數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性分析

于 彤

（1.山東濱州渤?；钊邢薰荆綎|濱州 256600；2.山東省發(fā)動(dòng)機(jī)活塞摩擦副重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濱州 256600）

0 引言

數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)，根據(jù)程序編碼和指令遵循圖紙要求，在系統(tǒng)程序控制下自動(dòng)完成零部件的加工制造。相比普通機(jī)床，其作業(yè)效率與精確度更高，可以避免人為失誤產(chǎn)生的問(wèn)題，還可適用于多種產(chǎn)品生產(chǎn)。為確保數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)得以有效發(fā)揮，需要針對(duì)常見(jiàn)的電氣系統(tǒng)可靠性問(wèn)題進(jìn)行研究，通過(guò)專業(yè)手段的應(yīng)用來(lái)提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性，為實(shí)際生產(chǎn)提供保障。

1 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)分析

電氣系統(tǒng)可以說(shuō)是數(shù)控機(jī)床可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，是整個(gè)設(shè)備的核心，主要負(fù)責(zé)程序指令的接收并識(shí)別解釋程序，完成結(jié)果邏輯數(shù)據(jù)的計(jì)算與判斷處理，最后發(fā)揮速度以及時(shí)間控制的操作指令。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，可細(xì)分出伺服電機(jī)、檢測(cè)開(kāi)關(guān)、伺服放大器、編碼器、數(shù)控單元、繼電器、變頻器等多個(gè)子系統(tǒng)[1]。電氣系統(tǒng)控制著數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部件，通過(guò)控制程序和操作指令來(lái)保證機(jī)床始終維持一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。如果電氣系統(tǒng)出現(xiàn)任何異常，將會(huì)直接反映到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)上，關(guān)系著是否可以安全穩(wěn)定地完成生產(chǎn)制造作業(yè)，因此必須要提高對(duì)電氣系統(tǒng)的重視，總結(jié)并排除影響其狀態(tài)的各項(xiàng)因素，爭(zhēng)取進(jìn)一步來(lái)提高電氣系統(tǒng)的可靠性，為數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2 影響數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性因素

2.1 元器件質(zhì)量問(wèn)題

數(shù)控機(jī)床現(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)械生產(chǎn)制造的重要設(shè)備，隨著應(yīng)用范圍越來(lái)越大，出現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障也就越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)電氣系統(tǒng)故障是數(shù)控機(jī)床所有類型故障中的主要類型，并且在多數(shù)的數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障中，又以元器件質(zhì)量差為故障發(fā)生主要原因。設(shè)備生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)對(duì)元器件把控不到位，有質(zhì)量低劣的電元器件被應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)，例如按鍵、開(kāi)關(guān)、鍵盤、屏蔽電纜、接插器、電容、連接器等，導(dǎo)致機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性降低，在后期運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障的可能性越高[2]。

以接插件為例，其可使用壽命比較短，不拔插次數(shù)少，很容易出現(xiàn)接觸電阻增大、彈性差、插針插孔氧化腐蝕以及基礎(chǔ)不良等問(wèn)題，然后導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)突然停機(jī)，甚至是程序失控，程序數(shù)據(jù)丟失。接插件狀態(tài)受作業(yè)環(huán)境影響較大，日常檢修中面對(duì)接觸完全斷開(kāi)的情況可以及時(shí)解決，但是運(yùn)行噪聲卻難以有效發(fā)現(xiàn)，可降低整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

雖然數(shù)控機(jī)床相關(guān)技術(shù)均比較成熟，但是很多數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不流暢，設(shè)計(jì)理念比較落后，再加上使用老部件，在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法保證其可靠性可以滿足生產(chǎn)要求。如果電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，其對(duì)外部干擾因素的抵抗能力也會(huì)比較差，出現(xiàn)失控甚至失靈的情況。另外，電源也會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性存在一定影響，強(qiáng)電產(chǎn)生的脈沖噪聲通過(guò)各種途徑影響到電氣系統(tǒng)的元器件，導(dǎo)致系統(tǒng)整體穩(wěn)定性降低。但是很多情況下，對(duì)于電源系統(tǒng)噪聲抑制方面的設(shè)計(jì)并未得到重視，缺少高新技術(shù)支持，依然會(huì)對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生一定干擾。

