LU500458B1 - Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie Verfahren zur Energieeinsparung. Dies umfasst die folgenden Schritte; Schritt 1: Aufteilung des Bearbeitungsprozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems in einen transienten Prozess und einen stationären Prozess; Schritt 2: Berechnung des Energieverbrauchs des stationären Prozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems; Schritt 3: Berechnung des Energieverbrauchs des transienten Prozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems; Schritt 4: Bestimmung der zu erfüllenden Bedingungen für die Energieeinsparung durch Stillstand der Spindel der NC-Werkzeugmaschine; Schritt 5: Bestimmung der zu erfüllenden Bedingungen für die kritische Zeit der Energieeinsparung im Stillstand der Spindel der NC-Werkzeugmaschine; Schritt 6: Berechnung der kritischen Zeit für die Fähigkeit, die Spindel der NC-Werkzeugmaschine zum Stillstand zu bringen; Schritt 7: Erstellen eines Energiespar-Vorhersagemodells für das Energiesparverfahren zum Stillstand der Spindel der NC-Werkzeugmaschine. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist relativ einfach zu bedienen und leicht für die Förderung verwendet werden.
Description
Beschreibung 0500458 Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung Technischer Bereich Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Energieeinsparung durch Stillstand einer Spindel einer NC-Werkzeugmaschine, insbesondere Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung.
Hintergrundtechnik Als wichtiges Produktionsland steht China beim Besitz von NC-Werkzeugmaschinen an der Spitze der Welt, und der Energieverbrauch ist enorm.
Die nicht wertschôpfenden Tätigkeiten im Bearbeitungsprozess von NC-Werkzeugmaschinen machen einen relativ groBen Teil der Energieverschwendung aus.
Daher ist es von großer Bedeutung, den Energieverbrauch und die Energiespartechnologie im Bearbeitungsprozess von NC-Werkzeugmaschinen zu untersuchen.
Die aktuelle Forschung über die Verringerung des Energieverbrauchs in den Betrieb von Werkzeugmaschinen, die allgemeine Methode verwendet wird, um eine hohe Energieeffizienz Umwandlung von NC-Werkzeugmaschinen, Prozess-Scheduling-Optimierung des Bearbeitungsprozesses, die Optimierung der Prozessparameter von NC-Werkzeugmaschinen, energiesparende Steuerung von Werkzeugmaschinen usw.
In der energiesparenden Steuerung von Werkzeugmaschinen, weil der Energieverbrauch des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen einen relativ großen Anteil am Gesamtenergieverbrauch von NC-Werkzeugmaschinen ausmacht, aber derzeit fehlt dem Energiesparproblem für das Spindelsystem von NC-Werkzeugmaschinen noch eine vollständige und effektive Methode zum Stillstand des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen, um Energie zu sparen.
Inhalt der Erfindung Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren bereitzustellen, um einen kritischen Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand der Spindel auf der Grundlage der Zieldrehzahl der Spindel vor dem Schneiden zu bestimmen und den Stillstand zur Energieeinsparung für ein NC-Werkzeugmaschinenspindelsystem auf der Grundlage der Zeit zwischen dem kritischen Zeitpunkt und den beiden Schneideaktivitäten zu erreichen sowie den Energiespareffekt auf der Grundlage der entsprechenden Parameter vorherzusagen.
Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung, umfasst die folgenden Schritte: Schritt 1, der Bewegungsprozess des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems wird in zwei Teile unterteilt, nämlich in einen stationären Prozess und einen transienten Prozess.
Der Gesamtenergieverbrauch E des Bewegungsprozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems wird berechnet als: E-Es+Er wobei E den Gesamtenergieverbrauch des Bewegungsprozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems bezeichnet; wobei Es den Energieverbrauch des stationären Prozesses bei der Spindeldrehzahl n; wobei Er den Energieverbrauch des transienten Prozesses der Spindelbeschleunigung von der Ausgangsdrehzahl ny auf die Zieldrehzahl n;. Schritt 2, der Energieverbrauch des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems für den stationären Prozess umfasst zwei Komponenten, nämlich den Energieverbrauch für die Spindelrotation Psp(n) und den Energieverbrauch für das Werkzeugmaschinen-Grundmodul Pg, die wie folgt berechnet werden können: Es=Pst=[Psp (n)+Pg]t wobei Pg die stationäre Prozessleistung bei Spindeldrehzahl n bezeichnet; Psp(n) die Spindeldrehleistung bei Spindeldrehzahl n; Pg die Leistung des Werkzeugmaschinen-Grundmoduls; t die stationäre Prozessdauer.
