發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術

郭烽+趙維浩+曲文波+敖陽

【摘 要】 本文詳細論述了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術，分析并舉實例敘述企業中穩定性研究與預防性維修技術的應用，和已在企業設備維修中取得顯著成果。發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術對降低企業設備故障率、減少維護費用及維修時間起著重要的指導作用，能夠有效提高企業的生產率及經濟效益。

【關鍵詞】 發那科 ?機床系統穩定性 ?預防性 ?維修技術

為了適應中國機床制造行業的飛速發展，滿足中國數控機床行業的需求，并充分展示FANuc公司先進的數控技術，在第九屆中國國際機床展覽會（cIMT2005）上，FANuc將推出了一系列的最新產品。它們和目前正在應用的產品一起構成了檔次齊全、技術先進、可應用于多個領域的機床系統。

1 穩定性分析

近年來，學者們運用多種方法力求更為精確地求解此類問題。針對系統中的非線性剛度和切削力建立等效單自由度模型，通過試驗對面銑問題進行研究，并針對系統中存在的有限振幅失穩現象進行闡述。對單自由度再生顫振系統的時滯微分方程進行穩定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等針對車削過程建立兩自由度的時滯系統，分析出狀態時滯對機床的影響。國內方面，對T形槽銑削過程的顫振穩定性進行建模和解析求解如圖1所示。

（1）采用葉瓣圖對顫振系統極限切削深度與主軸轉速間的線性穩定性進行分析，然后根據多尺度法計算出的振幅和相位分岔解考察轉速、切削深度和滯回參數對機床系統響應的非線性穩定性所產生的影響，從而最終描繪出系統的全局運動性態。通過以上的分析流程可以為機床高速主軸系統切削穩定性預測以及動態優化設計提供參考依據。（2）科機床系統在積五十余年制造經驗的基礎上，吸收國內外精華，具有優良的性能。臥式銑鏜床增加了整體式輔助導軌。T作臺在橫向運動時均在剛性較好的下滑座上移動。機床變形小，剛性好，對加工精度的提高極其有利。主軸町選用IS07：24 N050錐孔，可自動裝卸刀。TPX6111C/3型臥式銑鏜床，改變了傳統交流電機集中傳動特點，主電機為變頻電機，進給為伺服進給電機拖動，實現無級傳動;上下滑座采用貼塑導軌;主軸錐孔7：24N050。

由于非線性摩擦的存在，方程描述的控制系統是非線性的，這給平衡點穩定性分析帶來很大難度，因此分析穩定性的基本思想是將非線性摩擦特性線性化，也就是對式的滑動摩擦力進行線性化。將摩擦函數g（未）進行Taylor級數展開，由于其不可微，因此考慮分別從正負方向速度向零值逼近來處理。當系統的物理參數和工況確定后，其低速進給時的穩定性與控制參數密切相關，微分控制參數k。的取值越大越有利于系統穩定，而積分控制環節k。雖有助于消除系統穩態誤差，但取值不宜過高。

2 預防性維修技術及應用

2.1 一般性的預防維修技術及應用

一般性的預防維修技術是指加強數控機床日常的維護、保養，減少設備故障隱患的逐步積累，是由操作人員和維修人員在日常維護和保養中應該遵循和貫徹的原則和方法，通常有以下幾種預防維修技術及應用。

2.2 堅持數控機床的正確使用原則

數控設備的正確使用是減少設備故障、延長使用壽命的關鍵，它在預防性維修中占有很重要的地位。據統計，有三分之一的故障是人為造成的，而且一般性維護（如注油、清洗、檢查等）是由操作者進行的。數控機床的數控系統編程、操作和維修等相關人員，應熟悉所用設備的構成（機械部分、數控裝置、液壓部分、氣路部分等）及規格，并嚴格按照機床及數控裝置使用說明書的要求正確、合理地使用機床，嚴禁超功能使用。對于長期不用的數控機床，應經常給數控系統通電，以免兇長期不用而發生故障。因此，要有針對性地培養數控機床。

各相關人員的設備管理、使用和維護意識，加強業務、技術培訓，提高操作人員素質，使他們盡快掌握機床性能，嚴格執行設備操作規程和維護保養規程，保證設備正常、正確的運行狀態。

