節(jié)能效果評估方法，包括以下步驟：S101、獲取未采用如權利要求1至3中任一項權利要求所述的節(jié)能運行方法的數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為空切削時間段；所述數控機床的部件主要包括常開型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及運行狀態(tài)受伺服控制而變化的能耗部件，所述受伺服控制而變化的能耗部件包括主軸、進給軸，所述受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；S102、數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析：綜合數控機床空切削能耗模型、預先獲取到的數控機床及其部件運行信息和能耗部件功率數據，評估數控機床加工階段中每一個空切削時間段的能耗；其中，能耗部件功率數據主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常運行時的平均功率、常開型能耗部件正常運行時的平均功率、主軸各轉速下的平均功率、進給軸在不同進給狀態(tài)下的平均功率；S103、控制數控機床按照權利要求1至3中任一項所述的節(jié)能運行策略運行，以得到加工階段中每一個空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件，為每一個空切時間段內加上該空切時間段對應的受PLC控制的能耗部件停啟能耗，以得到每一個空切時間段的節(jié)能能耗；S104、將每一個節(jié)能能耗與S102步驟所得到的每一個空切時間段的能耗一一進行對比評估，以評估出采用了節(jié)能運行策略后的節(jié)能效果。其中，在S102步驟中，所述數控機床空切削能耗模型為：Etotal＝Espindle+Efeed+Eauxiliary+Eservo+Ebasic(5)式(5)中，Etotal表示數控機床空切削狀態(tài)下的總能耗，Espindle、Efeed、Eauxiliary、Eservo、Ebasic分別表示主軸電機、進給軸電機、輔助部件、伺服驅動器和基礎部件的能耗。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的又一個技術方案是：提供一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行裝置，包括：第一獲取模塊：用于基于NC代碼解析獲取數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為節(jié)能時間段；所述數控機床的部件的運行狀態(tài)主要包括受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)，該運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；數控機床加工階段節(jié)能運行控制模塊：針對每個空切削狀態(tài)對應的時間段，判斷所述受PLC控制的能耗部件在每一個空切削狀態(tài)對應的時間段的停止時間和啟動時間的總和是否小于該對應的時間段，若小于該節(jié)能時間段，則該空切削對應的時間段則為節(jié)能時間段，控制所述受PLC控制的能耗部件在該對應的節(jié)能時間段內暫停。其中，所述第一獲取模塊通過以下方式獲取數控機床及其部件運行信息獲取模塊：(1)讀入程序段，通過正則表達式識別此程序段，如果為跳轉類程序段，需要調用相應子程序進行處理，獲得跳轉后的一般程序段；(2)通過正則表達式對一般程序段提取其程序段號、G指令、M指令、刀具T指令、轉速S指令、進給F指令、坐標指令、圓弧插補半徑等；(3)基于PLC程序和PLC輸入/輸出地址表，分析與部件運行相關的指令，得到部件運行邏輯；基于插補原理，分析進給F指令和刀具坐標指令，獲得程序段運行時間；基于坐標指令和毛坯尺寸，獲得數控機床運行狀態(tài)；(4)通過部件運行邏輯、程序段運行時間和數控機床運行狀態(tài)，獲得數控機床及其部件的運行信息，其中，所述程序段運行的開始時間則為對應的時間段的起始時間，程序段運行的結束時間則為對應的時間段的截止時間。