本发明公开了一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，该加载方法的设计原理是在数控系统电机伺服轴端加载一定质量、尺寸的匀质圆盘，并在数控系统中编写G指令代码，实现数控系统伺服电机在运行工况下的载荷情况；为了更接近实际数控系统伺服轴的受载情况，在加载中，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载。本发明可以简单方便地实现数控系统伺服轴工况下的受载情况模拟。
1.一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，该加载方法可以简单方便地实现数控系统伺服轴工况下的受载情况模拟，其特征在于：该加载方法包括如下步骤：步骤（1）、在数控系统电机伺服轴端加载一定质量、尺寸的负载盘，所述的负载盘均为匀质圆盘；
步骤（2）、通过在数控系统编写G指令代码，进而可以在改变电机加速度和扭矩的基础上，实现数控系统实际工况下的受载情况模拟，对于上述的负载盘，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载；其中，根据圆弧插补时某一进给方向位移的关系式，计算出加载时角速度与切向线速度相对应的取值大小范围；在XY平面进行圆弧插补，切向线速度为vC，半径为R，角速度ω0＝vC/R，则X进给方向位移为S＝Rsinω0t；设ω、i、s1分别表示电机速度、减速比、丝杠导程,则进给方向位移 根据电机转矩平衡方程有 其中Tn表示电机的额定转
矩；根据Tn的关系式，可以计算出圆弧插补情况下不同vC所对应的Tn的大小；同样也进行XZ平面圆弧插补以及YZ平面圆弧插补；
当把一定质量、尺寸的负载盘加载到电机伺服轴时，需要对数控系统做一些能够反映数控系统可靠性的测试项目，主要包括XY平面圆弧插补测试、XZ平面圆弧插补测试、YZ平面圆弧插补测试、过载测试，通过这些测试项目，能使整个数控系统的受载情况更接近于数控系统在实际加工车间的受载情况，在足够长时间运行的条件下，完成数控系统的可靠性测试。
2.根据权利要求1所述的一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载
方法，其特征在于：所述的匀质圆盘的材料为钢，转动惯量为Jl=0.77DL×10 kgm。
3.根据权利要求1所述的一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，其特征在于：对于电机转子转动惯量，通过查看电机的参数说明书获得，对于负载转动惯量，考虑实际情况和计算方便，取负载转动惯量为电机转子转动惯量的2倍。
4.根据权利要求3所述的一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，其特征在于：根据实际情况的不同，适量改变负载转动惯量与电机转子转动惯量倍数的大小。
一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及数控系统性能参数测试试验的技术领域，具体是一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，该加载方法可以简单方便地实现数控系统伺服轴工况下的受载情况模拟。
背景技术
[0002] 数控系统和数控机床的可靠性水平，对数控装备正常运行和使用及数控生产厂商提高产品技术水平和产品竞争力均有着至关重要的作用。数控系统可靠性试验测试是在可靠性工程理论指导下，按国家相关标准和规范，并结合数控机床应用特点，通过实际试验测试的方法，获取数控系统运行时，能够反映数控系统可靠性的平均故障间隔时间MTBF、故障信息以及运行状态等数据。为了获得这些数据，在实验室条件下模拟实际工作的环境，对被测系统施加和实际工况相对应的负载，即通过加负载盘实现数控系统实际工况下的加载。
[0003] 目前，负载模拟装置一般采用的加载方式大致是：电液伺服装置加载、电磁加载和电机加载等。电液伺服加载主要优点是可实现连续加载，且频带较宽，输出负载力矩大，但存在液压源体积大、功耗和噪声大，容易产生多余力矩等缺点。电磁加载设备主要有测功机和磁粉制动器等，主要优点是转速范围宽，控制方便，制动力巨大，可实现自动化操作等，缺点是存在低速时加不上载荷的现象，不可连续加载，容易出现磁路饱和磁滞效应，使得力矩与电流并不是严格的线形关系。电机加载设备目前主要采用直流电机或力矩电机，直流电机作为加载元件主要存在电枢电流大，功率损失大，以及换向器的问题。采用力矩电机作为加载元件，能够提高较宽范围力矩，响应速度较快，但速度范围有限，不能主动拖动被测元件，操作复杂，负载装置侧的能量主要以热能的方式耗掉。总之，上述加载方式优缺点并存，均不是一些理想的加载方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于：本发明基于简单方便地前提下，介绍一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法；通过在电机伺服轴端加一定质量、尺寸的负载盘，对被测系统施加和实际工况相对应的负载，在实验室条件下实现伺服电机在实际工作时的受载情况，即伺服电机的正弦受载情况，进而完成数控系统的可靠性测试。
[0005] 本发明为了达到上述目的采用的技术方案为：一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，该加载方法可以简单方便地实现数控系统伺服轴工况下的受载情况模拟，其包括如下步骤：
