数控系统综合性能测试方法与装置制造方法及图纸

一种数控系统综合性能测试方法与装置，适用于对高端数控系统轨迹控制的动静态性能进行测试分析，主要由5轴机械平台、驱动器单元、传感器单元、数据采集单元、5轴数控系统、数据预处理模块、综合性能分析模块和显示单元等组成，传感器包括光栅尺、振动传感器、加速度传感器等；综合性能分析模块可以测试数控系统的单轴阶跃信号响应特性、单轴静态特性、单轴正弦信号响应特性、单轴低速特性与快速运动特性、多轴插补精度、插补段过度特性和微小线段加工特性等诸多综合性能指标。测试时由数控系统产生期望加工轨迹并控制机械平台运动，由传感器采集闭环运动数据，实时获得综合性能分析结果，克服了传统需依赖切削过程完成数控系统性能测试的缺陷。

Comprehensive Performance Testing Method and Device of CNC System

A comprehensive performance test method and device for NC system is suitable for testing and analyzing the dynamic and static performance of high-end NC system trajectory control. It is mainly composed of 5-axis mechanical platform, driver unit, sensor unit, data acquisition unit, 5-axis NC system, data preprocessing module, comprehensive performance analysis module and display unit. The sensor includes grating ruler, vibration and so on. Sensors, acceleration sensors, etc. Comprehensive performance analysis module can test the response characteristics of single-axis step signal, single-axis static characteristics, single-axis sinusoidal signal response characteristics, single-axis low-speed characteristics and fast motion characteristics, multi-axis interpolation accuracy, excessive characteristics of interpolation section and micro-line processing characteristics of CNC system. The desired machining trajectory is generated by the NC system and the motion of the mechanical platform is controlled. The closed-loop motion data are collected by the sensor, and the comprehensive performance analysis results are obtained in real time. This overcomes the shortcomings of traditional NC system performance testing which depends on the cutting process.

【技术实现步骤摘要】
数控系统综合性能测试方法与装置
本专利技术属于数控技术与运动控制
，涉及到五轴数控系统性能测试仪器的开发，特别涉及一种数控系统综合性能测试方法与装置。
技术介绍
目前，高速高精度数控设备已经成为制造业不可或缺的加工设备，也是未来制造技术竞争的制高点。高速数控设备的心脏是数控系统，数控系统直接影响数控机床的精度和静态特性。性能检测和评价是数控系统研究开发过程的必需环节，通过性能检测发现数控系统设计中存在的问题、预测可能会出现的故障，进一步优化了机床的性能。现阶段对数控系统性能测试主要通过实际切削完成，用加工精度来反映数控系统性能，这种方式以消耗零件材料和刀具为代价的，无疑会增加测试成本，同时测试的时间也较长。国外高档数控设备制造商对数控系统性能参数测试通常是自己研制专门测试仪器并不对外销售；而国内数控系统生产厂商通常采用大量切削实验方法对产品性能进行测试和验证，没有现成的高速数控系统性能测试产品，需要进行非标定制。