[发明专利]一种数控机床伺服系统可靠性试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来评价数控机床伺服系统可靠性的试验装置，属于精密加工技术和工业自动化控制领域。

背景技术

数控机床广泛应用在机械加工制造业中，利用数控程序控制伺服电机驱动刀架来加工各种形状的零件。数控机床的可靠性对所加工零件精度和效率有着重要影响，而伺服系统是数控机床的重要组成部分，因此保证伺服系统的可靠性非常关键。

在对数控机床可靠性研究过程中，通常需要采集数控机床的故障数据，然后计算数控机床的平均无故障时间，作为数控机床的可靠性指标。在设计数控机床时，为了提高数控机床整机的可靠性，需要选择可靠性高的零部件，而要想了解零部件的可靠性水平，需进行可靠性试验。

数控机床零部件的可靠性与其工作环境和工作条件密切相关，可靠性试验必须能够模拟数控机床的真实的工作环境，否则试验结果与其实际可靠性水平有较大差别。

目前在数控机床设计过程中，数控机床生产厂家通常不对零部件进行可靠性试验，而是直接从这些零部件的生产厂家直接获取可靠性数据。由于零部件生产厂家并不能完全确定数控机床的使用环境和条件，所以这种方法并不准确。也有一些数控机床生产厂家对零部件进行加速寿命测试，即增加零部件的负荷和工作应力，来获取零部件的故障数据，然后再乘以加速寿命系数来确定零部件的可靠性水平。这种方法的缺点是加速寿命系数很难确定，如果选取不当，可靠性水平与真实值相差很远。

根据数控机床加工零件的特点，数控机床的伺服系统驱动刀架在低速、中速或高速下运行，且每次加减速度也不尽相同。刀架可能朝一个方向运行较长的距离，也可能运行一小段距离后马上反向运行。同时根据进给量的不同，伺服电机受到的反向力矩也不相同。可见，数控机床的伺服系统的速度、加速度、位移、力矩在不同的时间是不相同的，均是随机值。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控机床伺服系统的可靠性试验装置，该装置可以模拟数控机床的各种不同的工况，伺服系统驱动滑块以不同的速度、加速度在不同的反向力矩下运行不同的位移，记录运行过程中的故障数据，通过这些数据来计算、评价数控机床伺服系统的可靠性水平。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和一些电气控制元件（如控制伺服电机通断电的交流接触器）组成，对伺服系统进行可靠性试验其实主要是针对伺服驱动器和伺服电机进行可靠性试验，由于伺服系统在实际工作中的工作条件是未知的、随机的，为了模拟这种随机的工况，所设计的试验装置能够模拟这种随机的工作条件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种数控机床伺服系统可靠性试验装置，该试验装置包括机械结构系统和电气控制系统；该试验装置的实施方法包括对伺服电机驱动滑块运行的速度、加速度、位移及伺服电机承受的反向力矩控制方法。

该试验装置的机械结构系统包括底座、伺服电机、支撑板a、联轴器a、支撑板b、限位行程开关a、参考点行程开关、丝杠、滑块、导杆、限位行程开关b、支撑板c、联轴器b、液力变矩器、联轴器c、异步电动机；伺服电机通过支撑板a安装固定在底座上；滑块顶部开有螺纹孔，丝杠通过螺纹配合穿过该螺纹孔，丝杠的两端分别穿过支撑板b和支撑板c并与联轴器a、联轴器b连接；滑块的底部开有通孔，导杆穿过该通孔且其两端分别固定在支撑板b与支撑板c上；伺服电机的输出轴通过联轴器a带动丝杠转动，丝杠的一端通过螺纹配合带动滑块沿导杆滑动；丝杠的另一端通过联轴器b与液力变矩器的输出轴相连，液力变矩器的输入轴与异步电动机通过联轴器c相连；液力变矩器和异步电动机均安装在底座上；在丝杠靠近伺服电机的一端安装有限位行程开关a和参考点行程开关，在丝杠的另一端安装有限位行程开关b，限位行程开关a和限位行程开关b的作用是防止滑块碰到支撑板a和支撑板b，参考点行程开关的作用是保证伺服电机驱动丝杠时，丝杠从参考点出发以保证试验效果。

该试验装置的电气控制系统包括伺服驱动器、可编程控制器、交流接触器a、交流接触器b、绿色指示灯、红色指示灯、触摸屏、变频器、交流接触器触点a、交流接触器触点b、启动按钮、停止按钮、复位按钮、紧急停止按钮、正向点动按钮、反向点动按钮。

试验装置由可编程控制器控制，系统通入电后，绿色指示灯亮；如果滑块不在参考点位置，按下复位按钮，可编程控制器控制交流接触器a通电，交流接触器a的交流接触器触点a闭合，伺服驱动器通电，同时可编程控制器对伺服驱动器发送反向脉冲信号，伺服驱动器驱动伺服电机反转，丝杠随伺服电机一起反转，丝杠驱动滑块向左移动，碰到参考点行程开关后，可编程控制器的反向脉冲信号停止，伺服电机停止运转，滑块停止运动，准备过程结束。