其中，數控機床加工階段節(jié)能運行控制模塊通過以下方式控制數控機床的能耗部件以實現節(jié)能運行：(1)對每個節(jié)能時間段從1到n進行編號即Ti(i＝1,2,3,…n)，對受PLC控制的能耗部件從1到m進行編號，cj(j＝1,2,3,…m)，令i＝1；(2)篩選出所有停啟時間小于Ti的可控能耗部件；(3)針對篩選出的可控能耗部件，分別計算其在Ti中采用停啟策略后的節(jié)能百分比ES，并篩選出ES大于K的所有部件ck，其中，K為補償系數，k為正整數；(4)控制部件ck在第i個節(jié)能時間段停止和啟動，其中，所述部件ck第i個節(jié)能時間段的停啟時間節(jié)點為：節(jié)能時間段開始時關閉，持續(xù)Ti-tck后開啟，tck為部件ck停啟所需的時間；(5)判斷i是否大于n，如果不大于則令i＝i+1，返回步驟(2)，反之，則結束以實現對數控機床加工階段的節(jié)能運行策略。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的又一個技術方案是：一種用于對采用所述的節(jié)能運行裝置的數控機床進行節(jié)能效果評估的評估系統(tǒng)，包括數控機床能耗計算裝置、如權利要求所述的節(jié)能運行裝置以及節(jié)能效果評估裝置；所述數控機床能耗計算裝置包括：第二獲取模塊，用于預先獲取未采用所述的節(jié)能運行方法的數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為空切削時間段；所述數控機床的部件主要包括常開型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及運行狀態(tài)受伺服控制而變化的能耗部件，所述受伺服控制而變化的能耗部件包括主軸、進給軸，所述受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析模塊，用于綜合數控機床空切削能耗模型、預先獲取到的數控機床及其部件運行信息和能耗部件功率數據，評估數控機床加工階段中每一個空切削時間段的能耗；其中，能耗部件功率數據主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常運行時的平均功率、常開型能耗部件正常運行時的平均功率、主軸各轉速下的平均功率、進給軸在不同進給狀態(tài)下的平均功率。所述能耗評估裝置包括：節(jié)能能耗計算模塊，用于獲取將數控機床在節(jié)能運行裝置的節(jié)能條件下，數控機床加工階段中每一個空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件，為每一個空切時間段內加上該空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件的停啟能耗，以得到每一個空切時間段的節(jié)能能耗；能耗效果評估模塊，用于將每一個節(jié)能能耗與數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析模塊所分析得到的每一個空切時間段的能耗一一進行對比評估，以評估出采用了節(jié)能運行策略后的節(jié)能效果。相比現有技術，本發(fā)明具有如下有益效果：1、針對數控機床加工階段中的空切削時段的能量浪費，本發(fā)明提供了一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法，可在不影響工件加工節(jié)拍的前提下，為數控機床在加工階段的節(jié)能運行提供運行方案。數控機床在采用本發(fā)明方法后，可減小其在加工階段中的空切削能耗，提高數控機床在加工階段的能量利用率。2、在本發(fā)明方法中，對于能耗部件的停啟，除了考慮停啟能耗部件所需的時間和能量外，還考慮了停啟能耗部件對其壽命的影響，與實際生產情況更加符合，因此本發(fā)明方法更適用于實際生產情況。3、本發(fā)明方法的支持系統(tǒng)可從NC代碼中解析出數控機床/部件在加工階段的運行信息，并完成節(jié)能潛力分析，進一步自動制定節(jié)能運行方案，還可展現數控機床在采用本發(fā)明方法后的節(jié)能效果，為節(jié)能運行方案的實際實施提供了參考。4、本發(fā)明方法中需要的能耗部件功率數據、能耗部件的停啟時間能量表和PLC輸入/輸出地址表，通過數控機床技術說明書和功率測量儀器即可獲得；獲取方法簡單，提高了本發(fā)明方法的可操作性。