数控机床用伺服驱动及电动机性能试验规范标准体系研究 （国家机床质量监督检验中心，北京１００１０２） 摘要：通过对伺服驱动及电动机现行行业标准的总结分析，针对其存在的问题，结合伺服驱动及电动机最 新技术的发展。对数控机床用伺服驱动及电动机性能试验规范标准体系进行了研究，并提出２２项新 的行业标准。 关键词：数控机床；伺服驱动；电动机；标准体系 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ｂ 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 １００１ ０２，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｉｎｄｕｓｔ￣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 ｉｎｄｕｓｔ￣ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ；ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅ；ｍｏｔｏｒ；ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｓｙｓｔｅｍ 数控机床是工业之母，是国家的战 略产业。数控机床性能的好坏，依赖于 先进的数控技术。数控技术的实现是通 zPsgiol逐步推广，但是产品的检测评价体系发 展相对滞后，加强伺服驱动及电动机性 能测试技术及检测平台的研究尤为重 要。我国目前在伺服驱动及电动机的性 过数控系统来完成的，数控系统包括数 控装置、伺服驱动装置、伺服电机和主轴 能评测标准方面存在如下问题：（１）现 有测试规范与标准落后于现代伺服驱动 及电机技术的发展；（２）直线电机及伺 服驱动测试规范与标准尚属空白；（３） 电机等。而由伺服驱动及电动机作为控 制对象动作的执行机构，在数控系统中 起着举足轻重的作用，其产品质量和性 能的好坏直接关系到数控机床整机的性 能，影响到我国数控产品和国外产品的 竞争能力。除此之外，伺服驱动系统作 为高速、高精度运动执行部件还广泛应 尚无分别对伺服驱动和电机性能进行独 立测试的规范和标准。（４）尚无伺服系 统网络通信同步性、实时性及鲁棒性测 试规范和标准。（５）尚无针对数控机床 用于各种基础制造装备中。 用伺服驱动及电机的可靠性测试标准。 zzｃｏｎｔｒｏＩ ｓｙｓｔｅｍｓ『Ｓ １． １６４· 近些年，伺服驱动及电动机技术取 现有规范、标准无法促进伺服驱动及电 机技术进步。因此，测试平台建设和规 得了长足发展和进步，其产品也得到了 ６２０６１ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｓａｆｅｔｙ——ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｎ—－ ［４］ＩＳＯ １３８４９—１：２００６ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｓａｆｅｔｙ—－ｒｅｌａｔｅｄ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ—— ｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ［ｓ］． 第一作者：薛瑞娟，女，１９８７年 生，硕士，全国工业机械电气系统标 Ｐａｒｔ １：Ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ［Ｓ］． ［５］ＩＥＣ／ＴＲ ６２０６１—１：２０１０ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＳＯ １３８４９—１ ａｎｄ ＩＥＣ 准化技术委员会秘书，主要研究方 “高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项：伺服驱动及电机测试规范、标准研究与测试平台（２０１２ＺＸ０４００１０５１） ePf·rp范标准研究迫在眉睫。 薛瑞娟 黄祖广 文平阶 邢国春 蒋 峥 １ 目的和意义 “高档数控机床及基础制造装备” 国家科技重大专项提出：“到２０２０年，形 成高档数控机床与基础制造装备主要产 品的自主开发能力，总体技术水平进入 国际先进行列，部分产品国际领先”、 “航空航天、船舶、汽车、发电设备制造 所需要的高档数控机床与基础制造装备 ８０％立足国内”的总体目标。