于福來(lái)

摘要：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，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)。

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(jì)值，要通過(guò)制造和裝配過(guò)程予以保證和實(shí)現(xiàn)。低劣的制造和裝配工藝，可靠性設(shè)計(jì)值就成為根本不能兌現(xiàn)的空話，因此對(duì)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(guò)多的手工操作和人為參與是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)可靠性的軟肋。對(duì)于國(guó)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(guó)際名牌數(shù)控系統(tǒng)的大批生產(chǎn)，采用機(jī)器人焊接，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(méi)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(duì)軟件的研制、測(cè)試、運(yùn)行和維護(hù)各階段進(jìn)行計(jì)劃、組織、監(jiān)督控制和指導(dǎo)。對(duì)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(lái)數(shù)控機(jī)床企業(yè)界有了一些新的認(rèn)識(shí)，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(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障統(tǒng)計(jì)分析得知，電氣系統(tǒng)故障絕大多數(shù)是國(guó)產(chǎn)機(jī)電元件質(zhì)量差所引起的。其中國(guó)產(chǎn)元件存在質(zhì)量問(wèn)題最多的包含機(jī)械觸點(diǎn)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(xiàng)國(guó)外的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算機(jī)的故障中90%是電源本身的故障和來(lái)自電源對(duì)干擾的傳導(dǎo)，往往強(qiáng)電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)是存在一定的影響的，強(qiáng)電在使用中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的脈沖噪聲，通過(guò)各種途徑傳導(dǎo)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)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?yàn)殡娫聪到y(tǒng)往往是噪聲的“媒體”通過(guò)饋線傳播干擾。近年來(lái)，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(dòng)超過(guò)士15%，這時(shí)往往伴隨著種種噪聲干擾，系統(tǒng)會(huì)時(shí)好時(shí)壞，故障率明顯增加。

二、數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題分析

現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題突出，展開相應(yīng)的可靠性問(wèn)題分析研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義與價(jià)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(wèn)題，造成可靠性下降的問(wèn)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(wèn)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(guò)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(guó)國(guó)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(yùn)行效率和生產(chǎn)質(zhì)量?？傮w來(lái)看國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械觸點(diǎn)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(shí)有發(fā)生。通常情況下強(qiáng)電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)都有影響，強(qiáng)電會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖噪音，噪音通過(guò)一些途徑對(duì)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(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，但目前電源干擾問(wèn)題并沒(méi)有因?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)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(lái)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(gè)別企業(yè)在數(shù)控機(jī)床使用過(guò)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(shí)企業(yè)在設(shè)備維保方面的投入也不到位，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題成為常態(tài)，缺乏維保的及時(shí)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(shuō)是在設(shè)計(jì)階段決定的，是通過(guò)實(shí)際的制造和生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)的。凡是為提高產(chǎn)品可靠性水平而采取的設(shè)計(jì)技術(shù)都稱為可靠性設(shè)計(jì)。目前由于數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)產(chǎn)品缺乏真實(shí)可用的可靠性數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在真正意義上進(jìn)行可靠性的預(yù)計(jì)和分配。但我們可以采取多種實(shí)用的可靠性設(shè)計(jì)措施，如制訂可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、可靠性設(shè)計(jì)檢查表，實(shí)行可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審，在故障分析基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)等?？煽啃栽O(shè)計(jì)準(zhǔn)則，被日本的企業(yè)界認(rèn)為是產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的三大法寶之一。它是在對(duì)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)等技術(shù)，從而保證產(chǎn)品的可靠性。經(jīng)過(guò)大量的研究實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，我們必須認(rèn)識(shí)到要想把CNC做好，首要問(wèn)題是解決電源的問(wèn)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(shí)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(jì)技術(shù)，重點(diǎn)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(jì)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(dòng)、溫度、沖擊等環(huán)境應(yīng)力方面的降額。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)所引起的供電波動(dòng)、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(jì)階段要留有足夠的余量。當(dāng)進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮抗振設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)的加固技術(shù)。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的安裝好壞對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的。

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（作者單位：沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司）endprint