Schritt 3, der Energieverbrauch des transienten Prozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems kann wie folgt berechnet werden: 30at tri 1 Psr (no ZZ) + Er = | Pry dt+Py(ty, tra) + ng T tra 0 Ts = +atrı) +Psp(n;) wobei tr, die Zeit des Spindeldrehbeschleunigungsprozesses bezeichnet, s; Pr, die Leistung der Spindeldrehbeschleunigung, W; Pg die Leistung des NC-Maschinenbasismoduls, W; tr die Zeit des Spindeldrehübergangsprozesses, s; Psr() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; no die anfängliche Spindeldrehzahl, r/min; a die Winkelbeschleunigung des Spindeldrehbeschleunigungsprozesses, rad/s’; T, das Beschleunigungsmoment der Spindeldrehbeschleunigung, N-m; ny die Zielgeschwindigkeit der Spindeldrehbeschleunigung, r/min. 0500458 Schritt 4, NC-Maschinenwerkzeug Spindel zum Stillstand für Energieeinsparung sollte die folgenden Bedingungen erfüllen: (1) Die Zeit zwischen den Zerspanungsaktivitäten sollte größer sein als der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel für Energieeinsparungen.
(2) Der Energieverbrauch während des Prozesses des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl nach dem Stillstand der Spindel sollte geringer sein als der Energieverbrauch während der konstanten Drehung der Spindel mit der ursprünglichen Drehzahl (die ursprüngliche Drehzahl ist gleich der Zieldrehzahl).
Die Gleichung ist wie folgt gegeben: | t= tin t;(Psr (ny )+Pg)>(ti-tr) Pg+Er wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung, s; Psr() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/min; Pg die Leistung des Maschinenbasismoduls, W; ty die transiente Prozesszeit der Spindeldrehbeschleunigung, s; Er den transienten Prozessenergieverbrauch des Spindelsystems, J. Schritt 5, der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung des NC-Werkzeugmaschinensystems sollte die folgenden Bedingungen erfüllen: (1) Der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung sollte größer oder gleich der Zeit für die transiente Prozessbeschleunigung der Spindeldrehung sein; (2) Innerhalb der gleichen Zeit (dies ist der kritischen Zeitpunkt) ist der Energieverbrauch während des Vorgangs des Stillstands der Spindel für eine Zeitspanne und des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl gleich dem Energieverbrauch, während dessen die Spindel mit der ursprünglichen Drehzahl weiterläuft (die ursprüngliche Drehzahl ist gleich der Zieldrehzahl). Die Gleichung ist wie folgt gegeben: | EminZtr tmin (Psp (01)+Pp)=(tmin-tr)Ps+Er wobei tmn den kritischen Zeitpunkt des Stillstands der Spindel zur Energieeinsparung bezeichnet, s; tr die Zeit des transienten Prozesses zur Beschleunigung der Spindeldrehung, s; Psp() die Leistungsfunktion der
. . . . LU500458 Spindeldrehung; Pg die Leistung des Grundmoduls der Werkzeugmaschine, W; Er den Energieverbrauch des transienten Prozesses des Spindelsystems, J.
Schritt 6, der kritische Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand der Spindel der NC-Werkzeugmaschine kann wie folgt berechnet werden: | 30at 1 30at 2 tr (Asp —— T5) Ht Bsp + 2 tn [Asp (ny) + Tat, +2Bg | Coin = x 1 Agr); +Bsr wobei tr, die Zeit des Prozesses der Spindelrotationsbeschleunigung bezeichnet, s; Asp den Koeffizienten des primären Terms der Formel für die Spindelrotationsleistung; œ die Winkelbeschleunigung des Prozesses der Spindelrotationsbeschleunigung, rad/s’; T, das Beschleunigungsdrehmoment der Spindelrotationsbeschleunigung, N'm; Bsp den konstanten Term der Formel für die Spindelrotationsleistung; tr, die Zeit des Prozesses des Spindelrotationsübergangs, s; n, die Zielgeschwindigkeit der Spindel, r/min.