随着一系 列科研课题的开展实施，通过对核心技 术的研究突破和资源集成，将有近百种 不同规格的各类伺服驱动及电机（包括 交流伺服电机、主轴电机、电主轴、力矩 向为数控系统测试与评价技术及机 械电气系统安全相关标准化等。 文章编号：１６０５５３ 如果您想发表对本文的看法．请将文章编号填入读 者意见调查表中的相应位置。 ＵＩｂ平帚０剐 －Ｉ行业标准及应用 ｎｄｕｓｔｗ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｌｃａｔｉｏｎ 电机、直线电机等）实现产业化。如何 客观、公正、科学地对这些伺服驱动及电 机进行评测、对这些科研成果进行鉴定 是亟待解决的重要问题，目前国内的伺 服驱动及电机检测评价体系已无法满足 产品技术的发展，因此加强伺服驱动及 电机检测技术、检测平台及性能试验规 范标准体系的研究建设尤为重要。通过 标准的规范，以、客观、科学的测试 数据为依据，对伺服驱动及电机产品进 １ ２ 序 号 发展，不能测试现代伺服驱动及电动机 的关键性能指标。 表２交流伺服和交流主轴电动机 标准条款和对应目标 表１ 交流伺服和交流主轴驱动单元 标准条款和对应目标 驱动单元 性能指标试验项目 交流 交流 伺服 主轴 电气安全性试验 气候环境适应性试验 、／ 、／ 、／ 、／ 行客观评价，可为伺服系统的改进提出 rp序 号 性能指标试验项目 驱动单元 交流 交流 伺服 主轴 、／ 、／ １ 电气安全性试验 、／ 、／ ２ 气候环境适应性试验 ３ 机械环境适应性试验 噪声试验 、／ 、／ 、／ 、／ ４ 合理建议，进一步促进国产伺服驱动及 电机品牌的发展。 ２标准现状分析 目前，我国现行的数控机床用伺服 驱动和电动机相关行业标准主要为以下 ４项： （１）ＪＢ／Ｔ１０２７５—２００１《数控机床交 流主轴驱动单元通用技术条件》。 （２）ＪＢ／Ｔ １０２７６—２００１《数控机床交 流伺服驱动单元通用技术条件》。 （３）ＪＢ／Ｔ１０２７３—２００１《数控机床交 流主轴电动机通用技术条件》。 （４）ＪＢ／Ｔ１０２７４—２００１《数控机床交 流伺服电动机通用技术条件》。 ２．１驱动单元性能指标分析 g根据ＪＢ／Ｔ１０２７５—２００１《数控机床 交流主轴驱动单元通用技术条件》和 ＪＢ／Ｔ １０２７６—２００１《数控机床交流伺服 s驱动单元通用技术条件》两项行业标 准，对驱动单元的性能指标试验项目进 P行了整理对比分析，如表１所示，“、／”z 标识为标准中涵盖该性能指标试验 项目。 ２．２ 电动机性能指标分析 交流主轴电动机通用技术条件》和ＪＢ／ Ｔ １０２７４—２００１《数控机床交流伺服电动 机通用技术条件》两项行业标准，动机的性能指标试验项目进行了整理对 z根据ＪＢ／Ｔ１０２７３—２００１《数控机床 对电 比分析，如表２所示，“、／”标识为标准 中涵盖该性能指标试验项目。 除以上４项行业标准之外，还有一 些其他相关的国家标准和规范，这些标 准和规范能够覆盖伺服驱动及电动机大 部分常规测试方法，但是其技术内容已 经落后于现代伺服驱动及电动机技术的 ／一 ７０ ｌｂ牛弟０朋 ３ 机械环境适应性试验 、／ ４ 保护性能试验 、／ f、／ 、／ ５ 电源适性能力试验 ６ 电磁兼容性 P、／ 、／ e、／ 、／ ７ 可靠性 、／ 、／ ８ 额定输出容量试验 、／ 、／ ９ 转速变化率试验 l、／ 、／ １Ｏ 调速范围试验 、／ 、／ １１ 稳速精度试验 o＾ｖ， ＾ｖ， １２ i稳定性能试验 、／ 、／ １３ 跟随性能试验 、／ 、／ １４ 正反转速差试验 、／ 、／ １５ 静态刚度试验 、／ 、／ １６ 接口检测 、／ 、／ １７ 外壳防护等级试验 、／ 、／ １８ 额定电压试验 、／ １９ 额定电流试验 、／ ２０ 恒功率范围试验 、／ ２１ 效率试验 、／ ２２ 制动功能试验 、／ ２３ 起制动功能试验 、／ ３标准需求分析 通过对现行数控机床用伺服驱动及 电动机行业标准的总结分析，结合伺服 驱动及电动机最新技术的发展，可以看 出现有测试标准及规范还不够完善，标 准技术内容还需改进，下一步需要完成 的工作包括： （１）制定数控机床力矩电动机 标准。 ５ 电磁兼容性 、／ 、／ ６ 可靠性 、／ 、／ ７ 静摩擦转矩试验 、／ ８ 空载电流试验 、／ 、／ ９ 旋转方向试验 、／ 、／ １０ 额定转速试验 、／ 、／ ｌ１ 最高转速试验 、／ 、／ １２ 额定转矩试验 、／ 、／ １３ 额定功率试验 、／ 、／ １４ 连续堵转转矩试验 、／ １５ 连续堵转电流试验 、／ ｌ６ 额定电压试验 、／ １７ 最大转矩试验 、／ ｌ８ 工作区试验 、／ １９ 反电势常数试验 、／ ２０ 转子转动惯量试验 、／ 、／ ２ｌ 电气时间常数试验 、／ ２２ 转矩波动率试验 、／ ２３ 超速试验 、／ 、／ ２４ 温升试验 、／ 、／ ２５ 外壳防护等级试验 、／ ２６ 最高电压试验 、／ ２７ 过载能力 （２）制定数控机床直线电动机 标准。 （３）改进或补充如下测试技术：①电 流环、速度环和位置环频带宽度测试技术； ②最优参数自整定功能测试技术；③机械 谐振抑制功能测试技术；④传动间隙补偿 功能测试技术；⑤伺服驱动器测试技术；⑥ · １６５ · zzzzPsgiolePfrp＿ｎｄｕｓｔｌ行业标准及应用 ｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 序号 计划号 项目名称 性质 制修订 完成年限 主管部门 技术委员会或技术归口单位 备注 数控机床电气设备及系统交 ３ ２０１４—０７０１Ｔ—ＪＢ 流驱动单元性能试验规范第 ３部分：在线谐振和自动振动 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 抑制功能 ４ ２０１４—０７０２Ｔ—ＪＢ 数控机床电气设备及系统交 流驱动单元性能试验规范第 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 p全国工业机械电气系统标 准化技术委员会 重点 重点 ４部分：三环带宽 r准化技术委员会 ５ ２０１４—０７０３Ｔ—ｊＢ 数控机床电气设备及系统力 矩电动机性能试验规范第１ 推荐 制定 ２Ｏｌ６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 重点 部分：总则 f准化技术委员会 数控机床电气设备及系统力 全国６ ２０１４——０７０４Ｔ——ＪＢ 矩电动机性能试验规范第２ 推荐 制定 P２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 工业机械电气系统标 重点 部分：连续堵转电流 数控机床电气设备及系统力 全国工业机械电气系统标 ７ ２０ｌ４—０７０５Ｔ—ＪＢ 矩电动机性能试验规范第３ 推荐 e制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：连续堵转转矩 l数控机床电气设备及系统力 全国工业机械电气系统标 ８ ２０１４—０７０６Ｔ—ＪＢ 矩电动机性能试验规范第４ oi推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：峰值堵转电流 数控机床电气设备及系统力 全国工业机械电气系统标 ９ ２０１４—０７０７Ｔ—ＪＢ 矩电动机性能试验规范第５ 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：峰值堵转转矩 g数控机床电气设备及系统力 全国工业机械电气系统标 １０ ２０１４——０７０８Ｔ——ＪＢ 矩电动机性能试验规范第６ s推荐 制定 ２０ｌ６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：低速平稳性 P数控机床电气设备及系统力 全国工业机械电气系统标 ｌｌ ２０１４—－０７０９Ｔ—z－ＪＢ 矩电动机性能试验规范第７ 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：转矩密度 数控机床电气设备及系统伺 全国工业机械电气系统标 ｌ２ ２０１４—０７１ＯＴ—ＪＢ 服电动机性能试验规范第１ 推荐 制定 ２Ｏｌ６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：总则 全国工业机械电气系统标 ｌ３ z数控机床电气设备及系统伺 ２０ｌ４—０７ｌ１Ｔ—ＪＢ 服电动机性能试验规范第２ 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：齿槽定位转矩 数控机床电气设备及系统伺 全国工业机械电气系统标 １４ ２０１４—０７ｌ２Ｔ—ＪＢ 服电动机性能试验规范第３ 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 部分：过载能力 １５ ２０１４—０７ｌ３Ｔ—ＪＢ 数控机床电气设备及系统直 线电动机性能试验规范第１ 推荐 制定 ２０１６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 重点 部分：总则 准化技术委员会 ； ｕｌｂ牛弟 朋 ·１６７· z＿行业标准及应用 ＩＩ ｎｄｕｓｔｗ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 序号 计划号 项目名称 数控机床电气设备及系统直 １６ ２０１４—０７１４Ｔ—ＪＢ 线电动机性能试验规范第２ 推荐 部分：推力 制定 性质 制修订 完成年限 主管部门 技术委员会或技术归口单位 全国工业机械电气系统标 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 备注 rp全国准化技术委员会 准化技术委员会 重点 １７ ２０１４——数控机床电气设备及系统直 ０７１５Ｔ——ＪＢ 线电动机性能试验规范第３ 部分：定位力 数控机床电气设备及系统直 推荐 制定 全国工业机械电气系统标 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 １８ ２０１４—０７ｌ６Ｔ～ＪＢ 线电动机性能试验规范第４ 推荐 部分：推力线性度及推力系数 数控机床电气设备及系统直 制定 全国工业机械电气系统标 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 １９ ２０１４０７１７Ｔ—ＪＢ 线电动机性能试验规范第５ 推荐 部分：推力波动 ePf制定 制定 制定 制定 社，２０１４． 工业机械电气系统标 ２０１６ 装备工业司 准化技术委员会 重点 ２０ ２０１４—０７ｌ８Ｔ—ＪＢ 数控机床电气设备及系统直 线电动机性能试验规范第６ 推荐 部分：２０１６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 重点 ２１ ２０１４—０７ｌ９Ｔ—ＪＢ 数控机床电气设备及系统主 轴电动机性能试验规范第ｌ 推荐 部分：iol技重大专项课题任务合同书《伺服驱动及 电机测试规范、标准研究与测试平台》 （２０１２ ＺＸ０４００１０５１）． 初、次级磁吸力 ２０１６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 重点 总则 ２２ ２０１４—０７２０Ｔ—ＪＢ zPsg部分：数控机床电气设备及系统主 轴电动机性能试验规范第２ 推荐 功率密度 ２０１６ 装备工业司 全国工业机械电气系统标 准化技术委员会 重点 ６ 结语 ［５］中华人民共和国工业和信息化部．ＪＢ／ Ｔ１０２７４—２００１数控机床交流伺服电动机 总之，伺服驱动及电动机技术的发展 无论对机床行业还是其他制造业都是非常 重要的，通过标准的规范，可进一步促进技 ［２］中华人民共和国工业和信息化部．ＪＢ／ Ｔ１０２７５—２００１数控机床交流主轴驱动单 元通用技术条件［Ｓ］．北京：机械工业出 版社，２０１４． 通用技术条件［Ｓ］．北京：机械工业出版 社，２０１４． 术的发展。目前，《数控机床用伺服驱动 及电动机眭能试验规范》２２项行业标准正 在按照计划的时间节点顺利进行，已进入 送审阶段，标准内容丰富，任务较多，篇幅 关系，在此就不一一展开说明。详尽 内容请关注正式出版后的标准文本。 第一作者：薛瑞娟，女，１９８７年 生，硕士，全国工业机械电气系统标 ［３］中华人民共和国工业和信息化部．ＪＢ／Ｔ １０２７６—２００１数控机床交流伺服驱动单元 通用技术条件［ｓ］．北京：机械工业出版 准化技术委员会秘书，主要研究方 向为数控系统测试与评价技术及机 zz参考文献 ·社．２０１４． 械电气系统安全相关标准化等。 文章编号：１６０５５４ 如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读 ［４］中华人民共和国工业和信息化部．ＪＢ／Ｔ １０２７３—２００１．数控机床交流主轴电动机 通用技术条件［ｓ］．北京：机械工业出版 ［１］．‘高档数控机床与基础制造装备”国家科 者意见调蠢表中的相应位置。 名词解释· 胎模锻胎模锻造是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，它是在自由锻锤上使用简单模具（称为胎模）生产锻件的一种常 用锻造方法。胎模锻造时，胎模自由地放在锤头和下砧块之间，先采用自由锻造方法将坯料预锻成近似锻件的形状，然后放入胎模 模膛中，用锻锤打至上：下模紧密接触时，坯料便会在模膛内压成与模膛形状一致的锻件。胎模锻造生产的锻件，其精度和形状的 复杂程度较自由锻造高，加工余量小，生产率较高，而且胎模结构简单，制造方便，无需昂贵的模锻设备，是一种既经济又简便的锻 造方法，广泛用于小型锻件的中小批量生产。 ．－６８．
