數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題研究

李多祥，呂博

（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題研究

李多祥，呂博

（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床已廣泛應(yīng)用到航天、機(jī)械制造、金屬冶煉、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。隨著數(shù)控機(jī)床的不斷發(fā)展進(jìn)步，可靠性高的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。而電氣系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心構(gòu)成，提高其可靠性是數(shù)控機(jī)床進(jìn)步的重要問(wèn)題。

數(shù)控機(jī)床；制造；電氣系統(tǒng)

區(qū)別于普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床是一種使用程序控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)制造的機(jī)電一體化自動(dòng)化機(jī)床，控制系統(tǒng)根據(jù)程序編碼及指令按照?qǐng)D紙的要求，自動(dòng)加工出需要的零件、部件。數(shù)控機(jī)床降低了人工加工的錯(cuò)誤，提高加工精度、生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化加工程序的同時(shí)，可以改善勞動(dòng)者的勞動(dòng)條件，在生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床大大提高生產(chǎn)制造效率。

數(shù)控機(jī)床由潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、刀庫(kù)、cnc系統(tǒng)、防護(hù)裝置、液壓系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、冷切系統(tǒng)、主軸組件、進(jìn)給系統(tǒng)等組成。電氣系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部位，而且出現(xiàn)故障的頻率也非常高，提高電氣系統(tǒng)的可靠性，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

1 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題

電氣系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心系統(tǒng)，其功能是接收程序指令，識(shí)別解釋程序，對(duì)結(jié)果邏輯數(shù)據(jù)計(jì)算和判斷處理，發(fā)出速度控制、時(shí)間控制的處理指令。電氣控制系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、電源模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、伺服主軸驅(qū)動(dòng)器、伺服主軸、電機(jī)、PLC輸入輸出模塊、機(jī)床操作面板等組成。

按用途分，電氣系統(tǒng)包括控制電器、主令電器、保護(hù)電器、配電電器、執(zhí)行電器。

按元件分，電氣系統(tǒng)分為電氣系統(tǒng)有兩部分，以半導(dǎo)體器件、集成電路為主組成的強(qiáng)電交流主電路；以電氣元件、電子功率器為主組成的弱電機(jī)床輔助功能控制電路。

其常用元件包括時(shí)間繼電器、熱繼電器、中間繼電器、接觸器、限位開(kāi)關(guān)、熔斷器、橋堆、斷路器和按鈕。

2 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題

數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性是指其在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定的任務(wù)的能力。主觀上來(lái)說(shuō)，是使用者對(duì)數(shù)控機(jī)床的滿意度，而我們主要關(guān)注電氣系統(tǒng)在使用期間是否有發(fā)生故障。找出目前電氣系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提高電氣系統(tǒng)可靠性，是提高質(zhì)量數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)，提高生產(chǎn)效率的重要條件。

2.1 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

目前我國(guó)有的數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不夠流暢、簡(jiǎn)潔高效，設(shè)計(jì)理念落后，使用電氣部件老舊，使用過(guò)程中的指令不夠明確，使穩(wěn)定性、可靠性下降，導(dǎo)致機(jī)床可靠性降低。

2.2 硬件的質(zhì)量導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障問(wèn)題。

數(shù)控機(jī)床的硬件故障問(wèn)題主要是指元器件，電線電纜等造成的問(wèn)題。其中元器件問(wèn)題導(dǎo)致故障的概率高達(dá)70%。按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器、電磁閥、傳感元件等元件，由于質(zhì)量不過(guò)關(guān)，在使用過(guò)程中容易損壞，導(dǎo)致故障。這類(lèi)故障維修比較方便，但是由于發(fā)生的頻率高，嚴(yán)重影響了數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，經(jīng)常更換也增加了使用成本。電線電纜的長(zhǎng)期磨損也會(huì)造成短路，斷路問(wèn)題，造成機(jī)床停機(jī)。

2.3 使用環(huán)境及維護(hù)工作的問(wèn)題

數(shù)控機(jī)床使用環(huán)境對(duì)其效率也有影響，電源造成的電磁干擾，其中電源噪音影響對(duì)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響特別大。這種電源噪音可高達(dá)150MHz,瞬態(tài)噪音影響尤其明顯，它上升速度快，持續(xù)時(shí)間短，電壓振幅高，對(duì)電氣系統(tǒng)的控制電器，主令電器影響特別大。這種噪音，從電源進(jìn)線及其他渠道傳到進(jìn)來(lái)，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生故障。

數(shù)控機(jī)床使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境要求比普通機(jī)床的要高，使用環(huán)境不能再陽(yáng)光下暴曬，不能受其他設(shè)備輻射，環(huán)境要干燥、清潔、無(wú)塵。

一些企業(yè)在使用過(guò)程中不注重環(huán)境的清理，忽視日常的維護(hù)保養(yǎng)工作，導(dǎo)致機(jī)床使用壽命的縮短。生產(chǎn)過(guò)程中只關(guān)注效率，發(fā)生小問(wèn)題、小故障的時(shí)候不及時(shí)處理解決，從而降低機(jī)床的使用效率。

