數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范標準體系研究*

薛瑞娟　黃祖廣　文平階　邢國春　蔣　崢

(國家機床質量監督檢驗中心，北京 100102)

?

數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范標準體系研究*

薛瑞娟黃祖廣文平階邢國春蔣崢

(國家機床質量監督檢驗中心，北京 100102)

通過對伺服驅動及電動機現行行業標準的總結分析，針對其存在的問題，結合伺服驅動及電動機最新技術的發展，對數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范標準體系進行了研究，并提出22項新的行業標準。

數控機床；伺服驅動；電動機；標準體系

數控機床是工業之母，是國家的戰略產業。數控機床性能的好壞，依賴于先進的數控技術。數控技術的實現是通過數控系統來完成的，數控系統包括數控裝置、伺服驅動裝置、伺服電機和主軸電機等。而由伺服驅動及電動機作為控制對象動作的執行機構，在數控系統中起著舉足輕重的作用，其產品質量和性能的好壞直接關系到數控機床整機的性能，影響到我國數控產品和國外產品的競爭能力。除此之外，伺服驅動系統作為高速、高精度運動執行部件還廣泛應用于各種基礎制造裝備中。

近些年，伺服驅動及電動機技術取得了長足發展和進步，其產品也得到了逐步推廣，但是產品的檢測評價體系發展相對滯后，加強伺服驅動及電動機性能測試技術及檢測平臺的研究尤為重要。我國目前在伺服驅動及電動機的性能評測標準方面存在如下問題：(1)現有測試規范與標準落后于現代伺服驅動及電機技術的發展；(2)直線電機及伺服驅動測試規范與標準尚屬空白；(3)尚無分別對伺服驅動和電機性能進行獨立測試的規范和標準。(4)尚無伺服系統網絡通信同步性、實時性及魯棒性測試規范和標準。(5)尚無針對數控機床用伺服驅動及電機的可靠性測試標準。現有規范、標準無法促進伺服驅動及電機技術進步。因此，測試平臺建設和規范標準研究迫在眉睫。

1　目的和意義

“高檔數控機床及基礎制造裝備”國家科技重大專項提出：“到2020年，形成高檔數控機床與基礎制造裝備主要產品的自主開發能力，總體技術水平進入國際先進行列，部分產品國際領先”、“航空航天、船舶、汽車、發電設備制造所需要的高檔數控機床與基礎制造裝備80%立足國內”的總體目標。隨著一系列科研課題的開展實施，通過對核心技術的研究突破和資源集成，將有近百種不同規格的各類伺服驅動及電機(包括交流伺服電機、主軸電機、電主軸、力矩電機、直線電機等)實現產業化。如何客觀、公正、科學地對這些伺服驅動及電機進行評測、對這些科研成果進行鑒定是亟待解決的重要問題，目前國內的伺服驅動及電機檢測評價體系已無法滿足產品技術的發展，因此加強伺服驅動及電機檢測技術、檢測平臺及性能試驗規范標準體系的研究建設尤為重要。通過標準的規范，以獨立、客觀、科學的測試數據為依據，對伺服驅動及電機產品進行客觀評價，可為伺服系統的改進提出合理建議，進一步促進國產伺服驅動及電機品牌的發展。

2　標準現狀分析

目前，我國現行的數控機床用伺服驅動和電動機相關行業標準主要為以下4項：

(1)JB/T10275-2001《數控機床交流主軸驅動單元通用技術條件》。

(2)JB/T 10276-2001《數控機床交流伺服驅動單元通用技術條件》。

(3)JB/T10273-2001《數控機床交流主軸電動機通用技術條件》。

(4)JB/T10274-2001《數控機床交流伺服電動機通用技術條件》。

2.1驅動單元性能指標分析

根據JB/T10275-2001《數控機床交流主軸驅動單元通用技術條件》和JB/T 10276-2001《數控機床交流伺服驅動單元通用技術條件》兩項行業標準，對驅動單元的性能指標試驗項目進行了整理對比分析，如表1所示，“√”標識為標準中涵蓋該性能指標試驗項目。

2.2電動機性能指標分析

根據JB/T10273-2001《數控機床交流主軸電動機 通用技術條件》和JB/T 10274-2001《數控機床交流伺服電動機 通用技術條件》兩項行業標準，對電動機的性能指標試驗項目進行了整理對比分析，如表2所示，“√”標識為標準中涵蓋該性能指標試驗項目。

除以上4項行業標準之外，還有一些其他相關的國家標準和規范，這些標準和規范能夠覆蓋伺服驅動及電動機大部分常規測試方法，但是其技術內容已經落后于現代伺服驅動及電動機技術的發展，不能測試現代伺服驅動及電動機的關鍵性能指標。

