淺析數控機床電氣系統可靠性

摘 要：作為支撐工業發展的最主要因素——制造技術，已被各國放在本國發展規劃的首位。數控機床作為先進制造技術的載體，其存在和發展趨勢備受關注。數控機床的發展不僅影響到航天、航空行業，也與交通、汽車等領域的發展息息相關。隨著各行各業對產品精度要求的不斷提高，目前數控機床向著高速度、高精度、高可靠性、多功能性和柔性化發展。目前，國內企業所需高檔數控機床絕大部分依賴進口。究其原因主要是國產機床在質量，尤其是數控機床電氣系統可靠性方面與國外著名品牌相比差距明顯。因此加強數控機床電氣系統可靠性的研究具有重要的意義。

關鍵詞：數控機床；電氣系統；可靠性

1 簡介

數控機床一般是由潤滑系統，電氣系統，刀庫，CNC系統，防護裝置，液壓系統，主傳動系統，冷卻系統，主軸組件，進給系統等組成。數控機床的電氣系統是指控制著機床各部件進行工作并協調完成機床加工任務的核心系統。它是由大量的繼電器來組成非常復雜的邏輯控制電路，通過接受來自操作面板及機床其他各部分位置開關所傳來的信號并經過邏輯運算的信號，從而控制機床的運行狀態。電氣系統通常指的是數控機床除了CNC系統和電源外的所有電氣元件和線路連接的部分傳感器件，例如電磁閥，變頻器，繼電器，開關等。

數控系統是整個數控機床的控制中樞，在實際的使用和運行過程中表現優劣，直接關系到數控機床整體設備是否能夠正常運行，完成加工任務。因此，數控系統的可靠性是廣大數控機床用戶在選購產品時最為關注的質量屬性之一，在越來越激烈的市場競爭中，國外發達國家的數控巨頭憑借他們所擁有的先進技術和生產工藝尤其是在電氣系統方面對我國的數控行業形成合圍之勢。數控機床可靠性的好壞已經成為我國民族數控產業能否繼續發展的關鍵所在。

2 數控系統可靠性低的原因

近幾年來數控機床企業界有了一些新的認識，數控機床毛病最多的是電氣控制部分，其次才是機械部分。電氣部分故障率高的是數控系統部分，其他部分出現故障的概率很少。通過對數控機床的故障統計分析得知，電氣系統故障絕大多數是國產機電元件質量差所引起的。其中國產元件存在質量問題最多的包含機械觸點繼電器、開關、按鍵、鍵盤、接插器、屏蔽電纜、電容、連接器、交流插座等。

根據一項國外的統計，計算機的故障中90%是電源本身的故障和來自電源對干擾的傳導，往往強電設備對電源系統是存在一定的影響的，強電在使用中會產生很強的脈沖噪聲，通過各種途徑傳導影響電子設備的正常運行。根據電磁兼容性（EMC）原理，首先把電源搞好，從電源系統抑制干擾更有效。因為電源系統往往是噪聲的“媒體”通過饋線傳播干擾。近年來，雖然電網供電質量有較大提高，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，系統會時好時壞，故障率明顯增加。

3 提高可靠性的措施

數控機床電氣系統的可靠性水平從根本上說是在設計階段決定的，是通過實際的制造和生產管理實現的。凡是為提高產品可靠性水平而采取的設計技術都稱為可靠性設計。目前由于數控機床電氣系統產品缺乏真實可用的可靠性數據，無法實現在真正意義上進行可靠性的預計和分配。但我們可以采取多種實用的可靠性設計措施，如制訂可靠性設計準則、可靠性設計檢查表，實行可靠性設計評審，在故障分析基礎上進行可靠性改進設計等?？煽啃栽O計準則，被日本的企業界認為是產品可靠性設計的三大法寶之一。它是在對產品進行故障模式、危害度和影響分析的基礎上，選用更加可靠的零件、元器件，采用簡化設計、優化設計、降額設計、熱設計、冗余設計、環境設計、人機工程設計等技術，從而保證產品的可靠性。

經過大量的研究實驗和實踐，我們必須認識到要想把CNC做好，首要問題是解決電源的問題，確定提高數控機床電氣系統可靠性要以供電電源為突破口，切實提高電源的電網適應能力和電磁兼容性能力。首先大膽采用降額設計技術，重點是選擇功率器件（大功率三極管、快恢復二極管等）以及低通電源濾波器，電解電容等。降額設計的使用應包括電流、電壓和功率等電學應力降額，也應包括像振動、溫度、沖擊等環境應力方面的降額。在進行設計時不僅要充分考慮穩態性能，還要兼顧脈沖狀態以及環境變化時所引起的供電波動、浪涌和干擾等情況。因此，在進行數控機床電氣系統的設計階段要留有足夠的余量。當進行環境設計時也應考慮抗振設計和熱設計的加固技術。數控機床電氣系統的安裝好壞對數控機床的可靠性和穩定運行是至關重要的。

數控系統的可靠性設計值，要通過制造和裝配過程予以保證和實現。低劣的制造和裝配工藝，可靠性設計值就成為根本不能兌現的空話，因此對關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數控系統可靠性的軟肋。對于國產數控系統這種小批量生產的產品，現有的工藝水準，很難從硬件制造的角度保證系統的可靠性。國際名牌數控系統的大批生產，采用機器人焊接，實現全自動制造，減少人為參與，避免了由于人為不慎所造成的失誤。數控機床電氣系統一般沒有齊全的技術資料，系統一旦出現故障，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、運行和維護各階段進行計劃、組織、監督控制和指導。對開發的數控機床電氣系統軟件要進行可靠性論證，制定軟件的可靠性考核辦法，以便有效提高軟件可靠性。

[參考文獻]

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