5、本發(fā)明方法的應用對象為數控機床尤其是加工大型工件的數控機床，因此，本發(fā)明具有較好的通用性。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明數控機床加工階段節(jié)能運行方法流程框圖圖2為本發(fā)明基于NC代碼解析獲取數控機床和部件運行信息流程圖圖3為本發(fā)明加工階段空切削狀態(tài)時間解析流程圖圖4為數控機床空切削時段功率組成圖圖5為本發(fā)明節(jié)能時間段獲取圖圖6為節(jié)能時間段中部件停啟能耗示意圖圖7a及圖7b為數控機床/部件在空切削時段的功率曲線圖圖8為本發(fā)明支持系統(tǒng)針對實施例自動生成的節(jié)能運行方案圖圖9a及圖9b為采用本發(fā)明節(jié)能運行方法后數控機床在加工階段的節(jié)能效果圖具體實施方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參見圖1至圖9b，本發(fā)明的數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法，包括以下步驟：第一步、數控機床及其部件運行信息的獲?。夯贜C代碼解析獲取數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為需要節(jié)能的節(jié)能時間段；所述數控機床的部件主要包括：常開型能耗部件(例如電器柜中電氣元件、伺服裝置、顯示器、電氣柜風扇等部件)、受PLC控制的開關型能耗部件(例如液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等部件)、運行狀態(tài)受伺服控制而變化的能耗部件(例如主軸、進給軸)。受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)，進給軸的運行狀態(tài)包括快進、工進、無進給，主軸通過轉速來描述其運行狀態(tài)。本實施例的節(jié)能運行方法中，主要是對受PLC控制的能耗部件進行節(jié)能控制，因此，本步驟中，需要用到的是受PLC控制的能耗部件的運行信息。具體地，本步驟的具體處理流程如下：1、NC代碼解析流程NC代碼的解析的目的是：解析出數控機床和部件運行信息。其中數控機床和部件的運行信息主要包括：數控機床運行狀態(tài)和時間的關系、部件運行狀態(tài)和時間的關系。圖2展示了基于NC代碼解析獲取數控機床和部件運行信息的整個流程。包括以下步驟：(1)讀入程序段，通過正則表達式識別此程序段，如果為跳轉類程序段，需要調用相應子程序進行處理，獲得跳轉后的一般程序段；(2)通過正則表達式對一般程序段提取其程序段號、G指令、M指令、刀具T指令、轉速S指令、進給F指令、坐標指令、圓弧插補半徑等；(3)基于PLC程序和PLC輸入/輸出地址表，分析與部件運行相關的指令，得到部件運行邏輯；基于插補原理，分析進給F指令和刀具坐標指令，獲得程序段運行時間；基于坐標指令和毛坯尺寸，獲得數控機床運行狀態(tài)；(4)通過部件運行邏輯、程序段運行時間和數控機床運行狀態(tài)，獲得數控機床及其部件的運行信息，其中，所述程序段運行的開始時間則為對應的時間段的起始時間，程序段運行的結束時間則為對應的時間段的截止時間。NC代碼解析和數控機床執(zhí)行NC代碼一樣，是以程序段為單位解析的。首先讀入程序段，通過正則表達式識別此程序段，如果為跳轉類程序段，需要調用相應子程序進行處理，獲得跳轉后的一般程序段；然后通過正則表達式對一般程序段提取其程序段號、G指令、M指令、刀具T指令、轉速S指令、進給F指令、坐標指令、圓弧插補半徑等；接著基于PLC程序和PLC輸入/輸出地址表，分析與部件運行相關的指令，得到部件運行邏輯(部件運行狀態(tài)的變化序列)；基于插補原理，分析進給F指令和坐標指令，獲得程序段運行時間；基于坐標指令和毛坯尺寸，獲得數控機床運行狀態(tài)(是否為空運行狀態(tài))；最后通過部件運行邏輯、程序段運行時間和數控機床運行狀態(tài)，獲得數控機床和部件的運行信息。本發(fā)明中對程序名、跳轉類程序段、以及G指令、M指令等指令建立正則表達式，如下表1所示表1NC代碼解析中主要正則表達式2程序段運行時間空切削時間段解析2.1程序段運行時間解析對于程序段運行時間的解析，本文是基于插補原理和進給速度獲取的。由于本發(fā)明主要應用于數控機床，數控機床中多采用數據采樣插補，因此本發(fā)明中采用的是數據采樣插補中應用普遍的直線函數法。