因此，迫切需要开发一种具有普适性的数控系统综合性能测试装置，用它定量地测量数控系统的各种动静态性能指标，同时减少高端数控系统的开发周期和成本。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种数控系统综合性能测试方法与装置，通过安装在5轴机械平台上的多种传感器实时地检测闭环运行数据，从而对数控系统综合性能进行分析和评估，避免了传统需依赖实际切削方法来测试数控系统的性能的缺点，大大降低了数控系统的开发成本，本专利技术还可用来检验和评估新开发的数控系统综合性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种数控系统综合性能测试方法，包括：步骤1，控制机械平台按期望加工轨迹运动，测量闭环运动参数数据；步骤2，对所述数据进行预处理；步骤3，将预处理后的数据进行性能分析，实现多种性能指标的分析测试，所述性能分析包括单轴动态跟踪性能测试、多轴插补性能测试、微小线段加工性能测试和主轴性能测试；步骤4，将分析测试结果通过显示终端以数据或者图像的形式进行显示。所述机械平台为5轴机械平台，采用5轴数控系统控制其加工轨迹运动，所述闭环运动参数数据包括振动量、温度、加速度、角速度和各轴位移量。所述预处理包括去噪、放大、转换处理、存储、最大最小值筛选以及分类。所述单轴动态跟踪性能测试包括单轴阶跃特性测试、单轴静态特性测试、单轴正弦特性测试、单轴低速特性与快速运动特性测试，通过数控系统ISO代码生成一个阶跃信号或正弦信号，控制伺服电机按照输入指令进行运动，同时激活数据采集，通过光栅尺采集测量轴的实际位移量，计算出响应时间和超调量，最后通过显示终端给出与理论值曲线对比得出的单轴动态跟踪特性。所述多轴插补性能测试包括多轴插补精度测试和插补段过度特性测试，通过数控系统G代码生成直线指令、圆弧指令和多线段指令，驱动伺服电机进行给进，通过光栅尺采集多轴运动数据并储存，利用采集到的各轴位置和速度数据计算当次测试结果，通用数控系统估值、最大误差值和最大负误差，绘制出动态误差曲线。所述微小线段加工性能测试通过数控系统G代码生成微小线段加工轨迹，CNC控制器控制机械平台运动，通过光栅尺和速度传感器采集位移和角速度信号，计算速度最大误差和位移最大误差，完成微小线段动态加工误差曲线绘制。所述主轴性能测试通过数控系统发出主轴单元旋转指令，控制主轴电机高速旋转，由主轴伺服驱动器及振动传感器分别采集包括主轴振动、温度、转速和负载率在内的指标，进行去噪和放大，再分析计算出主轴性能指标。本专利技术还提供了一种数控系统综合性能测试装置，包括5轴机械平台17，在5轴机械平台17上布置有用于获取振动量、温度、加速度、角速度和各轴位移量的传感器单元，所述传感器单元接数据采集单元，数据采集单元进行数据的去噪、放大和转换处理，所述数据采集单元接数据预处理模块，数据预处理模块对数据采集单元的输出数据进行存储，并完成最大最小值筛选、分类的预处理，所述数据预处理模块接综合性能分析模块，综合性能分析模块包括单轴阶跃特性测试模块、单轴静态特性测试模块、单轴正弦特性测试模块、单轴低速特性与快速运动特性测试模块、多轴插补精度测试模块、插补段过度特性测试模块和微小线段加工特性测试模块构成，完成多种综合性能指标的测试，所述综合性能分析模块接显示单元，所述显示单元将分析测试结果以数据或者图像的形式进行显示。所述5轴机械平台17由在3轴立式机械平台上，装上2轴高精度转台组成，搭配5轴伺服驱动系提供16，主轴采用高速电主轴结构，其相应的5轴数控系统由CNC控制器、机床操作面板构成，CNC控制器实现对5轴机械平台17的联动运动控制。所述传感器单元包括电主轴上的振动传感器1、温度传感器2和Z轴加速度传感器3，X轨道6上的X轴加速度传感器4和X轨道直光栅尺12，Y轨道7上的Y轴加速度传感器5和Y轨道直光栅尺13，A摆动轴18上的摆动轴角速度传感器8、A摆动轴加速度传感器9和A摆动轴圆光栅尺15，C旋转轴19上的旋转轴加速度传感器10、C旋转轴角速度传感器11和C旋转轴圆光栅尺14；所述数据采集单元由工控机、内置AD/DA数据采集卡和5轴编码器数据采集卡构成，包含滤波电路、放大电路和DSP芯片。与现有技术相比，本专利技术适用于对高端数控系统轨迹控制的动静态性能进行测试与分析，涉及到数控装备、运动控制与自动测试等技术。综合性能分析模块可以测试数控系统的单轴阶跃信号响应特性、单轴静态特性、单轴正弦信号响应特性、单轴低速特性与快速运动特性、多轴插补精度、插补段过度特性和微小线段加工特性等诸多综合性能指标。在对数控系统性能进行测试时，由数控系统生产期望加工轨迹并控制机械平台运动，然后由传感器采集闭环运动数据，通过实时分析获得综合性能分析结果。这种装置提供了一种数控系统综合性能分析方式，克服了传统方法需依赖切削过程完成性能测试的缺陷。附图说明图1是数控系统综合性能测试装置示意图。