2.3 堅持數控設備運行中的巡回檢查

由于數控設備的先進性、復雜性和智能化高的特點，它的維護、保養工作比普通設備復雜且要求高的多。維修人員應通過經常性的巡回檢查，如：伺服電機的溫度、各移動軸的負載情況，電源模塊、伺服模塊是否發熱，是否有異常聲音或有異味，壓力表指示是否正常，各管路及接頭有無泄漏、潤滑狀況是否良好等。積極做好故障和事故預防，若發現異常應及時解決，這樣做才有可能把故障消滅在萌芽狀態之中，從而可以減少一切可避免的損失。

3 結語

本文研究了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術問題。針對PID控制的閉環系統，首先將其視為一個具有單自由度系統的黑箱，建立系統的單自由度模型，然后基于Taylor級數展開，將非線性滑動摩擦力線性化，從而將閉環系統在滑動階段的動力學特性線性化，再利用勞斯穩定性理論，給出了控制系統穩定性的充分條件。依據機床的具體說明書和對齒輪換擋的安全相關的具體措施編制出主軸齒輪箱的速度控制工藝和流程圖，并就整個流程圖中所有的信號進行詳細的說明依據速度測試儀在不同的主軸電機速度下測試主軸的速度是不是與系統中所指定的速度相符，并在系統的主軸速度監控畫面檢查顯示的速度足否為按齒輪比計算出的速度，如速度不符，則系統的參數需重新核定。該數控機床改造后經測試，特別是主軸的改造完全達到了新型數控機床的使用要求。

參考文獻：

[1]孫漢卿.數控機床維修技術.第1版[M].北京：機械工業出版社，2000，5.

[2]鄭國偉，文德邦主編.設備管理與維修工作手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社1989.1.

[3] 陳金成，徐志明，鐘廷修，等.機床沿曲線高速加工時的運動學與動力學特性分析[J].機械工程學報，2002，38（1）：3 1—34.

[4]車春鸝，杜春艷.數控加工技術在汽輪機上的應用.制造自動化，2010.

[5]麗蘭，劉宏昭，吳子英，等.機械系統中摩擦模型的研究進展.力學進展，2008，38（2）：201—213.endprint

【摘 要】 本文詳細論述了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術，分析并舉實例敘述企業中穩定性研究與預防性維修技術的應用，和已在企業設備維修中取得顯著成果。發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術對降低企業設備故障率、減少維護費用及維修時間起著重要的指導作用，能夠有效提高企業的生產率及經濟效益。

【關鍵詞】 發那科 ?機床系統穩定性 ?預防性 ?維修技術

為了適應中國機床制造行業的飛速發展，滿足中國數控機床行業的需求，并充分展示FANuc公司先進的數控技術，在第九屆中國國際機床展覽會（cIMT2005）上，FANuc將推出了一系列的最新產品。它們和目前正在應用的產品一起構成了檔次齊全、技術先進、可應用于多個領域的機床系統。

1 穩定性分析

近年來，學者們運用多種方法力求更為精確地求解此類問題。針對系統中的非線性剛度和切削力建立等效單自由度模型，通過試驗對面銑問題進行研究，并針對系統中存在的有限振幅失穩現象進行闡述。對單自由度再生顫振系統的時滯微分方程進行穩定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等針對車削過程建立兩自由度的時滯系統，分析出狀態時滯對機床的影響。國內方面，對T形槽銑削過程的顫振穩定性進行建模和解析求解如圖1所示。

（1）采用葉瓣圖對顫振系統極限切削深度與主軸轉速間的線性穩定性進行分析，然后根據多尺度法計算出的振幅和相位分岔解考察轉速、切削深度和滯回參數對機床系統響應的非線性穩定性所產生的影響，從而最終描繪出系統的全局運動性態。通過以上的分析流程可以為機床高速主軸系統切削穩定性預測以及動態優化設計提供參考依據。（2）科機床系統在積五十余年制造經驗的基礎上，吸收國內外精華，具有優良的性能。臥式銑鏜床增加了整體式輔助導軌。T作臺在橫向運動時均在剛性較好的下滑座上移動。機床變形小，剛性好，對加工精度的提高極其有利。主軸町選用IS07：24 N050錐孔，可自動裝卸刀。TPX6111C/3型臥式銑鏜床，改變了傳統交流電機集中傳動特點，主電機為變頻電機，進給為伺服進給電機拖動，實現無級傳動;上下滑座采用貼塑導軌;主軸錐孔7：24N050。