[0006] 步骤(1)、在数控系统电机伺服轴端加载一定质量、尺寸的负载盘，所述的负载盘均为匀质圆盘；
[0007] 步骤(2)、通过在数控系统编写G指令代码，进而可以在改变电机加速度和扭矩的基础上，实现数控系统实际工况下的受载情况模拟，对于上述的负载盘，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载；其中，根据圆弧插补时某一进给方向位移的关系式，计算出加载时角速度与切向线速度相对应的取值大小范围。
[0008] 优选的，所述的匀质圆盘的材料为钢，转动惯量为Jl＝0.77D4L×10-12kgm2。
[0009] 优选的，对于电机转子转动惯量，通过查看电机的参数说明书获得，对于负载转动惯量，考虑实际情况和计算方便，取负载转动惯量为电机转子转动惯量的2倍。
[0010] 优选的，根据实际情况的不同，可以适量改变负载转动惯量与电机转子转动惯量倍数的大小。
[0011] 本发明的原理为：
[0012] 本发明首先查看伺服电机参数，设计和伺服电机轴配套的、一定质量、尺寸的匀质圆盘，根据圆弧插补时进给方向位移的关系式，计算出加载时角速度与切向线速度相对应的取值大小范围。其次通过在数控系统编写G指令代码，进而可以在改变电机加速度和扭矩的基础上，实现数控系统伺服电机实际工况下的受载情况，为了更接近实际数控系统伺服轴的受载情况，在加载中，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载。
[0013] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0014] 1、本发明最突出的优点就是能简单方便地实现数控系统实际工况下的受载情况模拟。在实际的数控系统加工车间中，当利用数控系统进行加工时，数控系统刀具端受到的力可能是变化的，这样转换到电机时受到的扭矩也是变化。本发明就可以简单方便地模拟这种情况，当把一定质量、尺寸的匀质圆盘加到伺服电机轴端时，通过G指令代码控制伺服电机实现圆弧插补，这样伺服电机轴端受到的扭矩就是变化的，便可模拟数控系统实际工况下的受载情况。
[0015] 2、本发明直接在数控系统电机伺服轴端加负载盘，更接近于数控系统实际工况下的受载情况，获得的性能参数更能反映出数控系统的可靠性测试情况。
附图说明
[0016] 图1表示数控系统性能参数测试的流程图；
[0017] 图2为某一匀质圆盘的具体尺寸。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图及本发明的具体实施方式具体说明本发明。
[0019] 本发明公开一种用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载方法，也可以说是一种实现数控系统工况加载的简易方法，利用该方法可以简单方便地实现数控系统在实际运行工况下的载荷情况。在数控系统伺服轴端加载一定质量、尺寸的负载盘，在改变电机的加速度和扭矩基础上，实现数控系统实际工况下的受载情况；为了更接近实际数控系统伺服轴的受载情况，在加载中，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载。
[0020] 图1表示用于数控系统性能参数测试的单一负载盘伺服轴加载试验方法的流程图，首先在数控系统电机伺服轴端加载一定质量、尺寸的负载盘，所述的负载盘均为匀质圆盘。
[0021] 然后，通过在数控系统编写G指令代码，进而可以在改变电机加速度和扭矩的基础上，实现数控系统实际工况下的受载情况模拟；对于上述的负载盘，借助圆弧插补实现伺服轴的正弦载荷加载；其中，根据圆弧插补时某一进给方向位移的关系式，计算出加载时角速度与切向线速度相对应的取值大小范围。
[0022] 当我们把一定质量、尺寸的负载盘加载到电机伺服轴时，需要对数控系统做一些能够反映数控系统可靠性的测试项目，主要包括XY平面圆弧插补测试、XZ平面圆弧插补测试、YZ平面圆弧插补测试、过载测试(让数控系统在过载状态下持续运行5秒)等等，通过这些测试项目，能使整个数控系统的受载情况更接近于数控系统在实际加工车间的受载情况，在足够长时间运行的条件下，完成数控系统的可靠性测试。
[0023] 由于伺服电机轴端加有负载盘，所以当伺服电机进行圆弧插补的时候，伺服轴端的加速度或者扭矩是变化的。
[0024] 考虑设计余度，电机伺服轴的实际上限转矩取额定转矩的80％，假定在XY平面进行圆弧插补，切向线速度为vC，半径为R，角速度ω0＝vC/R，则X进给方向位移为S＝Rsinω0t。
[0025] 设ω、i、s1分别表示电机速度、减速比、丝杠导程，则进给方向位移根据电机转矩平衡方程有其中Tn表示电机的额定转矩。
[0026] 我们知道，对于角速度 vC相对应的范围为 因此，根据Tn的关系式，我们可以计算出圆弧插补情况下不同vC所对应的Tn的大小。
[0027] 同样也可以进行XZ平面圆弧插补以及YZ平面圆弧插补。
[0028] 电机伺服轴负载变化时，会反馈到数控系统，这样可以利用采集模块采集数控系统的PLC信号，由于这些信号是电机在实际受载情况下的反馈信号，因此它的正常与否可以反映数控系统的可靠性，进而可以实现数控系统的可靠性测试。2
[0029] 如图2表示某型号电机伺服轴转子惯量为0.012kgm 时，所对应的匀质圆盘的具4 -12 2
体尺寸。在该实验中，我们选取圆盘的材料为钢，根据转动惯量Jl＝0.77DL×10 kgm，可以计算得到匀质圆盘的具体尺寸。
[0030] 本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