图2是数控系统性能测试传感器配置图。图3运动状态数据采集流程图。图4是单轴动态跟踪性能测试原理图。图5是测试装置数据处理流程图。具体实施方式为了使本专利技术技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施对本专利技术做进一步说明。本专利技术数控系统综合性能测试装置主要由5轴机械平台17、驱动器单元、传感器单元、数据采集单元、5轴数控系统、数据预处理模块、综合性能分析模块和显示单元组成。5轴数控系统产生指令轨迹，并通过CNC控制器控制机械平台进行运动；数据采集单元实时采集机械平台上的各个传感器上的数据，进行去噪、放大和A/D变换处理，通过PCI总线接口将采集数据送往预处理单元进行分类和存贮，然后由综合性能分析模块进行各项指标的计算和评估。5轴机械平台17的底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件采用高强度消失模铸造成型技术，保证内部金相组织稳定，确保基础件的高稳定性。使用了高刚性、高精密电主轴、最高转速可达25000r/min。采用C3级高精密、高强度滚珠丝杠。采用进口高精度锁紧螺母，珠丝杠经预拉伸后，大大增加了传动刚性并消除了运动时产生的热变形影响，确保了定位精度和重复定位精度。XYZ重复定位精度可达0.005mm，进给速度40m/min，C旋转轴精度达3"，A摆动轴精度达5″。本专利技术5轴机械平台17由在3轴立式机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控系统综合性能测试方法，其特征在于，包括：步骤1，控制机械平台按期望加工轨迹运动，测量闭环运动参数数据；步骤2，对所述数据进行预处理；步骤3，将预处理后的数据进行性能分析，实现多种性能指标的分析测试，所述性能分析包括单轴动态跟踪性能测试、多轴插补性能测试、微小线段加工性能测试和主轴性能测试；步骤4，将分析测试结果通过显示终端以数据或者图像的形式进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种数控系统综合性能测试方法，其特征在于，包括：步骤1，控制机械平台按期望加工轨迹运动，测量闭环运动参数数据；步骤2，对所述数据进行预处理；步骤3，将预处理后的数据进行性能分析，实现多种性能指标的分析测试，所述性能分析包括单轴动态跟踪性能测试、多轴插补性能测试、微小线段加工性能测试和主轴性能测试；步骤4，将分析测试结果通过显示终端以数据或者图像的形式进行显示。2.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述机械平台为5轴机械平台，采用5轴数控系统控制其加工轨迹运动，所述闭环运动参数数据包括振动量、温度、加速度、角速度和各轴位移量。3.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述预处理包括去噪、放大、转换处理、存储、最大最小值筛选以及分类。4.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述单轴动态跟踪性能测试包括单轴阶跃特性测试、单轴静态特性测试、单轴正弦特性测试、单轴低速特性与快速运动特性测试，通过数控系统ISO代码生成一个阶跃信号或正弦信号，控制伺服电机按照输入指令进行运动，同时激活数据采集，通过光栅尺采集测量轴的实际位移量，计算出响应时间和超调量，最后通过显示终端给出与理论值曲线对比得出的单轴动态跟踪特性。5.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述多轴插补性能测试包括多轴插补精度测试和插补段过度特性测试，通过数控系统G代码生成直线指令、圆弧指令和多线段指令，驱动伺服电机进行给进，通过光栅尺采集多轴运动数据并储存，利用采集到的各轴位置和速度数据计算当次测试结果，通用数控系统估值、最大误差值和最大负误差，绘制出动态误差曲线。6.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述微小线段加工性能测试通过数控系统G代码生成微小线段加工轨迹，CNC控制器控制机械平台运动，通过光栅尺和速度传感器采集位移和角速度信号，计算速度最大误差和位移最大误差，完成微小线段动态加工误差曲线绘制。7.根据权利要求1所述数控系统综合性能测试方法，其特征在于，所述主轴性能测试通过数控...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建福，陈乐瑞，李党超，
申请(专利权)人：西安交通大学，广东顺德西安交通大学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61