● 摘要
数控机床已经是国家工业化和现代化的重要标志，与国外相比，国产数控机床的可靠性水平较低，开展数控机床可靠性研究迫在眉睫。目前针对数控机床的可靠性研究着重点之一在于对长期运行过程中的故障数据进行收集，进而通过可靠性建模分析得到可靠性的评价指标MTBF，通过故障模式分析得到故障易发部位，通过故障危害度分析得到最致命的故障部位，为可靠性设计提供依据，这种分析方法没有考虑到数控机床长期运行过程中性能逐渐退化导致不满足用户需求而失效的问题，本文从性能退化角度对数控系统的可靠性进行研究。本文两个方面对数控系统性能退化进行研究，一方面通过试验测试的方法获得性能退化数据；另一方面通过建模分析的方法分析性能退化的影响因素。
数控系统性能退化数据收集及分析研究中，通过收集性能退化的数据对数控系统性能退化进行评价。研究工作中搭建了性能测试的试验平台，在11个月内等时间间隔对数控系统的性能进行测试，得到性能退化数据，对数据进行分析得到性能变化趋势。从定位、重复定位精度，斜线精度，圆精度三个方面确立了数控系统在运行过程中的性能评价指标，对得到的性能退化数据进行相应的算法分析，分析计算结果表明在测试时间段内数控系统性能退化不明显。
在对影响数控系统性能退化的因素进行分析中，对数控伺服系统进行建模，考察性能退化的影响因素。对永磁同步电机的数学模型和矢量控制方法进行分析，在Matlab/Simulink中建立数控伺服系统的仿真模型。将温度作为影响因素来进行分析，温度主要对电机的三相定子电阻和永磁体磁链产生影响，通过修改PMSM库文件中的模型，来引入温度输入，从而考察在不同温度下模型的输出变化规律。仿真结果显示在-10℃-300℃范围内，系统输出的稳态值和调节时间基本保持不变；系统超调量先下降后上升，在20-100℃范围内超调量达到最小值；系统上升时间先增大后减小，在20℃-100℃范围内达到最大值。电流幅值不断增大，不同转速下的电流幅值基本相同。温度对数控伺服系统性能退化影响不大。