根據直線函數法原理，直線插補時的時間可按公式(1)計算，圓弧插補為優(yōu)弧時可按公式(2)計算，圓弧插補為劣弧時按公式(3)計算。其中F表示進給速度，T表示數控機床的插補周期，Pe表示終點坐標，P0表示起點坐標，R表示圓弧插補的半徑。t=|Pe-Po|F---(1)]]>t=arcsin(|Pe-Po|2R)arcsin(FT2R)·T---(2)]]>t=π-arcsin(|Pe-Po|2R)arcsin(FT2R)·T---(3)]]>2.2空切削時間段解析，用于從程序段中解析該程序段是否為空切時間段。數控機床在加工階段中是否為空切削狀態(tài)，判別方法為數控機床的刀具是否與工件接觸，如果接觸則認為數控機床為切削狀態(tài)，反之則認為數控機床為空切削狀態(tài)。在NC代碼解析過程中，解析流程如圖3所示，首先讀取程序段，基于插補原理獲取程序段運行時間和刀具路徑方程，然后判斷刀具路徑方程與工件毛坯外形方程是否有交集，如果有交集則認為該程序段時間內，數控機床處于切削狀態(tài)，如果沒有交集則認為該程序段時間內，數控機床處于空切削狀態(tài)，接著按照此流程讀取下一程序段，直到該工件數控程序結束。在這個解析過程中，工件每次受到切削后，工件的毛坯方程應該隨著刀具路徑而發(fā)生相應的變化。在實際NC代碼中，工件越復雜，其刀具路徑也越復雜，那么工件每次受到切削后的工件毛坯方程也相應變得難以獲取。本文研究空切削狀態(tài)時間，是為了減小數控機床在空切削狀態(tài)下的能耗，主要針對的是退刀、快進、換刀等過程。數控程序編制人員，在編寫工件加工程序時，為了保證加工的安全性，通常的退刀、快進、換刀等過程的刀具路徑通常在未加工毛坯形狀以外。因此，本文在對工件毛坯方程的獲取進行了簡化，即將工件毛坯方程默認為未加工前的毛坯方程，并在整個解析過程中不變。工件毛坯方程和刀具路徑方程的交集運算可按公式(4)計算：SW=f(x,y,z)lT=f(x,y,z)---(4)]]>第二步、數控機床加工階段節(jié)能運行策略：針對每個空切削狀態(tài)對應的時間段，判斷所述受PLC控制的能耗部件在每一個空切削狀態(tài)對應的時間段的停止時間和啟動時間的總和是否小于該對應的時間段，若小于該節(jié)能時間段，則該空切削對應的時間段則為節(jié)能時間段，控制所述受PLC控制的能耗部件在該對應的節(jié)能時間段內暫停。對于在節(jié)能時間段中，對某一能耗部件適用停啟策略，其功率變化過程如圖6所示，其中tjt和tjq表示，能耗部件j關閉所需時間和開啟所需時間。其中陰影部分面積表示，部件j的停啟能耗Ej。tis和tie分別表示第i個節(jié)能時間段的開始時刻和結束時刻。pj表示部件j正常運行時的功率。如圖6所示，節(jié)能時間段i中對能耗部件j采用停啟策略后節(jié)約能耗Ejs可按公式(12)計算。如果僅從節(jié)能考慮，那么只需要Ejs>0且Ti>tjt+tjq，就可以對能耗部件j實施停啟節(jié)能。但是實際操作中，停啟一次能耗部件會產生一定沖擊對其壽命產生影響，因此可考慮停啟一次能耗部件需達到一定的節(jié)能百分比后，再實施節(jié)能，此節(jié)能百分比取值為0到1的補償系數K表示，即當時，才通過停啟能耗部件j實現節(jié)能?；谏鲜龇治?，制定了較為優(yōu)化的節(jié)能控制算法，算出能耗部件在加工階段中的停啟時間節(jié)點序列，以控制受PLC控制的能耗部件在停啟時間節(jié)點進行相應的停止及啟動(暫停)。控制方法如下：(1)對每個節(jié)能時間段從1到n進行編號即Ti(i＝1,2,3,…n)，對可控能耗部件(受PLC控制的開關型部件)從1到m進行編號，cj(j＝1,2,3,…m)，令i＝1；(2)篩選出所有停啟時間小于Ti的可控能耗部件；(3)針對篩選出的可控能耗部件，分別計算其在Ti中采用停啟策略后的節(jié)能百分比ES，并篩選出ES大于K的所有部件ck(k為整數)；(4)部件ck在第i個節(jié)能時間段的停啟時間節(jié)點為，節(jié)能時間段開始時關閉，持續(xù)Ti-tck后開啟，tck為部件ck停啟所需的時間；(5)判斷i是否大于n，如果不大于則令i＝i+1，返回步驟(2)；反之，則獲得整個加工階段數控機床的節(jié)能運行方案。