表1交流伺服和交流主軸驅動單元標準條款和對應目標

序號性能指標試驗項目驅動單元交流伺服交流主軸1電氣安全性試驗√√2氣候環境適應性試驗√√3機械環境適應性試驗√√4保護性能試驗√√5電源適性能力試驗√√6電磁兼容性√√7可靠性√√8額定輸出容量試驗√√9轉速變化率試驗√√10調速范圍試驗√√11穩速精度試驗√√12穩定性能試驗√√13跟隨性能試驗√√14正反轉速差試驗√√15靜態剛度試驗√√16接口檢測√√17外殼防護等級試驗√√18額定電壓試驗√19額定電流試驗√20恒功率范圍試驗√21效率試驗√22制動功能試驗√23起制動功能試驗√

3　標準需求分析

通過對現行數控機床用伺服驅動及電動機行業標準的總結分析，結合伺服驅動及電動機最新技術的發展，可以看出現有測試標準及規范還不夠完善，標準技術內容還需改進，下一步需要完成的工作包括：

(1)制定數控機床力矩電動機標準。

表2交流伺服和交流主軸電動機標準條款和對應目標

序號性能指標試驗項目驅動單元交流伺服交流主軸1電氣安全性試驗√√2氣候環境適應性試驗√√3機械環境適應性試驗√√4噪聲試驗√√5電磁兼容性√√6可靠性√√7靜摩擦轉矩試驗√8空載電流試驗√√9旋轉方向試驗√√10額定轉速試驗√√11最高轉速試驗√√12額定轉矩試驗√√13額定功率試驗√√14連續堵轉轉矩試驗√15連續堵轉電流試驗√16額定電壓試驗√17最大轉矩試驗√18工作區試驗√19反電勢常數試驗√20轉子轉動慣量試驗√√21電氣時間常數試驗√22轉矩波動率試驗√23超速試驗√√24溫升試驗√√25外殼防護等級試驗√26最高電壓試驗√27過載能力

(2)制定數控機床直線電動機標準。

4　標準體系規劃

為了更好地為機床行業服務，根據伺服驅動及電機技術發展的需求，由全國工業機械電氣系統標準化技術委員會(以下簡稱SAC/TC231)組織，國家機床質量監督檢驗中心(以下簡稱國檢中心)牽頭，聯合哈爾濱工業大學(以下簡稱哈工大)及西安微電機研究所(以下簡稱西微所)對數控機床用伺服驅動及電機性能試驗規范標準體系進行了研究規劃。

SAC/TC231成立于1985年，其前身為全國金屬切削機床標準化技術委員會電氣系統分技術委員會，是從事工業機械電氣系統相關技術領域標準化工作的全國性技術組織，負責工業機械電氣系統專業領域的國家標準和行業標準的技術歸口工作；承擔國際標準化組織 IEC/TC44技術委員會國際標準化的國內歸口工作；負責參加國際標準草案的投票表決，參與國際標準的制訂和國際標準的轉化工作等。其下設有 4個分會和 6個工作組包括：紡織機械電氣系統分會(SAC/TC231/SC1)、機床電氣系統分會(SAC/TC231/SC2)、安全控制系統分會(SAC/TC231/SC3)、縫制機械電氣系統分會(SAC/TC231/SC4)、開放式數控系統工作組(SAC/TC231/WG1)、建設與起重機械電氣系統工作組(SAC/TC231/WG2)、電磁兼容工作組(SAC/TC231/WG3)、塑料機械電氣系統工作組(SAC/TC231/WG4)、半導體加工設備電氣系統工作組(SAC/TC231/WG5)、電敏裝置工作組(SAC/TC231/WG6)。

圖1為SAC/TC231的組織結構圖，數控機床用伺服驅動及電機性能試驗規范標準由SAC/TC231下設機床電氣系統分會(SAC/TC231/SC2)歸口；圖2為SAC/TC231的標準體系框圖，數控機床用伺服驅動及電機性能試驗規范標準屬于標準體系中的“機床電氣設備”小類。經過初步研究、分析和討論，決定將數控機床用伺服驅動及電機性能試驗規范標準體系分為5個系列標準進行研究制定，分別為：交流驅動單元試驗規范、主軸電動機性能試驗規范、伺服電動機性能試驗規范、直線電動機性能試驗規范及力矩電動機性能試驗規范。

5　標準計劃申請獲批

2014年6月23日，工業和信息化部辦公廳下達了工信廳科﹝2014﹞114號文件《關于印發2014年第二批行業標準制修訂計劃的通知》，由全國工業機械電氣系統標準化技術委員會秘書處上報的《數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范》22項行業標準獲批立項，均列為重點項目，如表3所示。

表3《數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范》行業標準制修訂計劃

序號計劃號項目名稱性質制修訂完成年限主管部門技術委員會或技術歸口單位備注12014-0699T-JB數控機床電氣設備及系統交流驅動單元性能試驗規范第1部分:總則推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點22014-0700T-JB數控機床電氣設備及系統交流驅動單元性能試驗規范第2部分:參數自整定功能推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點