由于非線性摩擦的存在，方程描述的控制系統是非線性的，這給平衡點穩定性分析帶來很大難度，因此分析穩定性的基本思想是將非線性摩擦特性線性化，也就是對式的滑動摩擦力進行線性化。將摩擦函數g（未）進行Taylor級數展開，由于其不可微，因此考慮分別從正負方向速度向零值逼近來處理。當系統的物理參數和工況確定后，其低速進給時的穩定性與控制參數密切相關，微分控制參數k。的取值越大越有利于系統穩定，而積分控制環節k。雖有助于消除系統穩態誤差，但取值不宜過高。

2 預防性維修技術及應用

2.1 一般性的預防維修技術及應用

一般性的預防維修技術是指加強數控機床日常的維護、保養，減少設備故障隱患的逐步積累，是由操作人員和維修人員在日常維護和保養中應該遵循和貫徹的原則和方法，通常有以下幾種預防維修技術及應用。

2.2 堅持數控機床的正確使用原則

數控設備的正確使用是減少設備故障、延長使用壽命的關鍵，它在預防性維修中占有很重要的地位。據統計，有三分之一的故障是人為造成的，而且一般性維護（如注油、清洗、檢查等）是由操作者進行的。數控機床的數控系統編程、操作和維修等相關人員，應熟悉所用設備的構成（機械部分、數控裝置、液壓部分、氣路部分等）及規格，并嚴格按照機床及數控裝置使用說明書的要求正確、合理地使用機床，嚴禁超功能使用。對于長期不用的數控機床，應經常給數控系統通電，以免兇長期不用而發生故障。因此，要有針對性地培養數控機床。

各相關人員的設備管理、使用和維護意識，加強業務、技術培訓，提高操作人員素質，使他們盡快掌握機床性能，嚴格執行設備操作規程和維護保養規程，保證設備正常、正確的運行狀態。

2.3 堅持數控設備運行中的巡回檢查

由于數控設備的先進性、復雜性和智能化高的特點，它的維護、保養工作比普通設備復雜且要求高的多。維修人員應通過經常性的巡回檢查，如：伺服電機的溫度、各移動軸的負載情況，電源模塊、伺服模塊是否發熱，是否有異常聲音或有異味，壓力表指示是否正常，各管路及接頭有無泄漏、潤滑狀況是否良好等。積極做好故障和事故預防，若發現異常應及時解決，這樣做才有可能把故障消滅在萌芽狀態之中，從而可以減少一切可避免的損失。

3 結語

本文研究了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術問題。針對PID控制的閉環系統，首先將其視為一個具有單自由度系統的黑箱，建立系統的單自由度模型，然后基于Taylor級數展開，將非線性滑動摩擦力線性化，從而將閉環系統在滑動階段的動力學特性線性化，再利用勞斯穩定性理論，給出了控制系統穩定性的充分條件。依據機床的具體說明書和對齒輪換擋的安全相關的具體措施編制出主軸齒輪箱的速度控制工藝和流程圖，并就整個流程圖中所有的信號進行詳細的說明依據速度測試儀在不同的主軸電機速度下測試主軸的速度是不是與系統中所指定的速度相符，并在系統的主軸速度監控畫面檢查顯示的速度足否為按齒輪比計算出的速度，如速度不符，則系統的參數需重新核定。該數控機床改造后經測試，特別是主軸的改造完全達到了新型數控機床的使用要求。

參考文獻：

[1]孫漢卿.數控機床維修技術.第1版[M].北京：機械工業出版社，2000，5.

[2]鄭國偉，文德邦主編.設備管理與維修工作手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社1989.1.

[3] 陳金成，徐志明，鐘廷修，等.機床沿曲線高速加工時的運動學與動力學特性分析[J].機械工程學報，2002，38（1）：3 1—34.

[4]車春鸝，杜春艷.數控加工技術在汽輪機上的應用.制造自動化，2010.

