[发明专利]一种基于机床仿真模型的数控装置运动控制性能测试系统

说明书

技术领域

本发明属于数控装置运动控制性能测试领域，具体涉及到一种基于机床仿真模型的数控装置运动控制性能测试系统。

背景技术

数控机床是制造业的基础，是国家的战略物质，而数控装置是数控机床的核心组成部分，决定着数控机床的功能和性能，随着制造业的蓬勃发展，对数控装置的技术指标、综合性能以及可靠性等方面提出了更高的要求，同时也促进了数控装置技术指标和综合性能检测水平的发展，在国家大力促进国产数控装置发展和数控装置研发的背景下，迫切的需要能客观、准确、便捷的对数控装置的技术指标和综合指标性能进行检测和评价的设备，有助于数控装置的生产厂商和研发单位全方面的了解自己的产品和薄弱环节，以利于国产数控装置整体综合性能的提高。

目前对数控装置运动控制性能的测评一般采用在数控机床上直接加工具备特定几何特征的试件,用加工得到的试件的最终几何尺寸来评判数控装置的运动控制性能，但是试件最终几何尺寸与加工精度受多方因素影响，除数控装置自身因素外，还有机床伺服进给系统位置误差、机床几何精度、以及试件的测量误差等，通过在机床上加工试件的方法不能对数控装置自身的运动控制性能作出准确地评定。因此，需要建立一套标准机床的仿真模型用于对数控装置运动控制性能的测试，从而避免机床自身不确定因素和加工性能的不一致性对数控装置运动控制性能测评结果的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于机床仿真模型的数控装置运动控制性能测试系统，通过建立机床仿真模型，由此解决机床自身不确定因素和加工性能不一致性影响数控装置运动控制性能测评结果的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于机床仿真模型的数控装置运动控制性能测试系统，该系统包括仿真模块、数据收发模块、性能分析模块和结果显示模块，其特征在于，

所述仿真模块模拟实际机床与待测数控装置连接，其包括多个仿真模型，通过接受来自该待测数控装置的指令数据，并根据所述仿真模型对实际机床的各个伺服进给轴的运动位置和动态特性进行实时仿真，从而输出所述各个伺服进给轴的位置反馈数据，

其中，所述仿真模型包括伺服进给系统模型、切削力模型、数控指令单元和位置数据输出单元，所述伺服进给系统模型为所述仿真模型的主体部分，用于模拟机床的各轴运动特性与机械特性，所述切削力模型用于模拟实际加工过程中各轴方向切削力的大小，所述数控指令单元用于接收并解析所述待测数控装置发来的指令数据，所述位置数据输出模块用于将所述仿真模型计算得到的各进给轴位置数据传递至所述数据收发模块；

所述数据收发模块连接所述仿真模块和与所述性能分析模块，该数据收发模块读取和采集待测数控装置的数控指令数据以及来自所述仿真模块的位置反馈数据，并将其传递至所述性能分析模块；

所述性能分析模块与所述结果显示模块连接，该性能分析模块接受所述数据收发模块的数据，并根据性能指标测评算法对所述数据进行分析处理，从而得出各性能评价指标的值，并通过结果显示模块输出和显示，由此完成对待测数控装置运动控制性能的测评。

进一步优选地，所述伺服进给系统模型为多轴伺服进给系统，其包括三个平动和两个转动进给轴，每个转动轴为一个单轴伺服进给系统模型。

进一步优选地，所述单轴伺服进给系统模型按照实际的机床伺服进给系统的结构与运动特性进行建模，包括位置环控制器、速度环控制器、电流环控制器以及伺服进给系统机电传动部分。

进一步优选地，所述伺服进给系统机电传动部分包括电机、滚珠丝杠系统、非线性摩擦、联轴器间隙。

进一步优选地，待测数控装置中设置有基于工业以太网的高速现场总线主站卡，所述仿真模型在实时仿真板卡中运行，安装有所述实时仿真板卡的测试装置硬件平台中设置有基于工业以太网的高速现场总线从站卡，从而实现待测数控装置与所述仿真模型之间的数据交互。

进一步优选地，所述仿真模型的实时仿真过程通过基于高速DSP与FPGA的实时仿真板卡实现。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过利用实际机床的标准模型对数控装置运动控制性能进行测试，其测试结果不会受到不同机床自身不确定因素的影响，具有较高的准确性与较强的通用性；

2、本发明通过对数控装置运动控制性能进行测试时，在基于高性能DSP与FPGA的实时仿真板卡中利用机床仿真模型进行在线运动仿真，具有实时性强的特点；