Schritt 7, die Energieeinsparung durch die Energiespar-Methode des Spindelsystems der NC-Werkzeugmaschine mittels Stillstand der Drehung kann wie folgt berechnet werden: Esa=t;(Psr(n,)+Pp)-(t-tr)Ps-Er wobei Eg, die durch das Energiesparverfahren mit Stillstand eingesparte Energie bezeichnet, W; T; die Zeit zwischen zwei Zerspanungsvorgängen, s; Psp() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; n, die Zieldrehzahl für die Spindel, r/min; Pp die Leistung des Grundmoduls der Werkzeugmaschine, W; ty die Zeit für die transiente Beschleunigung der Spindeldrehung, s; Ep den Energieverbrauch des transienten Spindelsystems, J.
Es kann weiterhin wie folgt dargestellt werden: Esa=(t-tmin)Psr(@1) wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung, s; Psr() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; n; die Zieldrehzahl für die Spindel, r/min.
In Schritt 3 können die Winkelbeschleunigung a und das Beschleunigungsmoment T, während der Beschleunigung der Spindeldrehung durch ein Experiment zum Anfahren der Spindel und tr, durch experimentelles Sammeln von Daten und
. . LU500458 Analysieren der Daten ermittelt werden.
In Schritt 3 kann ty, wie folgt berechnet werden: ; _ 27(01-N0) 60a wobei n, eine Zieldrehzahl der Spindeldrehbeschleunigung bezeichnet, r/min; no eine Anfangsdrehzahl der Spindeldrehbeschleunigung, r/min; und ao eine Winkelbeschleunigung des Prozesses der Spindeldrehbeschleunigung, rad/s’. Im Vergleich zu dem bisherigen Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Effekte: Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhält das Energieverbrauchsmodell des instationären und des stationären Zustands des Spindelsystems der NC-Werkzeugmaschine durch das Sammeln und die Datenverarbeitung einiger Basisdaten der NC-Werkzeugmaschine und nach der weiteren Verarbeitung.
Dann werden ein Bedingungsmodell und ein Modell des kritischen Zeitpunkts fiir den Stillstand und die Energieeinsparung des NC-Werkzeugmaschinenspindelsystems erstellt, und der kritische Zeitpunkt fiir den Stillstand und die Energieeinsparung wird berechnet.
Danach wird die durch Stillstand eingesparte Energie berechnet, um durch einen ordnungsgemäßen Stillstand der NC-Werkzeugmaschinenspindel Energie zu sparen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist relativ einfach zu bedienen, und der kritische Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine wird genau berechnet und die Vorhersage der Energieeinsparung ist sehr genau.
Dadurch kann eine genaue Berechnung und Steuerung der Energieeinsparung des Stillstands der Spindel von NC-Werkzeugmaschinen erreicht werden, und es wird eine genauere Methode zur Energiesparsteuerung von NC-Werkzeugmaschinen bereitgestellt.
Die Methode der Erfindung ist praktisch und einfach zu fördern bzw. kann theoretische und technische Unterstützung fiir die Strategie zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung in der maschinellen Industrie und sogar im ganzen Land bieten.
Anhängende Zeichnungen Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs des Verfahrens der vorliegenden Erfindung Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Grundparameter des Verfahrens der vorliegenden Erfindung Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Energieverbrauchs bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung 7500458 Spezielle Wege zur Umsetzung Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit den Ausführungen und den anhängenden Zeichnungen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung vor. Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht diese Methode darin, den Bearbeitungsprozess des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems in zwei Teile zu unterteilen, nämlich einem stationären Prozess und einem instationären Prozess, und die Energieverbrauchsmodelle des stationären Prozesses bzw. des instationären Prozesses der NC-Werkzeugmaschine zu erstellen. Anschließend werden das Bedingungsmodell und das Modell des kritischen Zeitpunkts für die Energieeinsparung beim Stillstand der Spindel aufgestellt und der kritische Zeitpunkt berechnet. Danach wird das Energiesparmodell für die Energieeinsparung beim Stillstand der Spindel anhand der relevanten Daten erstellt. Diese Ausführungsform der Erfindung nimmt die NC Werkzeugmaschinen CK6153i als Beispiel. Da das Hauptantriebssystem der NC-Werkzeugmaschinen CK6153i vier Zahnräder enthält, wird die Geschwindigkeit in AH, BH, AL und BL von hoch bis niedrig eingeteilt. Weil das AH-Zahnrad den größten Bearbeitungsbereich hat und am häufigsten verwendet wird, wird in dieser Ausführungsform das AH-Zahnrad für die Berechnung und Illustration verwendet. Diese Methode wird verwendet, um die Leistungs- und Energieverbrauchswerte seines Spindelsystems im AH-Getriebe zu erhalten und eine Energiesparregelung mit Stillstand durchzuführen.
