CN107193259A - 一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法 - Google Patents
一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，该方法根据所建立的数控机床加工过程中主传动系统能耗增量数学模型，以及前期通过实验获取载荷损耗系数和空载能耗增量与转速的拟合函数，仅需实时采集数控机床主传动系统主轴电机的输入端电量，以及在数控机床运行状态判断过程中采集主轴转速，对电量和转速数据分析处理后，就能准确的判断数控机床的运行状态，得到有效加工时间和使用已建立的数学模型算出加工有效能耗，最终计算出能量效率以及加工时间效率等信息。该方法可以直接用于数控机床能耗监控、加工过程能效评估、能耗管理系统等应用中，并且可以应用到数控机床节能技术研究中，具有较广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造能耗与在线监测领域，尤其涉及一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法。
背景技术
以机床为主体的机械加工行业非常多，但机床的能量消耗巨大，能量效率低下，对环境污染严重，节能潜力非常大。因此对机床节能相关的研究对全球气候变暖的低碳制造战略具有重要的意义，对于如何提高能效利用率，降低排放量等成为当前研究的重点，同时对机床有效能耗、能耗效率等相关参数在线监测的方法提出了要求。只有对机床进行准确的能耗数据监测，才能合理的反应机床设备能耗状况，从而了解机床的运行状态，并做出相应的处理。
近年来研究人员对机床能耗的监测和节能做了大量研究。CN102179727A公开的发明名称为《机床主传动系统加工过程能耗信息的在线监测方法》的发明专利，提出了一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线监测方法，该方法根据所建立的机床加工过程中主传动系统能耗模型，以及一些基础参数(如主轴电机额定功率，主轴电机空载功率等)，通过实时获取机床总输入功率，就可求取主轴电机的功率、切削功率等信息。CN103941081A公开的发明名称为《一种机床多能量源的可配置能耗在线监测方法及系统》的发明专利，该专利首先对待监测机床能量和多功率传感器进行匹配，然后对功率传感器采集的电功率数据进行处理，并通过实时功率值得到待监测机床多能量源的能耗信息。CN101367173公开发明名称为《一种数控机床相邻工步间空载运行时停机节能实施方法》的发明专利，其公开的方案是在机床数控程序中嵌入停机指令和后续的再启动指令，减小机械制造过程中机床空载运行时间，达到节能目的。
在机床能耗监控、节能技术和管理等的研究工作中，实时准确的获取机床的能耗数据是一个基础的问题。但目前大多数研究都是通过功率传感器或其他设备直接或者间接获取机床额功率信息，功率可以用来反映机床运行过程中的瞬时能耗情况，但不能完全反映整个加工过程中数控机床的能耗特点及能量利用状况。这是因为功率不能全面地反映数控机床本身结构对机械加工过程中能量损耗大小的影响，也不能反映在机械加工过程中由于工艺、现场操作等因素对加工过程中能量消耗大小的影响；并且在机床运行状态识别过程中，由于功率的波动性，所以单单依靠功率特性不能准确的反应出机床运行状态；并且机床能量流环节和能量消耗环节多、加工过程变化复杂导致能耗规律复杂等原因，因此监测机床加工过程能耗问题尚未很好的解决。并且数控机床所占的比重越来越大，所以本发明只针对数控机床做能耗监测。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提出一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，解决数控机床获取主传动系统有效能耗，能效数据获取难的问题，为研究机床节能、能耗管理和监控等提供数据参考。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，其特征在于，通过分析实时采集的电量数据实现在线识别数控机床主传动系统运行状态，并统计有效加工时间和能耗效率等信息，具体包括如下步骤：
1)获取能耗数学模型所需要的基础参数：加工状态下的空载能耗增量ΔEu和载荷损耗系数a、b及机床未加工时能耗增量ΔEux(采样时间T段内的使用电量)与主轴转速n的拟合函数ΔEux＝f(n)；
2)实时采集数控机床主传动系统的输入电量Ein，将实时采集的相邻两组数据相减得到电量差ΔEin，ΔEin为主传动系统在采样周期T时间段内的能耗增量；
