數控機床電路板灰塵的分析研究

李青霖+王美玲+劉愷

摘 要：目前大多數生產加工企業對數控機床電路板維護不到位，不重視數控機床電路板上的灰塵，引起數控機床電路板故障率高，導致數控機床使用效率低。本文針對數控機床電路板灰塵的分析研究，得出灰塵對電路板的危害非常大，需要盡早預防和及時清理數控機床電路板上的灰塵，可以有效降低數控機床電路板故障率，提高數控機床的使用效率。

關鍵詞：灰塵 數控機床電路板 危害 清潔

中圖分類號：D91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0004-02

數控機床由機械和電氣兩個主要部分組成，電氣部分是機床控制執行的關鍵，而電路板是電氣控制最主要的部件。隨著科技的發展，數控機床功能越來越全面，加工精度越來越高。為了實現數控機床的動作要求，電路板也變得越來越復雜，電路板制作工藝難度越來越大，由開始的單層板到現在的多層板，電子元件的安裝方式也隨著技術的發展發生著變化，由直插式安裝方式發展為直插式和貼片式混合安裝形式，電路板上電子元件的數量和功能也發生了變化，數量更多，集成度更高。同時電子元件之間的空間變得更小，安裝更緊密，由于電子元件數量眾多，產生的熱量也更多。這就給灰塵創造了機會，附著在電路板上，導致電路板故障。數控機床電氣故障維修中難度最大的是電路板，而電路板故障往往需要返回電路板設計廠家維修，維修難度大，價格昂貴，維修周期長，所以防止灰塵附著在電路板上勢在必行。

1 灰塵的分析

灰塵顆粒的直徑通常小于500μm，主要是由人為翻動、動物活動及土壤由于刮風、空氣流通所產生的。其中工業環境下灰塵大致可分為兩種。由于工件加工、粉碎而產生和分散到空氣中的一種顆粒稱為工業粉塵。物質在燃燒、升華、蒸發和凝聚等過程中形成的煙霧稱為固體煙霧。灰塵是固體顆粒，形狀極不規則，由于粒徑小，表面積大，所以它的吸附能力非常強，可以將工業環境中的水分、微生物、揮發的油脂、揮發性氣體及靜電等有害物質吸附在它的表面。由于灰塵包含的成分復雜，攜帶的微生物會分解出酸根和金屬離子，具有酸性或堿性。有些灰塵直接吸附了酸性或堿性物質，例如吸附了硫酸煙霧、光化學煙霧等氣體就具有酸性，吸附了金屬氧化物等微粒就具有堿性。工業環境下灰塵通常包含土壤、微生物、粉塵、固體煙霧、油脂、靜電等。

2 電路板灰塵的危害

灰塵對數控機床電路板的危害非常大，導致電路板發生不同的故障，下面列舉出灰塵對電路板的6種危害。

（1）灰塵覆蓋在電路板電子元件及線路表面，使散熱狀況惡化，電子元件溫升超出允許工作范圍，縮短了電子元件的使用壽命，甚至燒壞電子元件，同時大量的灰塵會堵轉冷卻風扇，導致冷卻風扇燒壞，影響整個電路板的散熱，引發電路板故障。

（2）灰塵包含微生物，能分解出酸根和金屬離子，具有酸性或堿性，會腐蝕電子元件及電路板，造成電子元件和線路生銹、虛接、斷路，從而引發電路板故障。

（3）灰塵具有吸濕性，覆蓋在電子元件針腳間及縫隙間，會造成印刷電路板絕緣電阻下降，發生漏電，甚至會引發短路事故，燒壞電子元件及印刷電路板。

（4）灰塵聚集在電路板接口內、調節旋鈕的縫隙間及熔斷器的針腳端使接觸電阻增大，甚至導致接觸不良，發生電路板電流、電壓等數值變化，從而導致電路板不能正常工作。

（5）灰塵集聚在電子元件的針腳兩端，會導致電子元件額定技術參數發生變化。例如：灰塵聚積在集成電路針腳周圍，會引起集成電路電參數變化，從而改變集成電路的正常工作條件而引發故障。

