淺析數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性

石爍宇 蔡雪松

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)良好的發(fā)展期前景，制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展中不可或缺的組成部分，逐漸成為支柱型產(chǎn)業(yè)，成為我國當(dāng)前發(fā)展規(guī)劃的首要產(chǎn)業(yè)。在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床作為其重要載體，其發(fā)展水平好壞受到社會(huì)各界廣泛的關(guān)注。就數(shù)控機(jī)床發(fā)展本質(zhì)而言，不僅影響到交通行業(yè)，同時(shí)還會(huì)影響到航天行業(yè)發(fā)展，當(dāng)前我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀來看，呈現(xiàn)高精密和高速發(fā)展特性，并逐漸朝著智能化和柔性化方向發(fā)展，但是機(jī)床質(zhì)量卻始終存在問題，數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性迫切需要改善。由此，本文主要就數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，就其中存在的問題，提出合理的改善措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；電氣系統(tǒng)；可靠性；高精密性

數(shù)控機(jī)床是伴隨科學(xué)技術(shù)水平快速發(fā)展衍生出來的，經(jīng)過不斷發(fā)展和完善，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，取得了較為可觀的成效。數(shù)控機(jī)床在實(shí)踐應(yīng)用中，較之傳統(tǒng)機(jī)床而言，有著較為突出的優(yōu)勢(shì)，具有高速、高精密特點(diǎn)，能夠節(jié)省人力資源成本，避免浪費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，大大提升生產(chǎn)效率，為制造企業(yè)創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益。但是由于我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)更多是依賴國外進(jìn)口，國產(chǎn)機(jī)床質(zhì)量偏低，在可靠性同國外機(jī)床存在明顯的差異，嚴(yán)重制約我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展。由此看來，加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性研究是十分有必要的，有助于為后續(xù)研究和實(shí)踐應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床，顧名思義是一種先進(jìn)的數(shù)字化機(jī)床，主要是由電氣系統(tǒng)、防護(hù)裝置、液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及主軸組建等眾多部分組成。其中數(shù)控機(jī)床中的電氣系統(tǒng)是其中核心部分，承擔(dān)著數(shù)控機(jī)床各個(gè)部件協(xié)調(diào)作業(yè)的職責(zé)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，接收控制面板發(fā)出的指令，傳送到機(jī)床各個(gè)部門，控制機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)[1]。電氣系統(tǒng)包含數(shù)控單元、伺服放大器、伺服電機(jī)、編碼器、光柵尺，檢測(cè)開關(guān)、電磁閥還可以有變頻器和繼電器等。

作為數(shù)控機(jī)床的中樞，數(shù)控系統(tǒng)使用好壞直接影響到數(shù)控機(jī)床性能的發(fā)揮，能否正常執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。所以，加強(qiáng)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)可靠性研究是必然選擇，同時(shí)成為用戶在選購機(jī)床最主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)前競爭愈加激烈的市場(chǎng)中，國外數(shù)控機(jī)床企業(yè)憑借自身強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)工藝，占據(jù)了我國數(shù)控機(jī)床的半壁江山，能否有效提升數(shù)控機(jī)床可靠性，已經(jīng)成為我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的首要待解決問題之一。

2 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性低的原因

隨著近些年數(shù)控機(jī)床在制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，社會(huì)各界對(duì)其認(rèn)知水平有了顯著提高，數(shù)控機(jī)床作為一種先進(jìn)的技術(shù)工藝，容易出現(xiàn)毛病的部分多為電氣控制部分，只有少部分原因是由于機(jī)械部分造成的[2]。電氣控制作為數(shù)控機(jī)床中核心組成部分，出現(xiàn)故障率較高，將直接影響到數(shù)控機(jī)床設(shè)備的正常運(yùn)行。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障多數(shù)是由國產(chǎn)機(jī)電質(zhì)量元件質(zhì)量不高造成的，就我國機(jī)電元件質(zhì)量差的問題來看，主要體現(xiàn)在檢測(cè)開關(guān)、繼電器、電磁閥、信號(hào)通訊電纜及電源供給模塊和PLC輸入輸出模塊等方面，同國外生產(chǎn)的機(jī)電元件質(zhì)量差異較大。