3)通过转速传感器采集主轴转速n，结合主轴电机能耗增量ΔEin特性与拟合函数ΔEux＝f(n)实现在线识别主传动系统运行状态，并得到空载阶段的能耗增量ΔEu、主轴开启时间Trun以及有效加工时间Twork；
4)将ΔEin、ΔEu、a、b代入公式：
通过上式计算得到加工阶段切削能耗增量ΔEc；
5)将加工过程中所有切削能耗增量ΔEc相加得到总的切削能耗，即切削能耗k为切削能耗增量ΔEc的总数；
6)根据前面的数据，计算主传动系统的能耗效率以及时间效率，计算公式如下：
其中，Eine为主轴电机停机时采集的电量值，Eins为主轴电机开启时采集的电量值。
进一步，数控机床切削能耗增量ΔEc表达式的获取方法：通过分析数控机床主传动系统加工状态下的功率能量流，得到功率模型：a×Pc 2(t)+(1+b)×Pc(t)-(Pin(t)-Pu)＝0；方程左右两边同时乘T，由于T很小，此时Pc(t)、Pin(t)可看成常量，通过计算得到能耗模型：求解该方程可得到ΔEc表达式。
进一步，数控机床主轴电机处于加工状态下的空载能耗增量ΔEu及空载能耗增量与转速的拟合函数的获取方法：在没有切削对象的前提下，启动主轴，使其达到加工转速，当主轴电机运转稳定后，可将此时的输入能耗增量ΔEin作为在该加工转速下的空载能耗增量ΔEu(多次测量取平均值)。改变主轴转速，按照上述要求得到多组空载能耗增量。将测量得到的数据进行曲线拟合可以获取该机床的空载能耗增量关于转速的拟合函数：ΔEux＝f(n)。
进一步，数控机床主转动系统载荷损耗系数a、b的获取方法：按照权利要求3中选定的转速，选取相应切削用量的加工实验方案，并通过电量采集终端和扭矩传感器设备测取ΔEin和ΔEc的值，其中，ΔEc＝T×M×2πn，n为主轴转速，M为刀具扭矩。按照上述要求执行m次切削加工实验，将数据代入最小二乘法矩阵方程：
通过方程求解出载荷损耗系数a、b；其中ΔEum为第m次切削加工状态下的空载能耗增量。
进一步，数控机床主传动系统运行状态在线识别获取方法，具体步骤如下：
①主轴电机启动状态识别：当实时采集的电量值发生变化时，输入能耗增量ΔEin不为零，可判断为主轴电机启动，记录主轴开启时间ts和起始电量Eins；
②机床空载状态识别：机床启动后，当ΔEin值连续稳定2s后，即电机运行稳定，可判断此时主轴处于空载状态，记录此时的输入能耗增量ΔEin，作为该加工状态下的空载能耗ΔEu；
③主传动系统加工状态识别：当实时得到的ΔEin与ΔEu之差大于某一范围时((ΔEin-ΔEu)/ΔEu＞C，其中C＝ΔEu×5％，被测数据的正常波动范围为0～3％)，通过转速传感器测量主轴当前转速，并通过拟合函数ΔEux＝f(n)计算当前转速下的空载能耗增量ΔEux，如果ΔEin与ΔEux之差大于ΔEux的百分之五，那么将此时主动系统运行状态标致为加工状态，记录此时的加工开始时间tws以及计算加工状态下的ΔEin数据；
④主传动系统停止加工状态识别：主传动系统停止加工状态识别：当实时获取的ΔEin的值在ΔEu有效范围内时，判断主传动系统为加工结束状态，记录加工结束时间twe；
⑤主轴电机停机状态识别：当ΔEin的值为零时，将主传动系统标识为停机状态，记录停机时间te以及此时的电量Eine。
从而求解加工时间Twork＝twe-tws，主传动系统运行时间Trun＝te-ts。
相对于现有技术，本发明有如下有益效果：
1.本发明提供的监测方法只需实时采集在待监测数控机床主轴电机的电源输入端电量，以及采集主轴转速，就可以实现对数控机床主传动系统的总能耗、有效能耗、有效时间等信息的在线监测，容易理解，成本低，操作简单。
2.本发明在数控机床状态识别过程中，除了通过主传动系统能耗增量特性判断运行状态，还结合转速传感器和空载能耗增量与转速的拟合函数ΔEux＝f(n)进一步确定机床运行状态，提高状态识别的准确性，主要是用于确定机床状态是否是空载状态，排除由于转速的增加而导致ΔEin增加被误判为加工状态。
3.本发明只需通过实验获取载荷损耗系数a、b，且获取简单，只需通过几次简单的实验，再通过计算就可以得到；并且对于同一型号的数控，载荷损耗系数获取后可以延续使用，无须更改。
4.该方法可以直接用于机床能耗监控、加工过程能效评估、能耗管理系统等应用中，并且可以应用到机床节能技术研究中，具有较广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为本发明数控机床主传动系统能量流示意图；
图3为主轴运行状态判断流程图；
具体实施方式