1. Die Leistungserfassung des NC-Werkzeugmaschinen-Grundmoduls Die Leistung des Grundmoduls der NC-Werkzeugmaschinen Pg wird ermittelt, indem die Leistung des Grundmoduls mehrerer NC-Werkzeugmaschinen gesammelt und der Mittelwert genommen wird. Nach dem Start der NC-Werkzeugmaschinen CK6153i wird keine Operation an der Maschine durchgeführt und die NC-Werkzeugmaschinen wird im Standby-Modus belassen. In diesem Zustand werden 100 Sätze von Leistungswerten des NC- Werkzeugmaschinen-Grundmoduls gemessen, dann wird nach der Formel zur Berechnung der Leistung des NC- Werkzeugmaschinen-Grundmoduls: Pa A die endgültige Berechnung der Leistung des NC- Werkzeugmaschinen-Grundmoduls ~~ CK6153i ist: pp PPS 1 332 yy, 100
. . . . . L 4
2. Die Leistungserfassung im stationären Prozess für Spindelsysteme von 500458 NC-Werkzeugmaschinen Die NC-Werkzeugmaschinen CK6153i befindet sich im Standby-Modus und die Spindel wird so gesteuert, dass sie eine Zeit lang mit 500 r/min dreht, damit sich die NC-Werkzeugmaschinen ausreichend aufwärmen kônnen. Dann wird die Spindel so gesteuert, dass sie sich mit verschiedenen Drehzahlen dreht, um die Spindeldrehzahl bei der entsprechenden stabilen Drehzahl zu erhalten. Nach der Verarbeitung der gesammelten Daten wird das folgende Leistungsmodell der Spindeldrehung erhalten: Psp(n)=1.09n+41.12 = (Or/min<n<1000r/min ) wobei Psp (n) die Leistung der Spindeldrehung bei der Drehzahl n bezeichnet, W; n die Spindeldrehzahl, r/min. Die stationäre Prozessleistung Pg des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems kann aus der Leistung des NC-Werkzeugmaschinen-Grundmoduls Pg und der Leistung der Spindeldrehung Psr(n) berechnet werden, die wie folgt berechnet wird: Ps=1.09n+373.22 (Or/min<n<1000r/min ) wobei n die Spindeldrehzahl bezeichnet, r/min.
3. Die Erfassung des Energieverbrauchs im stationären Prozess der Spindel der NC-Werkzeugmaschine Der Energieverbrauch im stationären Prozess der Spindel der NC-Werkzeugmaschine kann aus der Leistung der Spindeldrehung, der Leistung des Werkzeugmaschinen-Grundmoduls und der Dauer des stationären Prozesses berechnet werden, und die Berechnungsformel kann wie folgt berechnet werden: Es=[Psr (n)+332.1]t wobei Pgr() die Funktion der Spindelleistung bezeichnet; n die Spindeldrehzahl, r/min; t die stationäre Prozessdauer der Spindel der NC-Werkzeugmaschine, s.
4. Die Erfassung des Energieverbrauchs im transienten Prozess der Spindel der NC-Werkzeugmaschine Aus dem Experiment zum Anfahren der Spindel ergibt sich die Winkelbeschleunigung a=39.78rad/s und das Drehmoment der Spindelbeschleunigung Ts=28.42N-m der AH-Antriebskette der NC-Werkzeugmaschine. Durch Substitution von a und Tg in die Gleichung der Spindeldrehbeschleunigung Pr, ergibt sich die Gleichung der Spindeldrehbeschleunigung Pr, wie folgt.
