試論數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性

于福來

摘要：數(shù)控機(jī)床不斷的發(fā)展，國外依靠成熟的技術(shù)以及制造水平，技術(shù)水平不斷提高，我國的機(jī)床面臨的競爭越來越激烈，作為數(shù)控機(jī)床的核心，不斷的提高電氣系統(tǒng)的可靠性，讓電氣系統(tǒng)保持長久穩(wěn)定，舒適人機(jī)界面，安全可靠的可持續(xù)狀態(tài)，是制造出高精度經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)。

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

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計值，要通過制造和裝配過程予以保證和實現(xiàn)。低劣的制造和裝配工藝，可靠性設(shè)計值就成為根本不能兌現(xiàn)的空話，因此對關(guān)鍵的制造工序和裝配工序要建立可靠性保證體系。制造和裝配工藝水平落后，過多的手工操作和人為參與是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)可靠性的軟肋。對于國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)這種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，現(xiàn)有的工藝水準(zhǔn)，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性。國際名牌數(shù)控系統(tǒng)的大批生產(chǎn)，采用機(jī)器人焊接，實現(xiàn)全自動制造，減少人為參與，避免了由于人為不慎所造成的失誤。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)一般沒有齊全的技術(shù)資料，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，別人很難從源代碼解讀，只有原編者才能修改。因此要加緊建立軟件可靠性保證體系，對軟件的研制、測試、運行和維護(hù)各階段進(jìn)行計劃、組織、監(jiān)督控制和指導(dǎo)。對開發(fā)的數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)軟件要進(jìn)行可靠性論證，制定軟件的可靠性考核辦法，以便有效提高軟件可靠性。

一、數(shù)控系統(tǒng)可靠性低的原因

近幾年來數(shù)控機(jī)床企業(yè)界有了一些新的認(rèn)識，數(shù)控機(jī)床毛病最多的是電氣控制部分，其次才是機(jī)械部分。電氣部分故障率高的是數(shù)控系統(tǒng)部分，其他部分出現(xiàn)故障的概率很少。通過對數(shù)控機(jī)床的故障統(tǒng)計分析得知，電氣系統(tǒng)故障絕大多數(shù)是國產(chǎn)機(jī)電元件質(zhì)量差所引起的。其中國產(chǎn)元件存在質(zhì)量問題最多的包含機(jī)械觸點繼電器、開關(guān)、按鍵、鍵盤、接插器、屏蔽電纜、電容、連接器、交流插座等。根據(jù)一項國外的統(tǒng)計，計算機(jī)的故障中90%是電源本身的故障和來自電源對干擾的傳導(dǎo)，往往強(qiáng)電設(shè)備對電源系統(tǒng)是存在一定的影響的，強(qiáng)電在使用中會產(chǎn)生很強(qiáng)的脈沖噪聲，通過各種途徑傳導(dǎo)影響電子設(shè)備的正常運行。根據(jù)電磁兼容性（EMC）原理，首先把電源搞好，從電源系統(tǒng)抑制干擾更有效。因為電源系統(tǒng)往往是噪聲的“媒體”通過饋線傳播干擾。近年來，雖然電網(wǎng)供電質(zhì)量有較大提高，但是各地工廠的具體情況差別很大，部分工廠電壓波動超過士15%，這時往往伴隨著種種噪聲干擾，系統(tǒng)會時好時壞，故障率明顯增加。

