● 摘要
数控系统可靠性测试中，为了模拟实际工况，需要对数控系统电机施加转矩负载。本文设计了一种以交流电机变频控制为核心的动态载荷加载测试系统，并将其应用于面向可靠性测试的数控系统加载试验。
首先介绍了实验室条件下常用的电机加载方式，重点分析了数控系统可靠性测试中目前所采用的负载盘加载方式的局限性，为解决存在的问题，决定采用电动加载方案进行数控系统加载试验研究。分析了数控系统动态载荷加载特点，并介绍了加载的基本原理。
在理论分析的基础上，介绍了加载测试系统的设计。针对西门子840D数控系统，本加载测试系统采用四台交流异步电机作为负载电机，以PLC和变频器为系统控制和驱动核心，进行了驱动和控制程序的开发，并在PC机上开发了友好的人机界面。加载系统实现了连续稳定的转矩加载，并且实现了负载的大范围调节。在加载的同时，将数控系统输出的机械能转化成电能，通过变频器回馈至电网，有效地提高了能量利用率。
数控系统运行时，加载测试系统需实时获取数控系统及各被测电机的运行状态，并以此为根据来判断施加转矩的目标电机和目标转矩。本文采用西门子840D数控系统PLC读取NC数据的方式，获取了所需的各项参数，并通过数控系统的Profibus DP接口与加载测试系统进行数据共享。使用840D接口信号技术的数字量输出功能，实现了通过G代码发送加载命令的功能，加载系统解析命令后，按照设定值施加转矩，达到了自动调节转矩负载的需求。
使用加载测试系统对840D数控系统进行了一系列加载试验，包括主轴加载试验、进给轴直线插补加载试验以及传动效率试验等。实际试验结果表明，加载测试系统具有良好的动静态响应特性，而且具有较高的能量回馈水平，能够满足数控系统可靠性测试的加载需求。