本發(fā)明還公開了一種對采用上述實施例的節(jié)能運行方法的數控機床進行節(jié)能效果評估方法，用于將采用了上述節(jié)能運行方法的數控機床的加工階段的能耗與沒有采用上述節(jié)能運行方法的數控機床的加工階段的能耗進行評估對比，以評估出采用了上述節(jié)能運行方法的數控機床的加工階段的節(jié)能效果。該節(jié)能效果評估方法如下：S101、獲取數控機床及其部件的運行信息(此步驟與上述節(jié)能運行方法中的第一步相同或相似)；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為空切削時間段；所述數控機床的部件主要包括常開型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及運行狀態(tài)受伺服控制而變化的能耗部件，所述受伺服控制而變化狀態(tài)的能耗部件包括主軸、進給軸，所述受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；在一些節(jié)能效果評估的實施例中，該S101步驟也可以與上述節(jié)能運行方法的第一步合為一步，如此，則除了要獲取受PLC控制的能耗部件的運行信息和對應的時間關系外，還需要獲取所述常開部件以及受伺服控制而變化狀態(tài)的能耗部件的運行信息，常開部件和受伺服控制而變化狀態(tài)的能耗部件的運行信息主要用于S102步驟的空切能耗算法，對現有的未采用上述實施例的節(jié)能算法進行節(jié)能潛力分析，以分析出現有的未采用節(jié)能算法的數控機床在空切削狀態(tài)下的能耗部件的能耗，后續(xù)再將采用了上述節(jié)能算法的數控機床在空切削狀態(tài)下的能耗與現有的數控機床進行對比分析，從而評估出采用了上述節(jié)能算法的節(jié)能效果。S102、數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析：綜合數控機床空切削能耗模型、預先獲取到的數控機床及其部件運行信息和能耗部件功率數據，評估數控機床加工階段中每一個空切削時間段的能耗；其中，能耗部件功率數據主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常運行時的平均功率、常開型能耗部件正常運行時的平均功率、主軸各轉速下的平均功率、進給軸在不同進給狀態(tài)下的平均功率；數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析：首先綜合數控機床空切削能耗模型、數控機床/能耗部件運行信息和能耗部件功率數據，評估數控機床加工階段中空切削時段的能耗；然后結合能耗部件停啟時間和能耗，從空切削時段中獲取節(jié)能時間段。其中，能耗部件功率數據，主要包括：受PLC控制的開關型能耗部件(液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等部件)的正常運行時的平均功率、常開型部件(電器柜中電氣元件、伺服裝置、顯示器、電氣柜風扇等部件)正常運行時的平均功率、主軸各轉速下的平均功率、進給軸在不同進給狀態(tài)下(快進、工進、無進給)的平均功率。能耗部件停啟時間和能耗的內容主要包括：受PLC控制的開關型能耗部件停啟所需要的時間以及能耗。(1)數控機床空切削能耗模型數控機床在空切削狀態(tài)下主要的能耗部件有常開型部件(伺服驅動部件、控制柜、計算機、控制柜風扇等)、受PLC控制的開關型部件部件(冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等)、受伺服控制運行狀態(tài)多變化的部件(進給軸電機、主軸電機)。因此，數控機床在空切削狀態(tài)下的總能耗可以表示為各能耗部件能耗的疊加，可用公式(5)描述。Etotal＝Espindle+Efeed+Eauxiliary+Eservo+Ebasic(5)Eauxiliary＝Ecooling+Econveyor+Ehydraulic+Elubrication+...(6)其中Etotal表示數控機床空切削狀態(tài)下的總能耗，Espindle、Efeed、Eauxiliary、Eservo、Ebasic分別表示主軸電機、進給軸電機、輔助部件、伺服驅動器和基礎部件的能耗。Ecooling表示冷卻系統(tǒng)的能耗、Econveyou表示排屑系統(tǒng)的能耗、Ehydraulic表示液壓系統(tǒng)的能耗、Elubrication表示潤滑系統(tǒng)的能耗。