Pr1=Psr(no+380t)+2.98ng+1130.7t (0<t<tri) 0500458 wobei Psp() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung bezeichnet; na die anfängliche Spindeldrehzahl, r/min; t die Zeit der Spindeldrehbeschleunigung, s. Die Gleichung für die Prozesszeit der Spindeldrehbeschleunigung ty, wird wie folgt berechnet: tr1=0.002632(n,-no) wobei ng die anfängliche Spindeldrehzahl bezeichnet, r/min; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/min. Die Übergangszeit der Spindel tr, von der Spitzenleistung zur stabilen Leistung hängt mit der Zieldrehzahl n, der Spindel zusammen. Die Prozesszeit tr, die verschiedenen Zielgeschwindigkeiten n, entspricht, wird gesammelt, und die Prozesszeit tr, wird linear gegen die Zielgeschwindigkeit n, regressiert. Die Gleichung wird wie folgt berechnet: tr2=0.037+1.471x10*n, (R°=0.9479) Die Gleichung für die transiente Prozesszeit tr des Spindelsystems wird wie folgt berechnet: tr=2.7791x10*n,-0.002632n,+0.037 wobei ng die anfängliche Spindeldrehzahl bezeichnet, r/min; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/min. Der Energieverbrauch des transienten Prozesses der NC-Werkzeugmaschine kann aus dem Energieverbrauch des Beschleunigungsprozesses der Spindeldrehung, dem Energieverbrauch des Ubergangsprozesses der Spindeldrehung und dem Energieverbrauch des transienten Prozesses des Grundmoduls der Werkzeugmaschine berechnet werden. Die Gleichung wird wie folgt berechnet:
0.002632(n;-no) E,= | Psp (no+380t)+2.98n,+1130.7tdt+ 0 1 -3 [Psr (2.00016n,-0.00016n9) +2.9760024n. +3.9976x 10” ng x(0.037+1.471<10*n,)+332.1x(2.7791x10*n,-0.002632n4+0.037) wobei Psp() die Funktion der Spindelleistung bezeichnet; n, die anfängliche Spindeldrehzahl, r/min; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/min.
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5. Die zu erfüllenden Bedingungen für das energiesparende Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschinen Um eine Energieeinsparung durch den Stillstand des Spindelsystems zu erreichen, müssen die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sein: (1) Die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten sollte größer sein als der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel, um Energie zu sparen. Da der kritische Zeitpunkt die Mindestzeit ist, um eine Energieeinsparung durch Stillstand zu erreichen, kann der Energiespareffekt nicht erreicht werden, wenn die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten kleiner als der kritische Zeitpunkt ist, wie in Figur 2 dargestellt. (2) Der Energieverbrauch während des Prozesses des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl nach dem Stillstand der Spindel sollte geringer sein als der Energieverbrauch der Spindel, die die ursprüngliche Drehzahl beibehalten hat (die ursprüngliche Drehzahl ist die gleiche wie die Zieldrehzahl). Im Wesentlichen ist der Energieverbrauch der Spindeldrehung bei der Zieldrehzahl (wie die Summe des Energieverbrauchs im Bereich 2, 3, 4, 5, 6 in Figur 3) größer als die Summe des Energieverbrauchs bei der Beschleunigung des Spindeldrehungsprozesses und des Energieverbrauchs beim Spindeldrehungsübergang (wie die Summe des Energieverbrauchs im Bereich 1, 4, 5, 6 in Figur 3). Die Gleichung wird wie folgt berechnet: | t= tin tiPsg (n1)>E1 +E, wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung, s; Psr() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/min; Er, den Energieverbrauch für den Beschleunigungsprozess der Spindeldrehung, J; Er, den Energieverbrauch für den Übergang der Spindeldrehung, J.
6. Die zu erfillenden Bedingungen für den kritischen Zeitpunkt zum energiesparenden Stillstand der Spindelsysteme einer NC-Werkzeugmaschine. Der kritische Zeitpunkt des Stillstands des Spindelsystems einer NC-Werkzeugmaschine zur Energieeinsparung sollte die folgenden zwei Bedingungen erfiillen: (1) Der kritische Zeitpunkt des Stillstands der Spindel zur Energieeinsparung sollte größer oder gleich der transienten Prozesszeit der Spindeldrehbeschleunigung sein. Wenn der kritische Zeitpunkt kleiner ist als die transiente Prozesszeit zur
Beschleunigung der Spindeldrehung, kann die Spindel die Beschleunigungsaktivität 0500458 nicht innerhalb einer begrenzten Zeit nach dem Stillstand beenden, so dass die Spindeldrehzahl die Zieldrehzahl erreicht, wie in Figur 2 dargestellt. (2) Innerhalb derselben Zeit (dies ist der kritische Zeitpunkt) ist der Energieverbrauch während des Vorgangs des Stillstands der Spindel für eine Zeitspanne und des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl gleich dem Energieverbrauch der Aufrechterhaltung der Spindeldrehung bei der ursprünglichen Drehzahl die ganze Zeit (die ursprüngliche Drehzahl ist gleich der Zieldrehzahl). Im Wesentlichen ist der Energieverbrauch der Spindel bei der Zieldrehzahl zum Zeitpunkt des Erreichens des kritischen Zeitpunkts (z. B. die Summe der Energieverbrauchsbereiche 3, 4 und 6 in Figur 3) gleich dem Energieverbrauch des Beschleunigungsprozesses der Spindeldrehung und der Summe des Energieverbrauchs des Transitionsprozesses der Spindeldrehung (z. B. die Summe der Energieverbrauchsbereiche 1, 4 und 6 in Figur 3). tminZtr lip sr(n)=En +E wobei tmn den kritischen Zeitpunkt des Stillstands der Spindel zur Energieeinsparung bezeichnet, s; tr die Dauer des transienten Prozesses des Spindelsystems, s; Psp() die Leistungsfunktion der Spindeldrehung; n, die Zieldrehzahl der Spindel, r/Min, Er, den Energieverbrauch für den Beschleunigungsprozess der Spindeldrehung, J; Er, den Energieverbrauch für den Übergang der Spindeldrehung, J.
