一种电能分析及优化方法与流程



1.本发明属于数控加工领域，尤其属于数控加工的电能分析领域。背景技术：2.大型模具等产品的加工广泛使用数控机床。其中，数控机床中使用的数控程序(简称nc程序)是数控加工的信息载体核心。数控程序包含了，加工工艺切削参数(转速、进给、吃刀量)数据、加工顺序以及加工工艺特征性项。尤其是在汽车行业，大型模具等产品的加工都按汽车制造厂家统一的、事先规定的标准编写。3.现有技术中，数控机床利用分时电费节省主要依靠储能及在谷电时加工来实现。在谷电时加工是指在收取低价电费时启动机器进行加工。分时电费储能是指在实际生产中由于大多地区采用的是分时电价的收费策略，电力供应高峰时段电价较高的时候，将电能储存在储能设备中，然后在电价较低的时段释放出来使用，以节约用电成本的一种策略。其原理是利用储能设备(如电池)在低电价时充电，然后在高电价时放电，从而平衡用电成本和电力需求。4.但是，在实际生产中使用储能来实现分时电费的节省需要增加储能设备，需要大量投资。并且电能的存储和利用转换都存在一定的损耗，造成浪费。在使用在谷电时加工时，由于某些设备如压缩空气泵、空调等设备频繁的启动/停止会导致设备故障，亦会对生产导致很大影响。技术实现要素：5.为解决上述问题，数控机床操作面板图文详解本技术的目的在于，提供一种数控机床的电能分级及优化系统，实现在生产过程中对电能利用率最高的工步的优化。6.本技术实施例提供了一种电能分级及优化方法，包括如下步骤：7.s1)提取待加工部件的加工特征并根据所述加工特征计算所述待加工部件加工时每个工步的消耗电能大小，所述加工特征为所述待加工部件加工时的加工状态；8.s2)根据所述待加工部件加工时必要的工步顺序规则设定加工工艺规则，所述加工工艺规则进一步包括确定优先级，所述优先级基于工艺步骤类型及加工对象类型而确定；9.s3)根据所述加工工艺规则将所述既定工步重新组合为优化工步的合集，所述优化工步的合集通过根据所述加工工艺规则将所述每个工步按不同的可以互换组合的排列组合方式生成；10.s4)导入预设信息并根据所述预设信息计算所述优化工步的合集并挑选出电能利用率最高的优化工步，所述预设信息包括电费收费标准、加工功耗划分、所述待加工部件的加工起始时间及电能经济加工规则，所述电费收费标准包括在不同时间段收取的电费，所述不同时间段包括高峰时段、平峰时段及低谷时段，所述加工功耗划分包括高功耗工步及低功耗工步；11.s5)将所述电能利用率最高的优化工步用于所述待加工部件的加工。12.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述加工特征用关键字段表征，所述关键字段包括加工特征代号、工步加工方式、刀具补偿方式、切削参数、加工位置及切削轨迹长度信息。13.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述工艺步骤类型进一步包括对同一面的精铣、半精铣及粗铣，所述优先级包括粗铣大于半精铣大于精铣。14.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述加工对象类型进一步包括对同一孔的镗孔、扩孔、铰孔、攻丝、铣孔及钻孔，所述优先级包括镗孔与扩孔的优先级相等，铰孔和攻丝的优先级相等，铰孔和攻丝的优先级小于镗孔和扩孔，镗孔和扩孔的优先级小于钻孔和铣孔。15.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述加工工艺规则所述加工工艺规则还包括特殊工艺限制条件，所述特殊工艺限制条件包括：粗铣加工时不开切削液泵和在钻孔前需要粗铣孔所在的表面。16.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述高功耗工步进一步包括：粗铣、大孔钻、粗镗及大孔攻丝。17.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述低功耗工步进一步包括：半精铣、精铣、半精镗、精镗、铰削及小孔攻丝。18.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述电能经济加工规则进一步包括将高功耗工步设置在低谷时段及平电时段，将低功耗工步设置在高峰时段。19.