(高清版)GBT 40735-2021 數(shù)控機床固有能量效率的評價方法

數(shù)控機床固有能量效率的評價方法發(fā)布國家標準化管理委員會前言 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4評價方法 4.1概述 4.2評價指標 24.3評價指標的獲取 3附錄A(資料性附錄)機床固有能量效率評價應(yīng)用示例 參考文獻 I本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標準由全國金屬切削機床標準化技術(shù)委員會(SAC/TC22)歸口。本標準起草單位：重慶大學(xué)、國家機床質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、重慶工商大學(xué)、中機生產(chǎn)力促進中心、重慶機床(集團)有限責任公司、東方電氣集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、西南大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)。本標準主要起草人：李聰波、黃祖廣、廣軍波、劉培基、李艷波、劉飛、曾令萬、李晉航、陳行政、1數(shù)控機床固有能量效率的評價方法本標準規(guī)定了數(shù)控機床固有能量效率的評價方法。本標準適用于數(shù)控金屬切削機床(以下簡稱機床)固有能量效率的評價。主軸不可變速機床可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4863—2008機械制造工藝基本術(shù)語GB/T6477—2008金屬切削機床術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T4863—2008和GB/T6477—2008界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。機床固有能量效率inherentenergyefficiencyofmachinetools機床自身所固有的影響機床能量消耗參數(shù)的總稱，由機床主機及其輔機在待機、主軸空運轉(zhuǎn)、進給空運轉(zhuǎn)情形下的總功率來表達。機床總電源開啟，除主軸、進給系統(tǒng)外，所有用于支持加工的其他系統(tǒng)均運行的狀態(tài)。注：改寫ISO14955.3—2020,定義4.5。主軸空運轉(zhuǎn)spindlerotatingwithnoload機床待機狀態(tài)下開啟主軸系統(tǒng)，主軸系統(tǒng)處于無負載運行的狀態(tài)。進給空運轉(zhuǎn)feedingwithnoload機床待機狀態(tài)下開啟進給系統(tǒng)，進給系統(tǒng)處于無負載運行的狀態(tài)。待機功率standbypower機床處于待機的輸入功率。主軸空運轉(zhuǎn)功率spindleidlingpower機床處于主軸空運轉(zhuǎn)的輸入功率。2進給空運轉(zhuǎn)功率feedingpowerwithnoload機床處于進給空運轉(zhuǎn)的輸入功率。4評價方法機床固有能量效率評價指標包括待機功率、主軸空運轉(zhuǎn)功率、進給空運轉(zhuǎn)功率、當量主軸空運轉(zhuǎn)功P=fn(n) (1)fu(n)——機床主軸空運轉(zhuǎn)功率與主軸轉(zhuǎn)速的擬合函數(shù)。進給空運轉(zhuǎn)功率宜用符號“P”表示，它與進給速度相關(guān)，可用公式(2)表示：P(=fi(vi) P;——進給空運轉(zhuǎn)功率；v;——進給速度；fi(vi)——機床進給空運轉(zhuǎn)功率與進給速度的擬合函數(shù)。根據(jù)機床各主軸轉(zhuǎn)速的使用概率，將機床各主軸轉(zhuǎn)速下的主軸空運轉(zhuǎn)功率進行加權(quán)平均而獲得的式中：EP?！