7. Die Berechnung des kritischen Zeitpunkts Der kritische Zeitpunkt tmin Wird wie folgt berechnet: tmin>2.7791<10*n,+0.037 - 3.463710" n;*(380A5q +1130.7)+0.002632m; Bsp +(0.0185+7.37x10*n,)(2.00016n; Asp+2.98n, +2Bsr) Agri; +Bsr wobei tmin den kritischen Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen, s; Asp den Koeffizienten des primären Terms der Formel für die Spindeldrehleistung; Bsp den konstanten Term der Formel für die Spindeldrehleistung; n, die Zielgeschwindigkeit der Spindelbeschleunigung, s.
8. Die Vorhersage des Energiespareffekts für die Energieeinsparung durch Stillstand des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen
Die Energieeinsparung erfolgt durch die Methode des Stillstands des Spindelsystems 0500458 von NC-Werkzeugmaschinen, um Energie zu sparen.
Die Energieeinsparung kann wie folgt berechnet werden: Es4=(t-tmin)(AsrN1 +Bsr) wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen, s; Asp den Koeffizienten des primären Terms der Formel für die Spindeldrehleistung; Bsp den konstanten Term der Formel für die Spindeldrehleistung; n, die Zielgeschwindigkeit der Spindelbeschleunigung, s.
Zum Beispiel, nachdem das Spindelsystem der NC-Werkzeugmaschinen CK61531 die letzte Zerspanungsaktivität abgeschlossen hat, verbleiben 6,5 s bis zur nächsten Zerspanungsaktivität, und die Zieldrehzahl der Spindel n, für die nächste Zerspanungsaktivität beträgt 900 r/min.
Da die Zieldrehzahl der Spindel innerhalb von (0,1000] liegt, beträgt der Koeffizient des primären Terms Asp der Formel für die Spindeldrehleistung 1,09 und der Koeffizient des konstanten Terms Bsp 41,12. Dann werden die obigen Informationen in die Lôsungsgleichung für den kritischen Zeitpunkt tmin eingesetzt, um zu erhalten, finis 254 tmin=4.73 Da die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten der Spindel 6,5s grôBer ist als der kritischen Zeitpunkt 4,73s, kann die Spindel nach Beendigung der vorherigen Zerspanungsaktivität aufhôren, sich zu drehen, und dann 2,54s vor Beginn der nächsten Zerspanungsaufgabe mit der Drehung beginnen, was unter Verwendung der Formel zur Vorhersage des Energiespareffekts 1809,15 J Energie einsparen kann.
Dieses Verfahren der Erfindung kann den kritischen Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen bestimmen, und den Energiespareffekt vorhersagen.
Die Berechnungsergebnisse können direkt für die energiesparende Steuerung des Spindelsystems von NC-Werkzeugmaschinen verwendet werden und bieten theoretische und technische Unterstützung für die Energiespar- und Emissionsreduzierungsstrategie der maschinellen Fertigungsindustrie und sogar des Landes.
AbschlieBend wird darauf hingewiesen, dass die obigen Ausführungsbeispiele nur zur Veranschaulichung der technischen Lôsungen dieser Erfindung dienen und diese nicht einschränken sollen.