本发明提出了一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，该方法根据所建立的数控机床加工过程中主传动系统能耗增量数学模型，以及前期通过实验获取载荷损耗系数和空载能耗增量与转速的拟合函数(ΔEux＝f(n))；仅需实时采集数控机床主传动系统主轴电机的输入端电量和采集主轴转速n，对电量和转速数据分析处理后，就能准确的判断数控机床的运行状态，进一步计算有效加工时间和使用已建立的数学模型算出加工有效能耗，最终计算出能量效率以及加工时间效率等信息。需要说明的是，本发明中，所谓的能耗增量，是指数控机床在采样周期T时间段内的能耗变化量。对于不同的数控机床而言，其主轴加工转速可能只有一级，也可能设置多级，由于机构的改变，导致每一级载荷损耗系数不同，但每一级的载荷损耗系数及能耗信息都可以通过本发明方法获取。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
1.数控机床主传动系统能量流及数学能耗模型的建立：
通过图2可知，数控机床主传动系统能耗主要由主轴电机能耗和机械转动部分组成。其中电机的能耗主要包含：定子铁损，转子铜损，转子铁损，摩擦损耗，风损及一些其他损耗等；机械系统包括空载损耗，附加损耗等，整个主传动系统的能量流如图1，即Pin＝Pfe1+Pf+Pw+Pcu1+Pcu2+Pst+Pum+Pam+Pc。由于电机损耗可分为固定损耗(变化可忽略不计)，可变损耗，负载相关和负载无关，通过划分最终数控机床主传动系统在稳态下的功率传输模型为：
Pin＝Pu+Pad+Pc (1)
其中，Pad为载荷功率，有Pad(t)/Pc(t)＝b+a×Pc(t)，其中a、b为附加载荷损耗系数，将上式代入(1)中，得到。
a×Pc 2(t)+(1+b)×Pc(t)-(Pin(t)-Pu)＝0 (2)
其中，空载功率在加工过程中基本保持不变，将其看成常数。
由于是实时采集数据，采样周期T比较短，在这个时间段内可将功率看成不变的值。方程(2)左右两边同时乘T，得到：
a×Pc 2(t)×T+(1+b)×Pc(t)×T-(Pin(t)×T-Pu×T)＝0 (3)
解上式得到：
其中，Δ表示在T时间段内电量变化量，ΔEc、ΔEin、ΔEu分别是T时间段内的切削能耗增量、主轴能耗增量以及空载能耗增量。
2.基础数据的求取：
由式(5)可知，ΔEin可通过采集主轴电机的输入端电量间接获得，因此要求出ΔEc必须确定a、b和ΔEu参数的值，下面为求取这些参数的具体步骤：
1)空载能耗ΔEu及空载能耗增量与转速的集合函数的获取
该数据的获取主要是为了后续载荷损耗系数的求解提供相对准确的数据。在数控机床没有切削对象的前提下，启动主轴，达到加工转速，在主轴电机转速稳定一段时间后，通过实时采集的电量计算出总输入能耗增量ΔEin，将其作为该转速下的空载能耗增量ΔEu(多次测量取平均值)。改变主轴转速，按照上述步骤获取多组空载能耗增量数据，如表1所示。
表1.空载能耗增量参数
| 主轴转速(转/分) | n1 | n2 | n3 | … | nm |
| 空载能耗增量(KWh) | ΔEu1 | ΔEu2 | ΔEu3 | … | ΔEum |
进而可以对表1中的数据进行曲线拟合，可以获得该机床的空载能耗增量关于转速的拟合函数ΔEux＝f(n)。通过该函数，已知转速可以确定该转速下的空载能耗增量，可用于确定机床是否处于空载状态。
2)载荷损耗系数的获取
载荷损耗的获取可通过切削实验来获取，由方程(4)可知，要求得a，b的值，需通过其他方式测量ΔEc的值。为此在计算a，b的值之前，首先在数控机床的切削刀具上安装扭矩传感器，用于加工工件时监测刀具的切削扭矩，并根据公式ΔEc＝T×M×2πn计算切削能耗增量(其中，T表示采样周期，M为扭矩，n为主轴转速)。
按照表1的主轴转速，选择适合相应转速下的切削加工工艺参数，得到一组加工时的主轴能耗增量{ΔEin1，ΔEin2，...，ΔEinm}和切削能耗增量{ΔEc1，ΔEc2...，ΔEcm}；m≥2。
将上述得到的主轴能耗增量和切削能耗增量代入到方程(4)中，得到：
由于方程个数大于未知量个数，该方程为一个矛盾方程，正常来讲方程无解，为止这里借助最小二乘法的矩阵形式的函数法拟合求解a，b的最优解，即：
Ax＝b
x＝(ATA)-1ATb
其中，
通过上式计算出载荷损耗系数a，b。
特此说明，本发明主要针对无极变速数控机床为监测对象，同一型号数控机床载荷损耗系数与传动链方式有关，对于无级变速数控机床，载荷损耗系数a，b是一个常数，因此在这里未对不同转速下的损耗系数分开处理，并且载荷损耗系数一经获取可以延续使用；对于多级转速，需对每级转速分开处理获取载荷损耗系数。
3.主传动系统能效信息获取
1)将上述求取的载荷损耗系数a，b代入式(5)中，得到ΔEc关于ΔEin的函数；
2)主传动系统运行状态在线识别：
①实时采集主传动系统输入端电量数据，并记录前后电量数据的变化量，即主轴能耗增量ΔEin；
②主轴电机启动状态识别：当ΔEin值大于零时，可判断为主轴启动，并记录此时的输入电量Es和开启时间ts；