斄恐鬏S空運轉(zhuǎn)功率；C(n)——主軸轉(zhuǎn)速n的使用概率；P(n)——主軸轉(zhuǎn)速n下的主軸空運轉(zhuǎn)功率。根據(jù)機床各進給速度的使用概率，將機床不同進給速度下的進給空運轉(zhuǎn)功率進行加權(quán)平均而獲得3EP?=ZC(v)P?(v;)…………(4)式中：EP(——當量進給空運轉(zhuǎn)功率；C(vr)——進給速度v;的使用概率；P?(vi)——進給速度v;下的進給空運轉(zhuǎn)功率。4.3評價指標的獲取機床固有能量效率評價指標的獲取流程如圖1,包括測量、數(shù)據(jù)擬合和計算。步驟1:測量步驟1:測量步驟2:數(shù)據(jù)擬合步驟3;計算1)按公式(3)計算當量主軸空運轉(zhuǎn)功率；2)按公式(4)計算當量進給空運轉(zhuǎn)功率。圖1評價指標獲取流程測量過程宜遵循以下要求：a)測量頻率為2Hz～50Hz,宜取20Hz;b)功率測量儀器的精度宜滿足士(0.2%×顯示值+0.2%×量程);c)測量環(huán)境一般為常溫、常壓，對環(huán)境溫度有特殊要求的機床，應(yīng)按其實際工作環(huán)境進行測量；d)功率測量儀器接入機床總電源開關(guān)處，接線方式如圖2所示。圖2功率測量儀器接線方式4依次開啟機床總電源以及各輔機系統(tǒng)，直至待機狀態(tài)并穩(wěn)定運行3min以上。單次待機功率值宜取待機穩(wěn)定后的功率值。待機功率宜測量3次以上，各次待機功率值的平均值記為評價指標中的待機功率值。應(yīng)用示例參見附錄A。待機狀態(tài)下開啟機床主軸系統(tǒng)，并穩(wěn)定運行3min以上。單次主軸空運轉(zhuǎn)功率宜取主軸空運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運行后的功率值。每級主軸轉(zhuǎn)速宜測量3次以上，且各次主軸空運轉(zhuǎn)功率值的平均值記為該主軸轉(zhuǎn)速下的主軸空運轉(zhuǎn)功率。待測無級變速的主軸轉(zhuǎn)速可等間隔選取，包括主軸最小轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速，相鄰主軸轉(zhuǎn)速的間隔宜不高于最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之差的1/4在內(nèi)的各個主軸轉(zhuǎn)速。應(yīng)用示例參見附錄A。有級變速的主軸，則宜每級轉(zhuǎn)速均按上述方法進行測量。待機狀態(tài)下開啟機床進給系統(tǒng)，并在其行程范圍內(nèi)進行直線運動，運行時長可為進給行程與最快工作進給速度的比值。單次進給空運轉(zhuǎn)功率宜取進給平穩(wěn)后的功率值。每個進給速度宜測量3次以上，且各次進給空運轉(zhuǎn)功率值的平均值記為該進給速度下的進給空運轉(zhuǎn)功率。待測進給速度可等間隔選取包括最快進給速度在內(nèi)的各種進給速度，相鄰進給速度的間隔宜不高于最快工作進給的1/8。應(yīng)用示例參見附錄A?？蛇x用最小二乘法進行直線擬合，對4.3.2.3中的主軸空運轉(zhuǎn)功率與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)系進行數(shù)據(jù)擬合。應(yīng)用示例參見附錄A。有級變速的主軸則每級轉(zhuǎn)速需按上述方法分別進行擬合?？蛇x用最小二乘法直線擬合方法，以零到最快進給速度為擬合區(qū)間，對4.3.2.4中測量的進給空運轉(zhuǎn)功率與進給速度可進行數(shù)據(jù)擬合。應(yīng)用示例參見附錄A。