其中主軸電機能耗可按公式(7)計算，ps表示主軸電機功率，ns表示主軸的轉速，ts和te分別表示主軸能耗積分的開始和結束時間：Espindle=∫tsteps·dt=∫tstef(ns)·dt---(7)]]>f(ns)表示空載的時候主軸功率是主軸轉速的函數，由于進給軸在進給時，分為快進、工進和無進給三種狀態(tài)。進給軸無進給時功率特別小，因此本發(fā)明中忽略此能耗。因此對于進給軸的能耗模型如公式(8)和公式(9)所示，其中vr表示快進速度，f表示工進速度：Efeedvr=∫pfeedvr·dt=∫(pxvr+pyvr+pzvr+pAvr+pBvr+pCvr)·dt---(8)]]>Efeedf=∫pfeedf·dt=∫(pxf+pyf+pzf+pAf+pBf+pCf)·dt---(9)]]>式(8)和式(9)中，表示快進的功率，表示快進時x軸方向的功率，表示快進時y軸方向的功率，表示快進時z軸方向的功率，表示快進過程中繞x坐標旋轉的方向上的功率，表示快進過程中繞y坐標旋轉的方向上的功率，表示快進過程中繞z坐標旋轉的方向上的功率；表示工進的功率，表示工進時x軸方向的功率，表示工進時y軸方向的功率，表示工進時z軸方向的功率，表示工進過程中繞x坐標旋轉的方向上的功率，表示工進過程中繞y坐標旋轉的方向上的功率，表示工進過程中繞z坐標旋轉的方向上的功率。受PLC控制的開關型部件能耗可按公式(10)計算，其中(tcoe-tcos)、(tcne-tcns)和(thye-thys)分別表示冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、和液壓系統(tǒng)的運行時間：Eauxiliary＝pcooling·(tcoe-tcos)+pconveyor·(tcne-tcns)+phydraulic·(thye-thys)+...(10)常開型部件的能耗可按公式(11)計算，其中(tdre-tdrs)表示伺服驅動器運行時間，(te-ts)表示基礎部件運行時間。Eservo＝(pspindle+pfeed)·(tdre-tdrs)Ebasic＝pbasic·(te-ts)(11)(2)節(jié)能潛力分析基于NC代碼解析獲得的數控機床/部件運行信息，以及上面的數控機床在空切狀態(tài)的能耗模型，可以得到數控機床在空切削時段的功率組成，如圖4所示。數控機床在加工階段，并非每時每刻都在切削工件，因此數控機床在加工切斷將會出現切削狀態(tài)和空切削狀態(tài)交替出現的情況，如圖4所示，并且空切削狀態(tài)時間段有些較長有些較短，這與刀具加工路徑有關，如加工工件為大型工件，其退刀和進刀距離較長，導致空切削狀態(tài)時間較長。在空切削狀態(tài)下，數控機床并未對工件進行加工，但是排屑機、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等輔助部件仍然以一定的功率耗能，尤其是在空切削狀態(tài)較長的時候，這將導致大量的能量浪費。因此，可以選擇較長的空切削狀態(tài)時間段，對數控機床某些能耗部件進行停啟控制，實現節(jié)能。對于空切削狀態(tài)時間段的選擇與能耗部件的可控性、各能耗部件的停啟時間有關。對此，本文通過如圖5所示的思路，選擇出合適的空切削狀態(tài)時間段作為數控機床在加工階段的節(jié)能時間段。首先提取出加工階段中的空切削狀態(tài)時間段，然后判斷每一個空切削狀態(tài)時間段是否大于可控部件的最小停啟時間，如果大于則認為該時間段為節(jié)能時間段。其中，常開型部件(控制柜、伺服驅動器、控制系統(tǒng)、電器柜風扇、照明、計算機顯示器等部件)和受伺服控制運行狀態(tài)可變化的能耗部件(主軸、進給軸)，在實際加工中不允許外部控制的，受PLC控制的開關型部件是外部可控部件。S103、控制數控機床按照上述實施例中的節(jié)能運行策略運行，以得到加工階段中每一個空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件，為每一個空切時間段內加上該空切時間段對應的受PLC控制的能耗部件停啟能耗，以得到每一個空切時間段的節(jié)能能耗；S104、將每一個節(jié)能能耗與S102步驟所得到的每一個空切時間段的能耗一一進行對比評估，以評估出采用了節(jié)能運行策略后的節(jié)能效果。