③主轴空载状态识别：当ΔEin数值稳定后，且持续一段时间，可判断此时主轴处于空载状态，记录此时的ΔEin，并作为空载能耗增量ΔEu；
④加工状态识别：当实时得到的ΔEin与ΔEu之差大于某一范围时，通过转速传感器测量主轴当前转速，并通过拟合函数ΔEux＝f(n)计算当前转速下的空载能耗增量ΔEux，如果ΔEin与ΔEux之差大于ΔEux的百分之五(排除了由于转速增加而导致ΔEin增加)，将此时主动系统运行状态标致为加工状态，记下加工开始时间tws以及实时得到的ΔEin，并计算加工阶段所有的ΔEc；如果ΔEin的值在ΔEux有效范围内时，重新获取ΔEu，返回④继续判断；
⑤主传动系统停止加工状态识别：当实时获取的ΔEin的值在ΔEu有效范围内时，判断主传动系统为加工结束状态，记录加工结束时间twe；
⑥主轴电机停机状态识别：当ΔEin的值为零时，将主传动系统标识为停机状态，记录停机时间te以及此时的电量值Ee。
将上述得到的数据代入到相应数学模型中，就可以求出相应的能耗数据。
通过上述步骤，可以实现在线监测数控机床主传动系统的实时输入能耗、切削能耗、有效能耗效率、主轴运行时间、加工时间以及有效加工效率等信息。
Claims (6)
1.一种基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)获取能耗数学模型所需要的基础参数与基础函数：空载能耗增量ΔEu、载荷损耗系数a、b及机床空载能耗增量ΔEux(ΔE表示在采样周期T时间段内的用电量)与主轴转速n的拟合函数ΔEux＝f(n)；
2)实时采集数控机床主传动系统的输入电量Ein，将实时采集的两组相邻数据相减得到电量差ΔEin，ΔEin为主传动系统在实时采样周期T时间段内的能耗增量；
3)通过转速传感器采集主轴转速n，结合主轴电机能耗增量ΔEin特性与拟合函数ΔEux＝f(n)实现在线识别主传动系统运行状态，并得到空载阶段的能耗增量ΔEu、主轴开启时间Trun以及有效加工时间Twork；
4)将ΔEin、ΔEu、a、b代入公式：
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通过上式计算得到加工阶段切削能耗增量ΔEc；
5)将加工过程中计算出来的所有切削能耗增量ΔEc相加得到总的切削能耗，即切削能耗k为加工阶段切削能耗增量ΔEc的总数；
6)根据前面的数据，计算主传动系统的能耗效率以及时间效率，计算公式如下：
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其中，Eins为主轴电机停机时采集的电量值，Eins为主轴电机开启时采集的电量值。
2.根据权利要求1基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，数控机床切削能耗增量ΔEc表达式的获取方法：通过分析数控机床主传动系统加工状态下的功率能量流，得到功率模型：a×Pc 2(t)+(1+b)×Pc(t)-(Pin(t)-Pu)＝0；方程左右两边同时乘T(T为实时电量采样周期)，由于T很小，此时Pc(t)、Pin(t)在T时间段内可看成常量，通过计算得到能耗增量模型：求解该方程可得到ΔEc表达式。
3.根据权利要求1基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，数控机床主轴电机处于加工状态下的空载能耗增量ΔEu的获取方法：在没有切削对象的前提下，启动主轴，使其达到加工转速，当主轴电机运转稳定后，可将此时的输入能耗增量ΔEin作为在该加工转速下的空载能耗增量ΔEu(多次测量取平均值)。改变主轴转速，按照上述要求得到多组空载能耗增量。
4.根据权利要求1基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，其特征在于，数控机床主转动系统载荷损耗系数a、b的获取方法：按照权利要求3中选定的转速，选取相应切削用量的加工实验方案，并通过电量采集设备和扭矩传感器设备测取ΔEin和ΔEc的值，其中，ΔEc＝T×M×2πn，n为主轴转速，M为刀具扭矩。按照上述要求执行m次切削加工实验，将数据代入最小二乘法矩阵方程：
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通过方程求解出载荷损耗系数a、b；其中ΔEum为第m次切削加工状态下的空载能耗增量。
5.根据权利要求1基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，其特征在于，拟合函数ΔEux＝f(n)获取方法，具体步骤如下：对数控机床进行空载实验，测取不同转速n下空载能耗增量ΔEu，将测量得到的数据进行曲线拟合可以获取该机床的空载能耗增量关于转速的拟合函数：ΔEux＝f(n)。