进一步，所述的电能分级及优化方法，所述预设信息还包括削参数优化，所述切削参数优化用于在加工时间无规定的情况下，降低加工时的总耗电量。20.本技术实施例提供的技术方案具有如下优点：21.1.由于采用了分析关键字段，从而能计算出待加工部件每个工步的消耗电能大小；22.2.由于采用了加工工艺规则，从而使新生成优化工步的合集可用于待加工部件；23.3.由于采用了电能经济加工规则，进一步缩限优化工步的集合，从而降低了系统整体的计算量，增加了电能的经济性；24.4.由于将电能利用率最高的优化工步用于待加工部件，从而降低了生产成本，节约了能耗。附图说明25.图1为本发明实施例优选的电能分级及优化方法流程图；26.图2a为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第一流程图；27.图2b为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第二流程图；28.图2c为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第三流程图；29.图3为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例绘制的工艺路线图；30.图4为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例的每把刀所用电费示意图；31.图5为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例的每把刀占比情况示意图。具体实施方式32.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。

于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。33.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。34.需要说明的是本发明所称的工步为每一把刀具所加工的特征内容，工位为每个加工特征所占据的加工位置。35.图1为本发明实施例优选的电能分级及优化方法流程图。如图1所示，电能分级及优化方法，包括如下步骤：36.s1)提取待加工部件的加工特征并根据所述加工特征计算所述待加工部件加工时每个工步的消耗电能大小，所述加工特征为所述待加工部件加工时的加工状态；37.s2)根据所述待加工部件加工时必要的工步顺序规则设定加工工艺规则，所述加工工艺规则进一步包括确定优先级，所述优先级基于工艺步骤类型及加工对象类型而确定；38.s3)根据所述加工工艺规则将所述既定工步重新组合为优化工步的合集，所述优化工步的合集通过根据所述加工工艺规则将所述每个工步按不同的可以互换组合的排列组合方式生成；39.s4)导入预设信息并根据所述预设信息计算所述优化工步的合集并挑选出电能利用率最高的优化工步，所述预设信息包括电费收费标准、加工功耗划分、所述待加工部件的加工起始时间及电能经济加工规则，所述电费收费标准包括在不同时间段收取的电费，所述不同时间段包括高峰时段、平峰时段及低谷时段，所述加工功耗划分包括高功耗工步及低功耗工步；40.s5)将所述电能利用率最高的优化工步用于所述待加工部件的加工。41.下面进一步详细说明电能分级及优化方法。42.s1)提取待加工部件的加工特征并根据所述加工特征计算所述待加工部件加工时每个工步的消耗电能大小，所述加工特征为所述待加工部件加工时的加工状态。43.进一步，加工特征用关键字段表征，所述关键字段包括加工特征代号、工步加工方式、刀具补偿方式、切削参数、加工位置及切削轨迹长度信息。44.具体地，待加工部件的加工程序是按照一定规范编写的，本实施例优选使用grob的加工程序，加工程序中有加工内容由注释程序表达，通过读取加工程序的关键字段可获得加工特征代号、工步加工方式、刀具补偿方式、切削参数以及加工位置和切削轨迹长度信息。本实施例优选，加工特征代号的命名规则为三位由数字和字母组成。第一位是数字代表被加工特征所在面的代号，第二位字母表示加工特征类型，b代表加工孔、f代表加工面。第三位数字表示第几个孔。.工步加工方式如boring bar表示镗孔、step drill表示钻孔、helical mill表示螺线铣、reamer表示铰孔、tap表示攻丝。