[发明专利]一种数控系统可靠性鉴定试验条件与方案的评估确定方法

摘要

本发明公开了一种数控系统可靠性鉴定试验条件与方案的评估确定方法，该方法是基于数控系统的使用特点以及可靠性鉴定试验的相关理论，从温度、湿度、振动等环境条件和电应力、功能模式、输入信号、负载条件等方面提出了用于数控系统可靠性鉴定试验的条件确定流程和方法，同时可以在数控系统的实际可靠性鉴定试验中得以实施，试验的过程由试验剖面确定。它有四大步骤：步骤一：环境条件的确定；步骤二：工作条件的确定；步骤三：试验方案第一部分的确定；步骤四：试验方案第二部分的确定。本方法可以快速简单地给出针对数控系统可靠性试验的条件和方案，便于试验迅速展开，在数控系统监测及评估技术领域里具有实用价值。

主权项

一种数控系统可靠性鉴定试验条件与方案的评估确定方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：环境条件的确定数控系统的可靠性试验涉及的环境条件包括温度、湿度和振动3类；GB/T 26220‑2010的4.4.1节给出了数控系统的环境要求和标准，包括：其所属的机械电气设备安全类标准GB5226.1‑2008、调速电气系统相关的GB/T 12668.1‑2002、GB/T 12668.2‑2002和用于可编程控制器的IEC 61131‑2:2007；由于这些标准的环境条件并不统一，当将这些标准涉及的产品组合起来作为单个系统进行试验时，需要对数控系统具体情况进行综合分析，对标准给出的条件进行剪裁确定试验条件，或参考一般性的用于固定使用在有气候防护场所设备的可靠性试验标准GB 7288.2‑87来确定环境条件；以下是根据上述内容确定了三种不同的环境条件：（1）温度：数控系统应能正常工作在预期使用环境空气温度为5℃~40℃范围内，考虑到中国气候带分布南北方差异，放宽到0℃~55℃，对于非常热的环境及寒冷环境，则有额外的要求；（2）湿度：当数控系统最高温度为40℃，相对湿度不超过50%时，其中电气设备应能正常工作；温度低则允许高的相对湿度，如20℃时为90%；（3）振动：GB 5226.1‑2002要求应通过选择合适的设备，将数控系统中的电气设备远离振源安装或采取附加措施，以防止由机械及其有关设备产生或实际环境引起的振动、冲击和碰撞的不良影响；步骤二：工作条件的确定工作条件包括产品现场工作中的电源环境、功能模式、输入信号、负载条件的组合；其中电源环境的电压变化范围为额定值的‑15%~10%，频率变化范围为49~51Hz；功能模式中应根据产品的技术条件或使用说明书所规定的全部功能确定功能模式，功能转换由操作者直接控制，或者靠程序信号自动控制；对于输入信号，根据产品技术条件或使用说明书确定典型测试程序，程序应体现产品所规定的功能输入信号为典型零件的加工程序；对于负载条件，要按实际工作情况来确定，以最后输出到电气执行元件为止进行计算；电气执行元件采用模拟负载；步骤三：试验方案第一部分的确定可靠性鉴定试验首先实施可靠性组合环境应力试验；由于试验的受试产品为采用内置型机箱并且机箱内包含LCD、磁盘驱动器温度敏感器件的数控系统或装置，根据GB/T 26220‑2010，试验温度为‑40~55℃，选择常温工作温度为30℃，其中工作温度下限为0℃；工作温度上限为55℃；工作温变低温为0℃，高温为55℃，温变率为1/min℃；贮存温度下限为‑40℃；贮存温度上限为70℃；试验箱内的相对湿度控制在30%~95%，根据GB/T 26220—2010，试验的振动条件选择为频率范围10Hz~55Hz，扫频速度1octave/min，振幅峰值0.15mm，的正弦扫频振动，x、y、z三轴各方向每轴各10次；为考核数控系统在严酷环境条件的可靠性，在工作低温时，对供电电压采取‑15%的下拉偏；在工作高温时对供电电压采取10%的上拉偏；步骤四：试验方案第二部分的确定鉴定试验的第二部分为正式运行试验，第二阶段试验的综合应力包括：温度、湿度、电应力和工作应力；温度和湿度应力采用试验现场的自然环境条件，试验过程中做实时监测和记录；第二阶段试验剖面为一个循环，整个剖面以数控系统运行的所有典型工况为依据制定，对主轴和进给轴各部分测试内容的顺序并无影响，同时以剪裁和拆分组合进行测试；其中，系统上电开机后，先人工对按键功能测试一遍，之后通过编程实现主轴和进给轴的不同工况，主轴和进给轴的测试又分为不加载和加载两种情况；空载测试时，不加负载，令所有输出轴在额定转速正反转各5min；主轴加速测试时，令主轴转速在10s内从0加速到极速的90%，正反向均测试；主轴极速测试时，令主轴在5秒内从极速的90%加速至极速，保持5秒，再从5秒内减速至极速的90%，保持5秒，正反向均测试；主轴减速测试时，令主轴转速在10秒内从极速的90%减速到0，正反向均测试；直线插补运动测试时，X、Y、Z轴两两组合分别在额定转速下同时从零位置运动到各自最大行程的90%，然后返回；圆弧插补运动测试时，X、Y、Z轴两两组合在额定转速下分别在XY、XZ、YZ平面内做顺时针及逆时针圆弧插补运动各一周；过载测试时，令数控系统在功率或扭矩在110%额定载荷下持续运行5s；急停测试时，在数控系统运行过程中，随机选择急停来测试数控系统的反应；最后对系统进行断电，一个完整的循环结束。