6.根据权利要求1基于实时电量的数控机床主传动系统能耗和时间信息获取方法，其特征在于，数控机床主传动系统运行状态在线识别获取方法，具体步骤如下：
①主轴电机启动状态识别：当实时采集的电量值发生变化时，输入能耗增量ΔEin不为零，可判断为主轴电机启动，记录主轴开启时间ts和起始电量Eins；
②机床空载状态识别：机床启动后，当ΔEin值连续稳定2s后，即电机运行稳定，可判断此时主轴处于空载状态，记录此时的输入能耗增量ΔEin，作为该加工状态下的空载能耗ΔEu；
③主传动系统加工状态识别：当实时得到的ΔEin与ΔEu之差大于某一范围时((ΔEin-ΔEu)/ΔEu＞C，其中C＝ΔEu×5％，被测数据的正常波动范围为0～3％)，通过转速传感器测量主轴当前转速，并通过拟合函数ΔEux＝f(n)计算当前转速下的空载能耗增量ΔEux，如果ΔEin与ΔEux之差大于ΔE的百分之五，那么将此时主动系统运行状态标致为加工状态，记录此时的加工开始时间tws以及计算加工状态下的ΔEin数据；
④主传动系统停止加工状态识别：主传动系统停止加工状态识别：当实时获取的ΔEin的值在ΔEu有效范围内时，判断主传动系统为加工结束状态，记录加工结束时间tws；
⑤主轴电机停机状态识别：当ΔEin的值为零时，将主传动系统标识为停机状态，记录停机时间ts以及此时的电量Eins。
通过权利要求6可知，权利要求1中的加工时间Twork＝tws-tws，主传动系统运行时间Trun＝ts-ts。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108037734A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-15 | 山东科技大学 | 数控机床钻削过程功率及能耗获取与节能控制方法 |
| CN108614522A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-02 | 重庆理工大学 | 数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法 |
| CN110111028A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 上海申瑞继保电气有限公司 | 产品生产线的单耗监测方法 |
| CN110244654A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-09-17 | 福建省嘉泰智能装备有限公司 | 一种传感器监测机床加工过程各种情形有效加工段标示方法 |
| CN110262392A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 重庆大学 | 一种基于虚拟样件的机床固有能效属性测量系统与方法 |
| CN113050541A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-06-29 | 武汉科技大学 | 一种数控机床能耗与加工状态在线监测系统 |
| CN113867264A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-12-31 | 南京工程学院 | 一种大型数控成形铣齿机床能耗评估、优化方法 |
| GB2615869A (en) * | 2022-08-20 | 2023-08-23 | Shandong Univ Of Science Technology | Assessment and control method, system and device for time-energy efficiency of CNC machine tools |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101367173A (zh) * | 2008-09-16 | 2009-02-18 | 重庆大学 | 一种数控机床相邻工步间空载运行时停机节能实施方法 |
| CN102179727A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-09-14 | 重庆大学 | 机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法 |
| CN102621932A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-08-01 | 重庆大学 | 一种数控机床服役过程的能量消耗预测方法 |