具體結合實例：實例數控機床為數控加工中心C.B.FerrariMTS，以某導軌零件數控代碼為例，采用本發(fā)明提供的數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法及系統(tǒng)對數控機床C.B.FerrariMTS進行加工階段節(jié)能應用。測量數控機床功率的裝置為HIOKI3390功率分析儀。數控機床部件能耗數據獲取數控機床能耗部件功率數據如表2和表3所示表2數控機床C.B.FerrariMTS主要能耗部件功率及功能表3數控機床C.B.FerrariMTS主要可控部件能耗數據部件名稱停啟時間(S)停啟能耗(Wh)功率(W)冷卻泵3.60.52370液壓泵6.61.861100排屑電機3.60.29200潤滑泵3.70.67530數控機床/部件運行信息獲取將導軌的NC代碼文件讀入到數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法支持系統(tǒng)中的數控機床/部件運行信息獲取模塊中，自動解析出數控機床運行狀態(tài)以及部件運行狀態(tài)和時間的關系，如表4所示：表4數控機床/部件運行信息表節(jié)能潛力分析由表3中數控機床能耗部件的停啟時間可知，可控部件的最小停啟時間為3.6S。由表4中數控機床/部件運行信息可知，此段NC程序中，數控機床有多個空切削狀態(tài)時間段，有的長達237S，有的短到1.5S。根據數控機床空切削能耗模型、數控機床/能耗部件運行信息和能耗部件功率數據可得到數控機床/部件在空切削時段的功率曲線，如圖7a及圖7b所示。如圖7a所示，將大于3.6S的空切削時段篩選為節(jié)能時間段(圖中用藍色線表示)，此NC代碼中有兩段空切削時段被系統(tǒng)篩選為節(jié)能時間段，時間長短分別是117S和237S。如圖7b所示，在節(jié)能時間段中，盡管數控機床沒有對工件進行加工，但是諸如排屑機、液壓泵、冷卻泵等受PLC控制的開關型部件均以一定功率耗能。節(jié)能運行方案制定與節(jié)能效果展示通過本發(fā)明中的節(jié)能算法，計算出能耗部件在此加工階段中的停啟時間節(jié)點序列，得到的節(jié)能運行方案如圖8所示，在兩段節(jié)能時間段中，冷卻泵、排屑電機、液壓泵和潤滑泵，均采用了停啟策略即在節(jié)能時間段開始時關閉冷卻泵、排屑電機、液壓泵和潤滑泵，在節(jié)能時間段結束時再開啟這些部件。采用本發(fā)明節(jié)能運行方法前后，數控機床在節(jié)能時間段的功率曲線如圖9a中藍線和紅線所示，各可控能耗部件在這段NC代碼對應的加工階段中，采用本發(fā)明節(jié)能運行方法前后對應的空切削總能耗如圖9b所示。節(jié)能運行方案使用前數控機床在節(jié)能時間段的功率是4324W，使用節(jié)能運行方案后功率為2124W，功率減小了2200W。使用節(jié)能運行方法后，數控機床在空切削時段的總節(jié)能為209.63Wh，節(jié)約的能耗占據空切削時段總能耗(忽略了切削工件的切削能耗)的5.45％。通過上述實施例結果可以看出：數控機床采用本發(fā)明所提供的數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法后，在加工階段較長的空切削時段中，將對一些能耗部件采取停啟策略，實現加工階段的節(jié)能。空切削時段越長，數控機床在采用本發(fā)明的節(jié)能運行方法后節(jié)約的能量越多。本發(fā)明相比現有技術，本發(fā)明具有如下有益效果：1、針對數控機床加工階段中的空切削時段的能量浪費，本發(fā)明提供了一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行方法，可在不影響工件加工節(jié)拍的前提下，為數控機床在加工階段的節(jié)能運行提供運行方案。數控機床在采用本發(fā)明方法后，可減小其在加工階段中的空切削能耗，提高數控機床在加工階段的能量利用率。2、在本發(fā)明方法中，對于能耗部件的停啟，除了考慮停啟能耗部件所需的時間和能量外，還考慮了停啟能耗部件對其壽命的影響，與實際生產情況更加符合，因此本發(fā)明方法更適用于實際生產情況。3、本發(fā)明方法的支持系統(tǒng)可從NC代碼中解析出數控機床/部件在加工階段的運行信息，并完成節(jié)能潛力分析，進一步自動制定節(jié)能運行方案，還可展現數控機床在采用本發(fā)明方法后的節(jié)能效果，為節(jié)能運行方案的實際實施提供了參考。