（6）灰塵的吸附性導致容易攜帶靜電，與電路板接觸時釋放靜電，靜電高電壓使電路板上電子元件工作失常，甚至損壞電子元件及印刷電路板。

3 電路板灰塵聚積的原因

灰塵聚集在數控機床電路板上產生危害，但是不能完全杜絕灰塵聚集，下面從3個方面分析電路板灰塵聚集的原因。

（1）機床生產加工會產生大量的粉塵同時也會加劇粉塵的飄散，由于生產加工車間是一個相對密閉的環境，灰塵會一直懸浮在機床電氣柜的周圍，雖然機床電氣柜有密封隔離措施，但并不能做到完全隔絕，灰塵會慢慢進入電氣柜，吸附在凹凸不平的電路板上。

（2）數控機床電路板上都會有冷卻風扇，冷卻風扇旋轉加快空氣的流通速度，在帶走熱量的同時將電氣柜中漂浮的灰塵一并帶到電路板上，由于灰塵的吸附性和吸濕性會慢慢在電路板上聚積。

（3）灰塵攜帶的靜電與電路板靠近時會發生靜電感應，使灰塵更容易附著在電路板表面，隨著時間的增加灰塵會越積越多。

4 電路板灰塵的清潔

雖然無法避免電路板上灰塵，但是我們可以通過定時清理，來減少灰塵在電路板上聚集，降低灰塵對電路板的危害。下面介紹一種實用的電路板清潔的方法。

（1）切斷數控機床總電源，等待數分鐘，使數控機床電氣柜內元器件放電完全，將雙手與接地點良好接觸，釋放手上攜帶的靜電，帶上防靜電手套，可以防止手上攜帶的靜電對電路板電子元件的損壞。

（2）提前做好電路板上接插件的記錄工作，為完成電路板的復原安裝做準備。用螺絲刀、六角扳手等工具小心翼翼地拆下電路板，將拆下的電路板放在不易產生靜電的材料上。

（3）用防靜電軟毛刷輕輕地刷下附著在電路板上的灰塵，注意邊邊角角都要清理到位，再用干燥的壓縮空氣把殘留的灰塵清理干凈，多次重復清掃電路板，直到將電路板灰塵徹底清理干凈。

（4）將清理干凈的電路板按拆下的逆向順序重新安裝，將電路板上的接插件按照記錄內容原樣恢復，認真確認安裝無誤后，給數控機床通電試驗，機床無報警工作正常，電路板灰塵清理完成。

5 電路板清潔保持

無法隔絕灰塵在電路板上聚集，但是可以減少灰塵在電路板上聚集的速度，下面從四個方面分析如何保持電路板清潔。

（1）減少打開電氣柜門次數及時間，除非需要電氣維修才能打開，維修完要及時關閉電氣柜門。工廠環境較差，灰塵較多，如果柜門打開次數過多或時間過長，灰塵會很快進入電氣柜內落到電路板及電器元件上。

（2）做好電氣柜的密封工作。為了保持電氣柜密封性，依據機床使用情況，定期檢查及更換老化的密封膠條，保持電氣柜的密封良好。

（3）利用風扇冷卻，而未配備空調的電氣柜，應改造更換為空調冷卻方式。因為風扇冷卻效率低，效果差，同時風扇需要與電氣柜外空氣交換冷卻，密封效果差。而空調的工作原理保證了電氣柜內外是相互隔離的，并且冷卻效率高，可以有效減少灰塵進入電氣柜內落到電路板上。

（4）做到勤檢查，及時清理。電氣維護人員按照機床的實際使用環境及時間，定期檢查及清理電路板，使電路板始終保持潔凈。

6 結語

筆者經過多年數控機床維修維護經驗總結，由灰塵引起的電路板故障占電路板總故障率的百分之九十以上，占數控機床總故障率的百分之二十以上，所以保持數控機床電路板的清潔，防止灰塵對電路板造成危害是一項十分重要的工作。經常給電路板除塵，可以使電路板始終處于理想的工作環境，少出甚至不出故障，同時可以延長電路板使用壽命，提高數控機床的使用效率。

參考文獻

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