| CN103941081A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-07-23 | 重庆大学 | 一种机床多能量源的可配置能耗在线监测方法及系统 |
-
2016
- 2016-03-14 CN CN201610140287.7A patent/CN107193259A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101367173A (zh) * | 2008-09-16 | 2009-02-18 | 重庆大学 | 一种数控机床相邻工步间空载运行时停机节能实施方法 |
| CN102179727A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-09-14 | 重庆大学 | 机床主传动系统加工过程能耗信息在线检测方法 |
| CN102621932A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-08-01 | 重庆大学 | 一种数控机床服役过程的能量消耗预测方法 |
| CN103941081A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-07-23 | 重庆大学 | 一种机床多能量源的可配置能耗在线监测方法及系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 万碧，等: "数控机床主传动系统能耗监测系统设计", 《科技视界》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108037734A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-15 | 山东科技大学 | 数控机床钻削过程功率及能耗获取与节能控制方法 |
| CN108614522A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-02 | 重庆理工大学 | 数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法 |
| CN108614522B (zh) * | 2018-06-11 | 2019-08-09 | 重庆理工大学 | 数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法 |
| CN110244654A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-09-17 | 福建省嘉泰智能装备有限公司 | 一种传感器监测机床加工过程各种情形有效加工段标示方法 |
| CN110111028A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 上海申瑞继保电气有限公司 | 产品生产线的单耗监测方法 |
| CN110111028B (zh) * | 2019-05-23 | 2023-05-02 | 上海申瑞继保电气有限公司 | 产品生产线的单耗监测方法 |
| CN110262392A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 重庆大学 | 一种基于虚拟样件的机床固有能效属性测量系统与方法 |
| CN113050541A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-06-29 | 武汉科技大学 | 一种数控机床能耗与加工状态在线监测系统 |
| CN113867264A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-12-31 | 南京工程学院 | 一种大型数控成形铣齿机床能耗评估、优化方法 |
| GB2615869A (en) * | 2022-08-20 | 2023-08-23 | Shandong Univ Of Science Technology | Assessment and control method, system and device for time-energy efficiency of CNC machine tools |
| WO2024040702A1 (zh) * | 2022-08-20 | 2024-02-29 | 山东科技大学 | 数控机床时间-能量效率评估与控制方法、系统及装置 |
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