2.4 使用人員技術(shù)問(wèn)題

企業(yè)中操作數(shù)控機(jī)床一些人員專(zhuān)業(yè)度不夠，沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的培訓(xùn)，崗位知識(shí)不足，不能做好機(jī)床的維護(hù)，以及故障問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)處理。崗位職責(zé)責(zé)任感不強(qiáng)，對(duì)電氣系統(tǒng)的可靠性也有影響。

3 如何提升數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性的策略

如何提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，可以從以下幾個(gè)方面入手。

3.1 培養(yǎng)高技術(shù)人才，提高可靠性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師決定了系統(tǒng)運(yùn)行是否可靠的決定性因素，指定可靠性設(shè)計(jì)原則，評(píng)審，根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)原則，實(shí)施可靠性設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)的故障模式，故障影響程度，采用優(yōu)化，簡(jiǎn)化，環(huán)保等設(shè)計(jì)。重視這方面的專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)，設(shè)計(jì)出高效，簡(jiǎn)化，創(chuàng)新的電氣系統(tǒng)，能準(zhǔn)確的識(shí)別指令，并提高精準(zhǔn)度，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。跟隨PLC技術(shù)發(fā)展的腳步，使其應(yīng)用到位置控制，過(guò)程控制，數(shù)據(jù)處理等方面。

3.2 提高硬件設(shè)備的質(zhì)量

我國(guó)許多元器件主要依賴進(jìn)口，進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件可以提高機(jī)床的可靠性，但是同時(shí)也導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。雖然我國(guó)元器件的生產(chǎn)量大，但是元器件的質(zhì)量良莠不齊，自主創(chuàng)新能力低，大部分質(zhì)量屬于中低檔。鼓勵(lì)企業(yè)提高質(zhì)量，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，提高質(zhì)量非常必要。

3.3 優(yōu)化使用環(huán)境以及維護(hù)工作

數(shù)控機(jī)床對(duì)電源的要求比較高，除了需要保證電源的穩(wěn)定性，因?yàn)殡妷翰⒉环€(wěn)定，使用穩(wěn)壓器，設(shè)置獨(dú)立電路，可以提高電壓穩(wěn)定性。電氣系統(tǒng)被電源噪音影響的概率比較大，抑制電源噪聲干擾很重要。

我們可以從幾個(gè)方面著手，抑制或者消除噪音干擾源，切斷傳播途徑，隔絕騷擾源和受騷擾設(shè)備之前的耦合和輻射，使用電導(dǎo)率高的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用磁導(dǎo)率良的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。還可以提高受干擾設(shè)備的抗擾能力，降低設(shè)備對(duì)噪音的敏感度，可使用電磁干擾濾波器。通過(guò)一系列的措施，使得電氣系統(tǒng)被電源噪音影響出現(xiàn)故障率降低。

3.4 注重?cái)?shù)控機(jī)床的工作環(huán)境及維護(hù)保養(yǎng)工作。

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行環(huán)境和溫度的要求設(shè)定，安裝排風(fēng)設(shè)備和干燥設(shè)備，如冷風(fēng)機(jī)和排氣扇，對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行清潔維護(hù)，確保數(shù)控機(jī)床的整體和各部件在恒溫適合的環(huán)境下長(zhǎng)久可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。

高度重視數(shù)控機(jī)床的維護(hù)，規(guī)范管理流程，提高專(zhuān)業(yè)性。嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)床管理制度，做好防塵和除濕的工作。對(duì)容易損壞的部件定時(shí)定點(diǎn)的進(jìn)行檢查，及早發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞部件，做出處理，減少故障問(wèn)題?？梢允沟脵C(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中更加穩(wěn)定，避免發(fā)生其他的使用問(wèn)題。

3.5 提高操作人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

不同的數(shù)控機(jī)床都有說(shuō)明書(shū)以及崗位說(shuō)明書(shū)，操作人員需要有較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平以及良好的工作責(zé)任感，讓其在操作過(guò)程中，能夠自覺(jué)的遵守崗位要求。加強(qiáng)培訓(xùn)人員操作技術(shù)，使用能熟練的掌握操作知識(shí)，不斷更新知識(shí)的操作人員。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控機(jī)床不斷的發(fā)展，國(guó)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(guó)的機(jī)床面臨的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，作為數(shù)控機(jī)床的核心，電氣系統(tǒng)的可靠性成為企業(yè)選購(gòu)機(jī)床的最關(guān)注的要素，而使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率是最高的。不斷的提高電氣系統(tǒng)的可靠性，讓電氣系統(tǒng)保持長(zhǎng)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)。

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TG659

A

1671-0711（2017）04（下）-0138-02

“工信部”高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備 科技重大專(zhuān)項(xiàng) ”數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量、分析與補(bǔ)償技術(shù)"（2015ZX04005001）課題。