數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性問題研究

李多祥，呂博

（沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142）

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性問題研究

李多祥，呂博

（沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142）

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

數(shù)控機床；制造；電氣系統(tǒng)

區(qū)別于普通機床，數(shù)控機床是一種使用程序控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)制造的機電一體化自動化機床，控制系統(tǒng)根據(jù)程序編碼及指令按照圖紙的要求，自動加工出需要的零件、部件。數(shù)控機床降低了人工加工的錯誤，提高加工精度、生產(chǎn)效率，簡化加工程序的同時，可以改善勞動者的勞動條件，在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。數(shù)控機床大大提高生產(chǎn)制造效率。

數(shù)控機床由潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、刀庫、cnc系統(tǒng)、防護裝置、液壓系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、冷切系統(tǒng)、主軸組件、進給系統(tǒng)等組成。電氣系統(tǒng)是整個系統(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，可以提高整個系統(tǒng)的可靠性。

1 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性問題

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

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電交流主電路；以電氣元件、電子功率器為主組成的弱電機床輔助功能控制電路。

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

2 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性問題

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性是指其在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的任務(wù)的能力。主觀上來說，是使用者對數(shù)控機床的滿意度，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)存在的問題，提高電氣系統(tǒng)可靠性，是提高質(zhì)量數(shù)控機床制造技術(shù)，提高生產(chǎn)效率的重要條件。

2.1 電氣系統(tǒng)的設(shè)計問題

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

2.2 硬件的質(zhì)量導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障問題。

數(shù)控機床的硬件故障問題主要是指元器件，電線電纜等造成的問題。其中元器件問題導(dǎo)致故障的概率高達70%。按鈕、開關(guān)、繼電器、電磁閥、傳感元件等元件，由于質(zhì)量不過關(guān)，在使用過程中容易損壞，導(dǎo)致故障。這類故障維修比較方便，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。電線電纜的長期磨損也會造成短路，斷路問題，造成機床停機。

2.3 使用環(huán)境及維護工作的問題

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

數(shù)控機床使用過程中對環(huán)境要求比普通機床的要高，使用環(huán)境不能再陽光下暴曬，不能受其他設(shè)備輻射，環(huán)境要干燥、清潔、無塵。

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

2.4 使用人員技術(shù)問題

企業(yè)中操作數(shù)控機床一些人員專業(yè)度不夠，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)，崗位知識不足，不能做好機床的維護，以及故障問題的發(fā)現(xiàn)處理。崗位職責(zé)責(zé)任感不強，對電氣系統(tǒng)的可靠性也有影響。

3 如何提升數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性的策略

如何提高數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的可靠性，進一步提高機床的生產(chǎn)效率，可以從以下幾個方面入手。

3.1 培養(yǎng)高技術(shù)人才，提高可靠性設(shè)計

系統(tǒng)的設(shè)計師決定了系統(tǒng)運行是否可靠的決定性因素，指定可靠性設(shè)計原則，評審，根據(jù)可靠性設(shè)計原則，實施可靠性設(shè)計。分析系統(tǒng)的故障模式，故障影響程度，采用優(yōu)化，簡化，環(huán)保等設(shè)計。重視這方面的專業(yè)人才培養(yǎng)，設(shè)計出高效，簡化，創(chuàng)新的電氣系統(tǒng)，能準(zhǔn)確的識別指令，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

我國許多元器件主要依賴進口，進口的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件可以提高機床的可靠性，但是同時也導(dǎo)致產(chǎn)品價格高，缺乏競爭力。雖然我國元器件的生產(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。鼓勵企業(yè)提高質(zhì)量，不斷改進設(shè)計、生產(chǎn)，提高質(zhì)量非常必要。

3.3 優(yōu)化使用環(huán)境以及維護工作

數(shù)控機床對電源的要求比較高，除了需要保證電源的穩(wěn)定性，因為電壓并不穩(wěn)定，使用穩(wěn)壓器，設(shè)置獨立電路，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)率高的材料對電場屏蔽，用磁導(dǎo)率良的材料對磁場進行屏蔽。還可以提高受干擾設(shè)備的抗擾能力，降低設(shè)備對噪音的敏感度，可使用電磁干擾濾波器。通過一系列的措施，使得電氣系統(tǒng)被電源噪音影響出現(xiàn)故障率降低。

3.4 注重數(shù)控機床的工作環(huán)境及維護保養(yǎng)工作。

根據(jù)數(shù)控機床的運行環(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)機和排氣扇，對使用環(huán)境進行清潔維護，確保數(shù)控機床的整體和各部件在恒溫適合的環(huán)境下長久可靠地運轉(zhuǎn)。

高度重視數(shù)控機床的維護，規(guī)范管理流程，提高專業(yè)性。嚴(yán)格執(zhí)行機床管理制度，做好防塵和除濕的工作。對容易損壞的部件定時定點的進行檢查，及早發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞部件，做出處理，減少故障問題。可以使得機床在運行過程中更加穩(wěn)定，避免發(fā)生其他的使用問題。

3.5 提高操作人員的專業(yè)素養(yǎng)。

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

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控機床不斷的發(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，我國的機床面臨的競爭越來越激烈，作為數(shù)控機床的核心，電氣系統(tǒng)的可靠性成為企業(yè)選購機床的最關(guān)注的要素，而使用過程中發(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)保持長久穩(wěn)定，舒適人機界面，安全可靠，的可持續(xù)狀態(tài)，是制造出高精度經(jīng)濟型的數(shù)控機床的基礎(chǔ)。

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1671-0711（2017）04（下）-0138-02

“工信部”高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備 科技重大專項 ”數(shù)控機床誤差測量、分析與補償技術(shù)"（2015ZX04005001）課題。