經(jīng)國外權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，計(jì)算機(jī)故障問題有超過九成是由于電源自身故障導(dǎo)致的，強(qiáng)電設(shè)備對(duì)于電源存在不同程度的額影響，在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖噪聲，這種噪聲通過多種途徑傳到到設(shè)備各個(gè)部分，影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行[3]。所以，針對(duì)此類問題，需要結(jié)合電磁兼容性原理，從電源方面采取措施，抑制外界的脈沖干擾。

3 提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性的措施

3.1 可靠性設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性大小有很大一部分原因是在設(shè)計(jì)階段決定的，通過對(duì)數(shù)控機(jī)床制造和生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)。一般說來，只要能夠提升可靠性的設(shè)計(jì)技術(shù)，都可以將其稱之為可靠性設(shè)計(jì)，但是由于當(dāng)前我國數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量偏低，在生產(chǎn)制造過程中缺乏科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)信息，所以難以切實(shí)的對(duì)機(jī)床可靠性進(jìn)行預(yù)估和評(píng)價(jià)。我國在機(jī)床設(shè)計(jì)階段可靠性措施主要有以下幾種，包括健全可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、可靠性設(shè)計(jì)檢查表以及設(shè)計(jì)評(píng)審，對(duì)于存在的故障問題進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)。其中可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是日本數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的主要方法之一，是指對(duì)產(chǎn)品故障和危害程度進(jìn)行分析，以此為基礎(chǔ)，選擇更為可靠的元器件，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，切實(shí)提升產(chǎn)品的可靠性[4]。

3.2 電源設(shè)計(jì)

通過大量實(shí)踐證明，如果想要提升數(shù)控系統(tǒng)可靠性，首先需要結(jié)合實(shí)際需要，解決電源問題，以此為突破口，強(qiáng)化電源適應(yīng)能力。由此，應(yīng)選擇降額設(shè)計(jì)技術(shù)，選擇功率器件和電源濾波器等，其中主要內(nèi)容包括對(duì)電流和電壓進(jìn)行降額，還包括對(duì)溫度、振動(dòng)等環(huán)境應(yīng)力的降額。所以在數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，首先需要結(jié)合實(shí)際要求留有余量，在環(huán)進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮到抗振和散熱方面技術(shù)的選擇，以求進(jìn)一步提升數(shù)控機(jī)床的可靠性。

3.3 先進(jìn)的裝配工藝和制造技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，需要通過對(duì)設(shè)備的制造和裝配實(shí)現(xiàn)，如果裝配工藝水平差，那么可能保證數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，所以需要構(gòu)建完整的可靠性體系。制造和裝配工藝落后，那么就需要手工勞動(dòng)，耗費(fèi)大量人力資源，加劇成本。在硬件方面很難有效提升數(shù)控電氣系統(tǒng)可靠性，所以針對(duì)此類問題，需要盡快建立可靠性保證體系，加大軟件研發(fā)力度，有計(jì)劃、有組織的進(jìn)行控制和管理。與此同時(shí)，對(duì)于數(shù)控電氣系統(tǒng)進(jìn)行可靠性論證，制定科學(xué)合理的考核方法，以此來提升數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王丹娜，李劍雄.數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性概述[J].商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察，2012，12（7）：307.

[2]曲在先.提高數(shù)控機(jī)床PLC的可靠性探討[J].城市建設(shè)，2012，13（10）.

[3]吳憲.提高機(jī)床PLC的可靠性探討[J].城市建設(shè)，2012，22（10）.

[4]朱偉，趙中敏.數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)可靠性增長研究[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2013，26（6）：43-46.