2.3 檢修維護(hù)不到位

數(shù)控機(jī)床具有較高的自動(dòng)化，解放了大量的人力資源，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)生產(chǎn)制造，具有較高的生產(chǎn)效率。但是如果日常檢修維護(hù)缺失，就會(huì)影響到機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患，而導(dǎo)致電氣系統(tǒng)可靠性降低。目前大部分的企業(yè)多數(shù)以提高生產(chǎn)效率為主要目的，放松了對(duì)生產(chǎn)規(guī)范的管控，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)違規(guī)操作行為，導(dǎo)致系統(tǒng)元器件受損。尤其是長(zhǎng)時(shí)間不檢修，對(duì)老化、損壞部件未及時(shí)更換，最終就會(huì)出現(xiàn)更大的運(yùn)行故障，產(chǎn)生更多損失。

2.4 制造工藝不嚴(yán)格

數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)可靠性還與制造工藝技術(shù)有著直接聯(lián)系，例如虛接焊接工藝不合格。數(shù)控機(jī)床電氣安裝時(shí)，必須要壓緊導(dǎo)線端子的連接點(diǎn)，以免在后期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)松脫問(wèn)題而引起接觸不良、發(fā)熱、腐蝕與接觸電阻增大。如果異線端子連接不良，再加上有感染電流通過(guò)，就會(huì)在接觸電阻上產(chǎn)生非常大的電壓降?；蛘呤遣糠蛛妷赫檬欠糯笃鬏斎腚娐返囊徊糠郑到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生噪聲。另外，印刷線路板焊點(diǎn)控制不良存在虛焊，元器件管腳引線更容易生銹而導(dǎo)致接觸不良，即便是前期不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后也會(huì)產(chǎn)生噪聲，降低系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性優(yōu)化策略

3.1 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

設(shè)計(jì)是否合理決定著數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性高低，基于以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看還有較大的優(yōu)化空間。電氣系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)即以提升設(shè)備運(yùn)行可靠性水平為根本性目的，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)繁瑣的程序進(jìn)行簡(jiǎn)化，并提高設(shè)計(jì)高效性。同時(shí)，還應(yīng)選擇應(yīng)用穩(wěn)定性與可靠性高的零部件，避免系統(tǒng)元器件自身性能缺陷帶來(lái)的影響。對(duì)以往數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障模式進(jìn)行分析，并判斷各類故障的影響程度，然后有針對(duì)性的做優(yōu)化、簡(jiǎn)化以及環(huán)保設(shè)計(jì)，對(duì)電氣系統(tǒng)功能進(jìn)行補(bǔ)充，使其可以更加精準(zhǔn)的識(shí)別指令信息，提高操作準(zhǔn)確性。尤其是現(xiàn)在PLC 技術(shù)的日趨成熟，可以將其應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)中，對(duì)位置控制、過(guò)程控制以及數(shù)據(jù)處理等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，提高機(jī)床生產(chǎn)過(guò)程控制可靠性[3]。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)備質(zhì)量