當量主軸空運轉(zhuǎn)功率計算如下：a)將機床生產(chǎn)廠家提供的N個推薦轉(zhuǎn)速作為主軸轉(zhuǎn)速代表，1/N作為各主軸轉(zhuǎn)速代表使用概率；或獲取機床最小主軸轉(zhuǎn)速nmin和最大主軸轉(zhuǎn)速nx,按表1計算機床主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率；或根據(jù)機床實際使用情況統(tǒng)計獲取主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率。表1主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率主軸轉(zhuǎn)速代表/(r/min)主軸轉(zhuǎn)速代表使用概率0.120.230.300.230.125b)將各主軸轉(zhuǎn)速代表代入公式(1),得到各主軸轉(zhuǎn)速代表下的空運轉(zhuǎn)功率。再將它們和各主軸轉(zhuǎn)速代表使用概率代入公式(3),得到當量空運轉(zhuǎn)功率。應(yīng)用示例參見附錄A。當量進給空運轉(zhuǎn)功率計算如下：a)獲取機床最快進給速度vmx,按表2計算機床進給速度代表及其使用概率；或根據(jù)機床實際使用情況統(tǒng)計獲取機床進給速度代表及其使用概率。b)將各進給速度代表代入公式(2),得到各進給速度代表對應(yīng)的機床進給空運轉(zhuǎn)功率；再將它們和各進給速度代表使用概率代入公式(4),得到當量進給空運轉(zhuǎn)功率。應(yīng)用示例參見附錄A。表2進給速度代表及其使用概率進給速度代表/(mm/min)進給速度代表使用概率0.120.230.300.230.126(資料性附錄)機床固有能量效率評價應(yīng)用示例A.1概述選取兩臺數(shù)控滾齒機作為應(yīng)用示例，對其固有能量效率進行評價。兩臺數(shù)控滾齒機的主要規(guī)格參數(shù)如下：a)滾齒機A主軸轉(zhuǎn)速范圍120r/min～540Z軸最大行程170mm;b)滾齒機B主軸轉(zhuǎn)速范圍150r/min～1000Z軸最大行程285mm。r/min,Z軸進給速度范圍0mm/min～660r/min,Z軸進給速度范圍0mm/min～1000mm/min,mm/min,采用的功率測量儀器主要參數(shù)如下：a)功率量程6W～2.25MW;b)測量精度士(0.05%×顯示值+0.05%×量程);c)數(shù)據(jù)測量頻率20Hz。測量環(huán)境為常溫、常壓，功率測量儀器接線方式按4.3.2.1執(zhí)行。A.2測量A.2.1待機功率測量按4.3.2.2方法，進行滾齒機A和滾齒機B的待機功率測量；測量次數(shù)為5次，每次待機穩(wěn)定運行時間均為4min,各次待機功率及平均功率值如表A.1所示。表A.1機床待機功率測量順序滾齒機B待機功率Psh/W平均值根據(jù)表A.1,滾齒機A的待機能效性能更好。A.2.2主軸空運轉(zhuǎn)功率測量按4.3.2.3方法，進行滾齒機A和滾齒機B的主軸空運轉(zhuǎn)功率測量。等間隔選取主軸轉(zhuǎn)速時，小數(shù)按照四舍五入法取整，選取的結(jié)果如表A.2所示。每個主軸轉(zhuǎn)速測量次數(shù)為5次，每次主軸穩(wěn)定運行時間為4min,每個主軸轉(zhuǎn)速的主軸空運轉(zhuǎn)功率取均值，結(jié)果如表A.2所示。7滾齒主軸轉(zhuǎn)速n/(r/min)435488主軸空運轉(zhuǎn)功率Pu/W2836450361436721 滾齒主軸轉(zhuǎn)速n/(r/min)405490主軸空運轉(zhuǎn)功率Pu/W42854467457846984951A.2.3進給空運轉(zhuǎn)功率測量按4.3.2.4方法，進行滾齒機A和滾齒機B的Z軸進給空運轉(zhuǎn)功率測量。等間隔選取Z軸進給速度，選取結(jié)果如表A.3所示。每個Z軸進給速度測量次數(shù)為5次，每次運行時間為Z軸進給行程與最大進給速度的比值，即滾齒機A每次運行時長為15s,滾齒機B每次運行時長為17s。