刀具补偿方式为有刀具半径补偿的判断是铣刀、没有刀具半径补偿的判断是孔加工刀具如，钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀、丝锥。切削参数内的变量如speed的变量代表刀具转速、feed的变量代表进给速度、钻头、扩孔钻、镗刀直径代表了切削厚度。切削参数中还包含了冷却液泵的开启与关闭。加工位置和切削轨迹长度信息如r3代表了z轴位置(最终加工深度)、x、y坐标代表定位点。45.具体地，计算待加工部件加工时每个工步的消耗电能大小进一步包括：46.s11)系统根据加工特征代号区分待加工部件有多少面、孔特征需要加工。并形成各个工艺特征加工路线列表。工艺特征加工路线列表可以分析出一个工艺特征需要被多少道工步加工。47.s12)通过读取既定工步的加工程序的关键字段，将加工特征对应的刀具和加工方式(加工方式指铣、钻、镗)进行关联。包括一个面特征的粗铣、半精铣、精铣。一个孔特征的钻孔、扩孔、镗孔、攻丝。48.s13)根据切削轨迹长度信息及切削参数计算得到每一个工步加工时长和切削力的大小。49.s14)根据每一个工步加工时长和切削力的大小计算出切削功率。50.s15)根据每一个工步的切削功率和加工时长计算出每个工步的消耗电能大小。51.s2)根据所述待加工部件加工时必要的工步顺序规则设定加工工艺规则，所述加工工艺规则进一步包括确定优先级，所述优先级基于工艺步骤类型及加工对象类型而确定。52.具体地，工艺步骤类型进一步包括对同一面的精铣、半精铣及粗铣，所述优先级包括粗铣大于半精铣大于精铣。加工对象类型进一步包括对同一孔的镗孔、扩孔、铰孔、攻丝、铣孔及钻孔，所述优先级包括镗孔与扩孔的优先级相等，铰孔和攻丝的优先级相等，铰孔和攻丝的优先级小于镗孔和扩孔，镗孔和扩孔的优先级小于钻孔和铣孔。53.优选地，天博【干货】金属成形机床板块龙头股：共三只！（2024221）加工工艺规则还包括特殊工艺限制条件，特殊工艺限制条件包括：粗铣加工时不开切削液泵和在钻孔前需要粗铣孔所在的表面。54.优选地，特殊工艺限制条件还包括将工步按工位拆分，同一个工位上粗铣完成不再对其他工位粗铣。直接对该工位进行精铣和钻孔后。待该工位进行精铣和钻孔后再对其他工位钻孔。55.本实施例优选，加工工艺规则包括如下设置：56.(1)针对同一个面的特征：精铣之前必须半精铣，半精铣之前必须粗铣。57.(2)针对同一个孔的特征：镗孔和扩孔优先级是一样的。铰孔和攻丝的优先级是一样的。铣孔和钻孔的优先级是一样的。铰孔、攻丝必须排在镗孔、扩孔之后。镗孔、扩孔必须排在钻孔、铣孔之后。58.(3)粗铣加工的不开切削液泵，其他加工都需要开切削液泵。59.(4)一般情况下，钻孔前应该先粗铣平面。本实施例优选，设置有两套小孔加工程序。其中一套遵循先面后孔加工，另一套程序采用特殊钻尖形式的钻头刀

具，可以先加工孔后加工面。60.s3)根据所述加工工艺规则将所述既定工步重新组合为优化工步的合集，所述优化工步的合集通过根据所述加工工艺规则将所述每个工步按不同的可以互换组合的排列组合方式生成；61.具体地，将各个工步按不同的可以互换的排列组合方式，生成全部的组合。62.s4)导入预设信息并根据所述预设信息计算所述优化工步的合集并挑选出电能利用率最高的优化工步，所述预设信息包括电费收费标准、加工功耗划分、所述待加工部件的加工起始时间及电能经济加工规则，所述电费收费标准包括在不同时间段收取的电费，所诉不同时间段包括高峰时段、平峰时段及低谷时段，所述加工功耗划分包括高功耗工步及低功耗工步。63.进一步，高功耗工步进一步包括：粗铣、大孔钻、粗镗及大孔攻丝。低功耗工步进一步包括：半精铣、精铣、半精镗、精镗、铰削及小孔攻丝。64.具体地，根据各种加工方式的特点划分出功率消耗较高的加工方式，例如粗铣，本实施例优选定义为切削厚度为0.5mm以上的铣削。大孔钻本实施例优选定义为钻孔直径在10mm以上的钻孔削。粗镗本实施例优选定义为切削厚度0.5mm以上的镗削。大孔攻丝本实施例优选定义为螺纹孔直径在m14以上的攻丝。功率消耗较低的加工方式，例如半精铣和精铣本实施例优选定义为切削厚度为等于或小于0.5mm的铣削。半精镗和精镗、铰削本实施例优选定义为切削厚度为等于或小于0.5mm的孔加工。小孔攻丝本实施例优选定义为螺纹孔直径等于或小于m14的攻丝。