二、數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問題分析

現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問題突出，展開相應(yīng)的可靠性問題分析研究具有積極的現(xiàn)實意義與價值。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)正如上文所述是機(jī)床的核心，電氣系統(tǒng)可靠性屬于綜合性問題，造成可靠性下降的問題因素較多。隨著數(shù)控機(jī)床越發(fā)普及，數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障問題也日益凸顯。電氣系統(tǒng)故障在數(shù)控機(jī)床故障中占比超過70%，而在多數(shù)的數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障原因當(dāng)中，元器件質(zhì)量低等相關(guān)原因較為突出。我國國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，因機(jī)電元器件質(zhì)量差直接導(dǎo)致了機(jī)床電氣系統(tǒng)控制效能下降，影響著數(shù)控機(jī)床運行效率和生產(chǎn)質(zhì)量?？傮w來看國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械觸點繼電器、開關(guān)、按鍵、鍵盤、接插器、屏蔽電纜、電容、連接器、交流插座等元器件的故障率高。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)受外部電源干擾而失靈或失控的情況時有發(fā)生。通常情況下強(qiáng)電設(shè)備對電源系統(tǒng)都有影響，強(qiáng)電會產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖噪音，噪音通過一些途徑對電氣系統(tǒng)各部件造成影響，使電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。做好電源系統(tǒng)噪音抑制早已經(jīng)成為機(jī)床設(shè)計的一項基礎(chǔ)工作，但目前電源干擾問題并沒有因為技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計完善而徹底解決，避免電源干擾還需要電網(wǎng)優(yōu)化等其他措施加以輔助，目前來看困難較大。數(shù)控機(jī)床的日常使用規(guī)范性和維保工作到位率也是影響電氣系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。目前個別企業(yè)在數(shù)控機(jī)床使用過程中，注重生產(chǎn)效率而輕視了使用規(guī)范性，違規(guī)操作情況突出，同時企業(yè)在設(shè)備維保方面的投入也不到位，發(fā)現(xiàn)問題解決問題成為常態(tài)，缺乏維保的及時性和有效性。

三、數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性的策略

數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性水平從根本上說是在設(shè)計階段決定的，是通過實際的制造和生產(chǎn)管理實現(xiàn)的。凡是為提高產(chǎn)品可靠性水平而采取的設(shè)計技術(shù)都稱為可靠性設(shè)計。目前由于數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)產(chǎn)品缺乏真實可用的可靠性數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)在真正意義上進(jìn)行可靠性的預(yù)計和分配。但我們可以采取多種實用的可靠性設(shè)計措施，如制訂可靠性設(shè)計準(zhǔn)則、可靠性設(shè)計檢查表，實行可靠性設(shè)計評審，在故障分析基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計等。可靠性設(shè)計準(zhǔn)則，被日本的企業(yè)界認(rèn)為是產(chǎn)品可靠性設(shè)計的三大法寶之一。它是在對產(chǎn)品進(jìn)行故障模式、危害度和影響分析的基礎(chǔ)上，選用更加可靠的零件、元器件，采用簡化設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、降額設(shè)計、熱設(shè)計、冗余設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、人機(jī)工程設(shè)計等技術(shù)，從而保證產(chǎn)品的可靠性。經(jīng)過大量的研究實驗和實踐，我們必須認(rèn)識到要想把CNC做好，首要問題是解決電源的問題，確定提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性要以供電電源為突破口，切實提高電源的電網(wǎng)適應(yīng)能力和電磁兼容性能力。首先大膽采用降額設(shè)計技術(shù)，重點是選擇功率器件（大功率三極管、快恢復(fù)二極管等）以及低通電源濾波器，電解電容等。降額設(shè)計的使用應(yīng)包括電流、電壓和功率等電學(xué)應(yīng)力降額，也應(yīng)包括像振動、溫度、沖擊等環(huán)境應(yīng)力方面的降額。在進(jìn)行設(shè)計時不僅要充分考慮穩(wěn)態(tài)性能，還要兼顧脈沖狀態(tài)以及環(huán)境變化時所引起的供電波動、浪涌和干擾等情況。因此，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計階段要留有足夠的余量。當(dāng)進(jìn)行環(huán)境設(shè)計時也應(yīng)考慮抗振設(shè)計和熱設(shè)計的加固技術(shù)。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的安裝好壞對數(shù)控機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：沈陽機(jī)床股份有限公司）endprint