Modifikationen oder gleichwertige Substitutionen der technischen Lösungen dieser Erfindung, ohne vom Zweck und Umfang des Verfahrens dieser Erfindung abzuweichen, fallen unter den Umfang der Ansprüche dieser Erfindung.
LU500458
Claims (3)
1. Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie zur Energieeinsparung, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1, der Bewegungsprozess des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems wird in zwei Teile unterteilt, nämlich in einen stationären Prozess und einen transienten Prozess; der Gesamtenergieverbrauch E des Bewegungsprozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems wird berechnet als: E=Es+Er wobei E den Gesamtenergieverbrauch des Bewegungsprozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems bezeichnet; Es den Energieverbrauch des stationären Prozesses bei der Spindeldrehzahl n; Er den Energieverbrauch des transienten Prozesses der Spindelbeschleunigung von der Ausgangsdrehzahl ng auf die Zieldrehzahl ny; Schritt 2, der Energieverbrauch des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems für den stationären Prozess umfasst zwei Komponenten, nämlich den Energieverbrauch für die Spindelrotation Psp(n) und den Energieverbrauch für das Werkzeugmaschinen-Grundmodul Pg, die wie folgt berechnet werden können: Es=Pst=[Psp (n)+Pg]t wobei Pg die stationäre Prozessleistung bei Spindeldrehzahl n bezeichnet; Psp(n) die Spindeldrehleistung bei Spindeldrehzahl n; Pg die Leistung des Werkzeugmaschinen-Grundmoduls; t die stationäre Prozessdauer; Schritt 3, der Energieverbrauch des transienten Prozesses des NC-Werkzeugmaschinen-Spindelsystems kann wie folgt berechnet werden: trı 1 30at7ı ng Er = A Pr, dt+Pp (ty, Ho) + 5 [Ps (mo —) +Ts (50 +atr1) + Pan) tr wobei tr, die Zeit des Spindeldrehbeschleunigungsprozesses bezeichnet, s; Pr, die Leistung der Spindeldrehbeschleunigung, W; Pg die Leistung des NC-Maschinenbasismoduls, W; tr die Zeit des Spindeldrehübergangsprozesses, s; Psr (no+ Zen) die Leistung der Spindeldrehung bei der Spindeldrehzahl no+ =, W; no die anfängliche Spindeldrehzahl, r/min; o die Winkelbeschleunigung des Spindeldrehbeschleunigungsprozesses, rad/s’; T, das Beschleunigungsmoment der Spindeldrehbeschleunigung, Nm ; n die Zielgeschwindigkeit der Spindeldrehbeschleunigung, r/min; Schritt 4, NC-Maschinenwerkzeug Spindel zum Stillstand fir Energieeinsparung sollte die folgenden Bedingungen erfüllen: 0500458 (1) die Zeit zwischen den Zerspanungsaktivitäten sollte grôBer sein als der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel für Energieeinsparungen; (2) der Energieverbrauch während des Prozesses des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl n, nach dem Stillstand der Spindel sollte geringer sein als der Energieverbrauch der Spindel, die die ursprüngliche Drehzahl no Rotation beibehalten hat, und die ursprüngliche Drehzahl ng ist gleich der Zieldrehzahl ny; die Gleichung ist wie folgt gegeben: | t= tin t;(Psr (ny )+Pg)>(ti-tr) Pg+Er wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung, s; Psp (n;) die Spindeldrehleistung bei der Spindeldrehzahl n;, W; n, die Zieldrehzahl der Spindeldrehbeschleunigung, r/min; Pg die Leistung des Maschinenbasismoduls, W; tr die transiente Prozesszeit der Spindeldrehbeschleunigung, die sich aus der Summe der Prozesszeit für die Spindeldrehbeschleunigung ty, und der Prozesszeit für den Spindeldrehübergang tr, ergibt, s; Et den transienten Prozessenergieverbrauch des Spindelsystems, J; Schritt 5, der kritische Zeitpunkt fiir den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung des NC-Werkzeugmaschinensystems sollte die folgenden Bedingungen erfüllen: (1) der kritische Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung sollte größer oder gleich der Zeit fir die transiente Prozessbeschleunigung der Spindeldrehung sein; (2) Innerhalb