65.进一步，电能经济加工规则进一步包括将高功耗工步设置在低谷时段及平电时段，将低功耗工步设置在高峰时段。66.具体地，若在确定加工起始时间的前提下，遵循将高功耗工步集中安排在谷电时及平电期，低功耗工步安排在峰电时期加工。此时可进一步缩限优化工步的集合，从而根据预设信息解算出最低电费的加工工步排序方式即电能利用率最高优化工步。若在允许任意加工起始时间的前提下，也可遵循将高功耗工步集中安排在低谷时段及平电时段，低功耗工步安排在峰电时期加工。67.本实施例优选，预设信息还包括切削参数优化，该切削参数优化用于在加工时间无规定的情况下，降低加工时总耗电量。切削参数优化原则包括：刀具切削参数只能放慢不能提高，在高峰时段对高功耗工步，例如：粗铣、粗镗、钻大孔，采用低功率的经济切削参数加工，本实施例优选，采用进给参数降低至60％。在平峰时段或低谷时段采用正常切削参数加工。68.图2a为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第一流程图。图2b为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第二流程图。图2c为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例第三流程图。下面结合附图对具体应用实施例进行进一步说明。69.将加工程序本实施例优选的grob加工程序放入指定的文件夹内，系统自动打开程序并将程序划分为一个个代码段，并将这些代码段添加到列表中。加工内容分为两类：面和孔，所以遍历列表对代码段进行处理，提取加工代号，对应加工代号f则是加工面，加工类型为铣面，从代码段里依次对m6、speed、feed、s1、f、r3参数、x、y关键字判断提取刀号、转速、进给、r3参数、下刀x、y坐标位置代码如下：[0070][0071]对应加工代号b则是加工孔，从加工程序分析加工类型可分为：boring bar：镗孔、step drill：钻孔、helical mill：螺线铣、reamer：铰孔、tap：攻丝，所以对以上关键字进行判断就可以提取加工类型，然后依次对m6、speed、feed、s1、f、r3参数、x、y关键字判断提取刀号、转速、进给、r3参数、下刀x、y坐标位置。当一把刀存在多个加工代号时，再去判断每个加工代号下加工程序是否存在r3参数、转速、进给、x、y坐标这些参数，如果存在这些参数，则再次提取，具体代码段如下：[0072][0073]该系统可以指定加工代号查询，按加工代号提取数据并打包成字典代码如下：[0074]{′加工代号′：[′3b253′]，′刀号′：[′t1115′，′t1121′]，′转速′：[′2700′，′2229′]，′进给′：[′513′，′513′]，′加工类型′：[′钻孔′，′铰孔′]，′′x定位′：[′38.5′]，′y定位′：[′202′]，′z定位(加工深度)′：[′365.9′，′6.75′]}[0075]同时保存到本地，本实施例优选为excel表格，如下表：[0076][0077]不指定加工代号时，则按刀号提取全部加工数据打包成字典放入列表中，按加工顺序如下：[0078][0079]同时保存到本地，如下表：[0080][0081]图3为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例绘制的工艺路线图。如图3所示，系统将3b242加工代号输出为af230：粗镗、af240：半精镗以及af300：精镗。系统可以将指定加工代号输出为加工工艺路线图，优选的，采用graphviz绘制按照工序对应加工类型。[0082]本实施例优选，系统可以从刀具调整图使用如pdfpiumber等第三方库中提取表格数据，如下表：[0083][0084][0085]在本实施例中，系统可以根据以下公式计算一个工件或者某个程序段的电费情况：[0086]功率计算公式为：[0087]p＝ui＝fv；ꢀꢀꢀ(1)[0088]其中，p是功率，单位为瓦特(w)，f是切削力，单位为牛顿(n)，v是切削速度，单位为米/分钟(m/min)。[0089]切削力的计算公式为：[0090]fc＝kc*ae*ap*f；ꢀꢀꢀ(2)[0091]其中，fc是切削力，单位为牛顿(n)；kc是材料切削力系数；ae是每刃切削深度；ap是切削深度，单位为毫米(mm)；f是进给量，单位为毫米/转(mm/r)。