數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化生產(chǎn)，對(duì)促使傳統(tǒng)機(jī)械制造模式的轉(zhuǎn)變具有重要意義，因此數(shù)控機(jī)床必定會(huì)更大范圍的得到應(yīng)用，以通過(guò)其高效化生產(chǎn)來(lái)獲取更多經(jīng)濟(jì)效益。面對(duì)此種情況，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造需要面臨的壓力更大，想要滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，就必須要做好每個(gè)細(xì)節(jié)的把控，尤其是作為核心部分的電氣系統(tǒng)，更是質(zhì)量管理的重中之重。我國(guó)很多電元器件依然依賴進(jìn)口，相比本土產(chǎn)品，進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)以及功能部件更有利于數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性的提高，但同時(shí)也存在著成本高的缺點(diǎn)。面對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)與器件產(chǎn)品質(zhì)量的良莠不齊情況，為保障數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性，務(wù)必在設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)就做好管控，盡量選擇高性能的元器件，并且不斷對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)，爭(zhēng)取提高元器件的應(yīng)用效率，對(duì)外界的干擾因素有更強(qiáng)的抵抗力，減少運(yùn)行故障的發(fā)生[4]。

3.3 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)改造

對(duì)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，也是提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)可靠性的重要策略之一，以供電電源為對(duì)象，通過(guò)高新技術(shù)的支持，進(jìn)一步提高電源的電網(wǎng)適應(yīng)能力與電磁兼容性能力。例如可以選擇應(yīng)用降額設(shè)計(jì)方法，選擇功率器件與低通電源濾波器、電解電容等。降額設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及功率等電學(xué)應(yīng)力的降額，例如溫度、振動(dòng)、沖擊等環(huán)境應(yīng)力方面的降額。電源設(shè)計(jì)除了要考慮穩(wěn)態(tài)性能，還需要兼顧脈沖狀態(tài)與環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化后可能會(huì)帶來(lái)的浪涌、供電波動(dòng)以及干擾等問(wèn)題的處理，這樣就要求數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要留有足夠的余量。并且，環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)同樣需要考慮抗振設(shè)計(jì)與熱設(shè)計(jì)的加固，確?？梢詫⒏蓴_控制到最小。

3.4 電氣系統(tǒng)安裝調(diào)試

除了要做好前期設(shè)計(jì)以外，還需要對(duì)安裝調(diào)試以及后期維護(hù)做好管理。如果設(shè)備制造與安裝工藝低劣，將會(huì)從根本上影響電氣系統(tǒng)的可靠性，因此需要就制造與安裝工藝制定相應(yīng)的可靠性監(jiān)管體系。就我國(guó)數(shù)控機(jī)床零部件生產(chǎn)水平來(lái)講，很難保證所有硬件制造結(jié)果的可靠性，目前還需要依賴于國(guó)際產(chǎn)品，其完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)制造，減少了人為參與環(huán)節(jié)，所得產(chǎn)品性能參數(shù)更加精準(zhǔn)。例如對(duì)安裝工藝進(jìn)行控制，實(shí)際操作時(shí)要嚴(yán)格控制好總線長(zhǎng)度，保證電氣系統(tǒng)具有優(yōu)良的抗靜電與抗電磁干擾能力。同時(shí)還應(yīng)現(xiàn)則先進(jìn)的小型元器件作為支持，縮小電氣控制單元的體積。并搭配高級(jí)可靠的開(kāi)關(guān)電源，以及對(duì)電路單元進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)、線路板的PCB 設(shè)計(jì)與EMC 設(shè)計(jì)，提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。另外，數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)并沒(méi)有完全統(tǒng)一的技術(shù)資料，如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，其他人想要從源代碼解讀處理難度非常高，只有原編人員才可以解決。因此建立完善可靠性體保證體系，用于對(duì)電氣系統(tǒng)研制、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、運(yùn)行以及維護(hù)等不同環(huán)節(jié)提供保障，通過(guò)專業(yè)性的組織與監(jiān)督指導(dǎo)，來(lái)提高數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性[5-6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

電氣系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，針對(duì)其可靠性進(jìn)行研究，可以確保機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)制造的高效性。只有不斷地對(duì)實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)，分析電氣系統(tǒng)故障原因并利用有效的專業(yè)技術(shù)手段進(jìn)行修復(fù)、解決，才能全面提高電氣系統(tǒng)的可靠性，使其抵抗外部干擾的能力更強(qiáng)，減少各類故障的發(fā)生。