每個Z軸進給速度下進給空運轉(zhuǎn)功率取均值，結(jié)果如表A.3所示。滾齒進給速度vr/(mm/min)進給空運轉(zhuǎn)功率P;(vr)/W滾齒進給速度vr/(mm/min)進給空運轉(zhuǎn)功率A.3數(shù)據(jù)擬合A.3.1主軸空運轉(zhuǎn)功率擬合按4.3.3.1的要求，采用最小二乘法，對數(shù)控滾齒機A和滾齒機B的主軸空運轉(zhuǎn)功率進行直線擬合，結(jié)果分別見公式(A.1)和公式(A.2),擬合直線見圖A.1。PuA=10.5n+1581.5…………(A.1)Pu.B=2.1n+3046…………(A.2)8主軸轉(zhuǎn)速/(r/min)根據(jù)公式(A.1)和公式(A.2),兩臺數(shù)控滾齒機的空運轉(zhuǎn)功率交點為(174.35,3412.12),取整為174r/min;在主軸轉(zhuǎn)速低于174r/min的主軸轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍內(nèi)，滾齒機A的主軸空運轉(zhuǎn)能效性能更好；在主軸轉(zhuǎn)速高于174r/min的主軸轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍內(nèi)，滾齒機B的主軸空運轉(zhuǎn)能效性能更好。A.3.2進給空運轉(zhuǎn)功率擬合按4.3.3.2的要求，采用最小二乘法，對滾齒機A和滾齒機B的進給空運轉(zhuǎn)功率進行直線擬合，結(jié)果分別見公式(A.3)和公式(A.4)。PtA=0.35v;+2080.9…………(A.3)進給速度/(mm/min)圖A.2滾齒機A和滾齒機B的Z軸空運轉(zhuǎn)功率擬合曲線根據(jù)公式(A.3)和公式(A.4),滾齒機A的Z軸進給空運轉(zhuǎn)能效性能更好。A.4計算A.4.1當量主軸空運轉(zhuǎn)功率按4.3.4.1的方法獲取機床主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率，結(jié)果如表A.4和表A.5所示。9表A.4滾齒機A主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率推薦轉(zhuǎn)速/(r/min)主軸轉(zhuǎn)速代表/(r/min)使用概率表A.5滾齒機B主軸轉(zhuǎn)速代表及其使用概率推薦轉(zhuǎn)速/(r/min)主軸轉(zhuǎn)速代表/(r/min)使用概率400400將表A.4的主軸轉(zhuǎn)速代表代入公式(A.1),得到滾齒機A在各主軸轉(zhuǎn)速代表下的空運轉(zhuǎn)功率，如表A.6所示。將表A.5的主軸轉(zhuǎn)速代表代入公式(A.2),得到滾齒機B在各主軸轉(zhuǎn)速代表下的空運轉(zhuǎn)表A.6主軸轉(zhuǎn)速代表下的空運轉(zhuǎn)功率主軸轉(zhuǎn)速代表/(r/min)空運轉(zhuǎn)功率/W主軸轉(zhuǎn)速代表/(r/min)空運轉(zhuǎn)功率/W將表A.6的主軸轉(zhuǎn)速代表及空運轉(zhuǎn)功率代入公式(3),得到滾齒機A和滾齒機B的當量空運轉(zhuǎn)功率，如公式(A.5)和公式(A.6)所示。根據(jù)公式(A.5)和公式(A.6),滾齒機B的綜合空運轉(zhuǎn)能效性能更好。A.4.2當量進給空運轉(zhuǎn)功率按4.3.4.2的方法，將滾齒機A的Z軸最大進給速度660mm/min代入表2,得到滾齒機A的Z軸進給速度代表及其使用概率，如表A.7所示；將滾齒機B的Z軸最大進給速度1000mm/min代入表2,得滾齒機B的Z軸進給速度代表及其使用概率，如表A.8所示。表A.7滾齒機A的Z軸進給速度代表及其使用概率進給速度代表/(mm/min)462進給速度代表使用概率0.120.230.300.230.12GB/T40735—2021表A.8滾齒機B的Z軸