[0092]切削速度的计算公式为：[0093][0094]其中，vc是切削速度，单位为米/分钟(m/min)；d是刀具直径，单位为毫米(mm)；n是主轴转速，单位为转/分钟(r/min)。[0095]由(1)式、(2)式、(3)式得：[0096][0097]用电量(kw/h)＝加工时间*p；ꢀꢀ(5)[0098]电费＝用电量(kw/h)*电费单价(元/度)；ꢀꢀ(6)[0099]计算t1101刀具对应程序段所需电费为例：[0100]结合从加工程序提取并保存到本地的表格数据和从刀具调整图提取的表格数据可以确定以下参数：[0101]工件材料为灰铸铁查表知材料切削力系数kc：0.8，切削深度ap：0.9mm,进给量：4.5mm/r，加工时间31f201：17.3s,2f1：19.7s，切削速度：185m/min，电费单价为1元/度。[0102]在不同加工阶段下的切削力，如何学好数控加工中心？功率为：[0103]第一阶段(31f201)：[0104]fc＝0.8*0.9*0.9*4.5＝2.916n；[0105]p＝f*v＝2.916*

185＝539.46w；[0106]第二阶段(2f1)：[0107]fc＝0.8*0.9*0.9*4.5＝2.916n；[0108]p＝f*v＝2.916*185＝539.46w；[0109]根据(5)、(6)计算用电量以及电费：[0110]第一阶段(31f201)：[0111][0112]电费＝0.0026*1＝0.0026元；[0113]第二阶段(2f1)：[0114][0115]电费＝0.0026*1＝0.0026元；[0116]总电费为：0.0026*2＝0.0052元[0117]图4为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例的每把刀所用电费示意图。图5为使用本发明实施例优选的电能分级及优化方法的具体应用示例的每把刀占比情况示意图。如图4及图5所示，系统统计每把刀所用电费成本，为降本提供数据支持。[0118]通过智能数字化手段对数控机加工程序阅读，实现准确、高效地对机加工程序进行阅读、提取主轴转速、进给速度、x,y位置、加工深度、加工形式等加工参数，便于加工工艺排序、分析、审核。[0119]本技术实施例提供的技术方案具有如下优点：[0120]1.由于采用了分析关键字段，从而能计算出待加工部件每个工步的消耗电能大小；[0121]2.由于采用了加工工艺规则，从而使新生成优化工步的合集可用于待加工部件；[0122]3.由于采用了电能经济加工规则，进一步缩限优化工步的集合，从而降低了系统整体的计算量，增加了电能的经济性；；[0123]4.由于将电能利用率最高的优化工步用于待加工部件，从而降低了生产成本，节约了能耗。[0124]通过智能数字化手段对数控机加工程序中的工艺参数提取，并智能分析。实现对加工过程中每个工步消耗电能、电费的预测，及利用分时电价收费进行优化加工工艺，达到降低电费。[0125]本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。[0126]本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本技术的范围。[0127]结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。[0128]结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。[0129]在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。[0130]上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本技术的，熟悉本领域的人员可在不脱离本技术的申请思想的情况下，对上述实施例作出种种修改或变化，因而本技术的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

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