des kritischen Zeitpunkts tmin ist der Energieverbrauch während des Vorgangs des Stillstands der Spindel fiir eine Zeitspanne und des Wiederanlaufs und der Beschleunigung auf die Zieldrehzahl n; gleich dem Energieverbrauch, während dessen die Spindel die ursprüngliche Drehzahl ng Rotation beibehalten hat, und die ursprüngliche Drehzahl ny ist gleich der Zieldrehzahl ny; die Gleichung ist wie folgt gegeben: | tminZtT tmin Psp (n1 )+Pp)=(tmin-tr) Pg +E wobei tmn den kritischen Zeitpunkt des Stillstands der Spindel zur Energieeinsparung bezeichnet, s; tr die Zeit des transienten Prozesses zur
. . . . . L 4
Beschleunigung der Spindeldrehung, die die Summe der Zeit ty, zur Beschleunigung 1500458 des Prozesses der Spindeldrehung und der Zeit tr, zum Übergang der Spindeldrehung ist, s; Pgr(n;) die Leistung der Spindeldrehung bei der Spindeldrehzahl n;, W; Pp die Leistung des Grundmoduls der Werkzeugmaschine, W; Er den Energieverbrauch des transienten Prozesses des Spindelsystems, J; Schritt 6, der kritische Zeitpunkt für die Energieeinsparung durch Stillstand der Spindel der NC-Werkzeugmaschine kann wie folgt berechnet werden:
| 30a 1 30at tn (Asp FIs) Bor + 5 trol Age ( Hon Tot, +2Bsr | Coin = X X
Agr); +Bsr wobei tr, die Zeit des Prozesses der Spindelrotationsbeschleunigung bezeichnet, s; Asp den Koeffizienten des primären Terms der Formel für die Spindelrotationsleistung; œ die Winkelbeschleunigung des Prozesses der Spindelrotationsbeschleunigung, rad/s?; T, das Beschleunigungsdrehmoment der Spindelrotationsbeschleunigung, N'm; Bsp den konstanten Term der Formel für die Spindelrotationsleistung; tr, die Zeit des Prozesses des Spindelrotationsübergangs, s; n; die Zielgeschwindigkeit der Spindelrotationsbeschleunigung, r/min; Schritt 7, die Energieeinsparung durch die Energiespar-Methode des Spindelsystems der NC-Werkzeugmaschine mittels Stillstand der Drehung kann wie folgt berechnet werden: Esa=t;Psr(n1)+P5)-t-tr)Ps-Er wobei Eg, die durch das Energiesparverfahren mit Stillstand eingesparte Energie bezeichnet, W; t; die Zeit zwischen zwei Zerspanungsvorgängen, s; Psp(n,) die Spindeldrehleistung bei Spindeldrehzahl n,, W; n; die Zieldrehzahl für die Spindeldrehbeschleunigung, r/min, Pg die Leistung des Grundmoduls der Werkzeugmaschine, W; ty die Zeit für die transiente Beschleunigung der Spindeldrehung, die sich aus der Summe der Zeit für die Beschleunigung der Spindeldrehung tr, und der Zeit für den Übergang der Spindeldrehung tr, zusammensetzt, s, Er den Energieverbrauch des transienten Spindelsystems, J; es kann weiterhin wie folgt dargestellt werden: Esa=(t-tmin)Psr(@1)
wobei t, die Zeit zwischen zwei Zerspanungsaktivitäten bezeichnet, s; tmin den kritischen Zeitpunkt für den Stillstand der Spindel zur Energieeinsparung, s; Psp (n;) die Spindeldrehleistung bei Spindeldrehzahl n;, W; n, die Zieldrehzahl für die
Spindeldrehbeschleunigung, r/min. 0500458
2. Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie Verfahren zur Energieeinsparung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 3 die Winkelbeschleunigung o und das Beschleunigungsmoment T, während der Beschleunigung der Spindeldrehung durch ein Experiment zum Anfahren der Spindel und ty, durch experimentelles Sammeln von Daten und Analysieren der Daten ermittelt werden kônnen.
3. Verfahren zur Bestimmung eines kritischen Zeitpunkts zur Energieeinsparung für den Stillstand der Spindel einer NC-Werkzeugmaschine sowie Verfahren zur Energieeinsparung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 3 tr, wie folgt berechnet werden kann: tr1= ie wobei n, eine Zieldrehzahl der Spindeldrehbeschleunigung bezeichnet, r/min; no eine Anfangsdrehzahl der Spindeldrehbeschleunigung, r/min; und ao eine Winkelbeschleunigung des Prozesses der Spindeldrehbeschleunigung, rad/s’.
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