序號計劃號項目名稱性質制修訂完成年限主管部門技術委員會或技術歸口單位備注32014-0701T-JB數控機床電氣設備及系統交流驅動單元性能試驗規范第3部分:在線諧振和自動振動抑制功能推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點42014-0702T-JB數控機床電氣設備及系統交流驅動單元性能試驗規范第4部分:三環帶寬推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點52014-0703T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第1部分:總則推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點62014-0704T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第2部分:連續堵轉電流推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點72014-0705T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第3部分:連續堵轉轉矩推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點82014-0706T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第4部分:峰值堵轉電流推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點92014-0707T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第5部分:峰值堵轉轉矩推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點102014-0708T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第6部分:低速平穩性推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點112014-0709T-JB數控機床電氣設備及系統力矩電動機性能試驗規范第7部分:轉矩密度推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點122014-0710T-JB數控機床電氣設備及系統伺服電動機性能試驗規范第1部分:總則推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點132014-0711T-JB數控機床電氣設備及系統伺服電動機性能試驗規范第2部分:齒槽定位轉矩推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點142014-0712T-JB數控機床電氣設備及系統伺服電動機性能試驗規范第3部分:過載能力推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點152014-0713T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第1部分:總則推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點

序號計劃號項目名稱性質制修訂完成年限主管部門技術委員會或技術歸口單位備注162014-0714T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第2部分:推力推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點172014-0715T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第3部分:定位力推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點182014-0716T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第4部分:推力線性度及推力系數推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點192014-0717T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第5部分:推力波動推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點202014-0718T-JB數控機床電氣設備及系統直線電動機性能試驗規范第6部分:初、次級磁吸力推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點212014-0719T-JB數控機床電氣設備及系統主軸電動機性能試驗規范第1部分:總則推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點222014-0720T-JB數控機床電氣設備及系統主軸電動機性能試驗規范第2部分:功率密度推薦制定2016裝備工業司全國工業機械電氣系統標準化技術委員會重點

6　結語

總之，伺服驅動及電動機技術的發展無論對機床行業還是其他制造業都是非常重要的，通過標準的規范，可進一步促進技術的發展。目前，《數控機床用伺服驅動及電動機性能試驗規范》22項行業標準正在按照計劃的時間節點順利進行，已進入送審階段，標準內容豐富，任務較多，篇幅限制關系，在此就不一一展開說明。詳盡內容請關注正式出版后的標準文本。

[1]“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項課題任務合同書《伺服驅動及電機測試規范、標準研究與測試平臺》(2012 ZX04001051).

[2] 中華人民共和國工業和信息化部.JB/T10275-2001數控機床交流主軸驅動單元通用技術條件[S].北京：機械工業出版社，2014.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.JB/T 10276-2001數控機床交流伺服驅動單元通用技術條件[S].北京：機械工業出版社，2014.

[4] 中華人民共和國工業和信息化部.JB/T 10273-2001.數控機床交流主軸電動機通用技術條件[S].北京：機械工業出版社，2014.

[5] 中華人民共和國工業和信息化部.JB/T10274-2001數控機床交流伺服電動機通用技術條件[S].北京：機械工業出版社，2014.

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

·名詞解釋·

胎模鍛胎模鍛造是介于自由鍛和模鍛之間的一種鍛造方法，它是在自由鍛錘上使用簡單模具(稱為胎模)生產鍛件的一種常用鍛造方法。胎模鍛造時，胎模自由地放在錘頭和下砧塊之間，先采用自由鍛造方法將坯料預鍛成近似鍛件的形狀，然后放入胎模模膛中，用鍛錘打至上、下模緊密接觸時，坯料便會在模膛內壓成與模膛形狀一致的鍛件。胎模鍛造生產的鍛件，其精度和形狀的復雜程度較自由鍛造高，加工余量小，生產率較高，而且胎模結構簡單，制造方便，無需昂貴的模鍛設備，是一種既經濟又簡便的鍛造方法，廣泛用于小型鍛件的中小批量生產。

Research on standards system of NC machine tool servo drive and motor performance test specification

XUE Ruijuan，HUANG Zuguang，WEN Pingjie，XING Guochun，JIANG Zheng

(National Machine Tool Quality Supervision Testing Center, Beijing 100102，CHN)

By means of summary and analysis of the current servo drive and motor industry standards, aimed at the existing problems, and combined with the the latest development of servo drive and motor technology, the standards system of NC machine tool servo drive and motor performance test specification was studied in this paper, and 22 new industry standards were put forward.

NC machine tool; servo drive; motor; standards system

TH122

B

薛瑞娟，女，1987年生，碩士，全國工業機械電氣系統標準化技術委員會秘書，主要研究方向為數控系統測試與評價技術及機械電氣系統安全相關標準化等。

160554

“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項：伺服驅動及電機測試規范、標準研究與測試平臺(2012ZX04001051)