4、本發(fā)明方法中需要的能耗部件功率數據、能耗部件的停啟時間能量表和PLC輸入/輸出地址表，通過數控機床技術說明書和功率測量儀器即可獲得；獲取方法簡單，提高了本發(fā)明方法的可操作性。5、本發(fā)明方法的應用對象為數控機床尤其是加工大型工件的數控機床，因此，本發(fā)明具有較好的通用性。本發(fā)明還公開了一種數控機床運行過程中加工階段的節(jié)能運行裝置，包括：第一獲取模塊：用于基于NC代碼解析獲取數控機床及其部件的運行信息；所述第一獲取模塊的獲取方法在上述實施例中已詳細闡述，此處便不再一一進行贅述。其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為節(jié)能時間段；所述數控機床的部件的運行狀態(tài)主要包括受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)，該運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；數控機床加工階段節(jié)能運行控制模塊：針對每個空切削狀態(tài)對應的時間段，判斷所述受PLC控制的能耗部件在每一個空切削狀態(tài)對應的時間段的停止時間和啟動時間的總和是否小于該對應的時間段，若小于該節(jié)能時間段，則該空切削對應的時間段則為節(jié)能時間段，控制所述受PLC控制的能耗部件在該對應的節(jié)能時間段內暫停。所述數控機床加工階段節(jié)能運行控制模塊的控制方法已在上述實施例中詳細闡述，此處便不再進行一一贅述。本發(fā)明還公開了一種對采用上述節(jié)能運行裝置的數控機床進行節(jié)能效果評估的評估系統(tǒng)，包括數控機床能耗計算裝置、所述節(jié)能運行裝置以及節(jié)能效果評估裝置；所述數控機床能耗計算裝置包括：第二獲取模塊，用于預先獲取未采用上述實施例的節(jié)能運行方法的數控機床及其部件的運行信息；其中，數控機床及其部件的運行信息為：數控機床和部件的運行狀態(tài)以及對應的時間段，數控機床的運行狀態(tài)主要指在加工階段的運行狀態(tài)，包括空切削狀態(tài)和切削狀態(tài)，所述空切削狀態(tài)對應的時間段為空切削時間段；所述數控機床的部件主要包括常開型能耗部件、受PLC控制的能耗部件以及運行狀態(tài)受伺服控制而變化的能耗部件，所述受伺服控制而變化的能耗部件包括主軸、進給軸，所述受PLC控制的能耗部件的運行狀態(tài)包括開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)；數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析模塊，用于綜合數控機床空切削能耗模型、預先獲取到的數控機床及其部件運行信息和能耗部件功率數據，評估數控機床加工階段中每一個空切削時間段的能耗；其中，能耗部件功率數據主要包括：受PLC控制的能耗部件的正常運行時的平均功率、常開型能耗部件正常運行時的平均功率、主軸各轉速下的平均功率、進給軸在不同進給狀態(tài)下的平均功率。所述能耗評估裝置包括：節(jié)能能耗計算模塊，用于獲取將數控機床在節(jié)能運行裝置的節(jié)能條件下，數控機床加工階段中每一個空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件，為每一個空切時間段內加上該空切時間段對應的所有受PLC控制的能耗部件的停啟能耗，以得到每一個空切時間段的節(jié)能能耗；能耗效果評估模塊，用于將每一個節(jié)能能耗與數控機床加工階段的節(jié)能潛力分析模塊所分析得到的每一個空切時間段的能耗一一進行對比評估，以評估出采用了節(jié)能運行策略后的節(jié)能效果。采用本發(fā)明的評估系統(tǒng)，非常方便快捷的即可將采用了節(jié)能運行方法的數控機床與未采用節(jié)能運行方法的數控機床進行節(jié)能分析評估，從而得到采用了節(jié)能運行方法的數控機床的節(jié)能效果及參數，為相關人員提供了可靠準確的數據，便于相關人員決定和評估是否需要采用節(jié)能方法來實現數控機床的節(jié)能。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。當前第1頁1 2 3