[5]麗蘭，劉宏昭，吳子英，等.機械系統中摩擦模型的研究進展.力學進展，2008，38（2）：201—213.endprint

【摘 要】 本文詳細論述了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術，分析并舉實例敘述企業中穩定性研究與預防性維修技術的應用，和已在企業設備維修中取得顯著成果。發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術對降低企業設備故障率、減少維護費用及維修時間起著重要的指導作用，能夠有效提高企業的生產率及經濟效益。

【關鍵詞】 發那科 ?機床系統穩定性 ?預防性 ?維修技術

為了適應中國機床制造行業的飛速發展，滿足中國數控機床行業的需求，并充分展示FANuc公司先進的數控技術，在第九屆中國國際機床展覽會（cIMT2005）上，FANuc將推出了一系列的最新產品。它們和目前正在應用的產品一起構成了檔次齊全、技術先進、可應用于多個領域的機床系統。

1 穩定性分析

近年來，學者們運用多種方法力求更為精確地求解此類問題。針對系統中的非線性剛度和切削力建立等效單自由度模型，通過試驗對面銑問題進行研究，并針對系統中存在的有限振幅失穩現象進行闡述。對單自由度再生顫振系統的時滯微分方程進行穩定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等針對車削過程建立兩自由度的時滯系統，分析出狀態時滯對機床的影響。國內方面，對T形槽銑削過程的顫振穩定性進行建模和解析求解如圖1所示。

（1）采用葉瓣圖對顫振系統極限切削深度與主軸轉速間的線性穩定性進行分析，然后根據多尺度法計算出的振幅和相位分岔解考察轉速、切削深度和滯回參數對機床系統響應的非線性穩定性所產生的影響，從而最終描繪出系統的全局運動性態。通過以上的分析流程可以為機床高速主軸系統切削穩定性預測以及動態優化設計提供參考依據。（2）科機床系統在積五十余年制造經驗的基礎上，吸收國內外精華，具有優良的性能。臥式銑鏜床增加了整體式輔助導軌。T作臺在橫向運動時均在剛性較好的下滑座上移動。機床變形小，剛性好，對加工精度的提高極其有利。主軸町選用IS07：24 N050錐孔，可自動裝卸刀。TPX6111C/3型臥式銑鏜床，改變了傳統交流電機集中傳動特點，主電機為變頻電機，進給為伺服進給電機拖動，實現無級傳動;上下滑座采用貼塑導軌;主軸錐孔7：24N050。

由于非線性摩擦的存在，方程描述的控制系統是非線性的，這給平衡點穩定性分析帶來很大難度，因此分析穩定性的基本思想是將非線性摩擦特性線性化，也就是對式的滑動摩擦力進行線性化。將摩擦函數g（未）進行Taylor級數展開，由于其不可微，因此考慮分別從正負方向速度向零值逼近來處理。當系統的物理參數和工況確定后，其低速進給時的穩定性與控制參數密切相關，微分控制參數k。的取值越大越有利于系統穩定，而積分控制環節k。雖有助于消除系統穩態誤差，但取值不宜過高。

2 預防性維修技術及應用

2.1 一般性的預防維修技術及應用

一般性的預防維修技術是指加強數控機床日常的維護、保養，減少設備故障隱患的逐步積累，是由操作人員和維修人員在日常維護和保養中應該遵循和貫徹的原則和方法，通常有以下幾種預防維修技術及應用。

2.2 堅持數控機床的正確使用原則

數控設備的正確使用是減少設備故障、延長使用壽命的關鍵，它在預防性維修中占有很重要的地位。據統計，有三分之一的故障是人為造成的，而且一般性維護（如注油、清洗、檢查等）是由操作者進行的。數控機床的數控系統編程、操作和維修等相關人員，應熟悉所用設備的構成（機械部分、數控裝置、液壓部分、氣路部分等）及規格，并嚴格按照機床及數控裝置使用說明書的要求正確、合理地使用機床，嚴禁超功能使用。對于長期不用的數控機床，應經常給數控系統通電，以免兇長期不用而發生故障。因此，要有針對性地培養數控機床。

各相關人員的設備管理、使用和維護意識，加強業務、技術培訓，提高操作人員素質，使他們盡快掌握機床性能，嚴格執行設備操作規程和維護保養規程，保證設備正常、正確的運行狀態。

2.3 堅持數控設備運行中的巡回檢查

由于數控設備的先進性、復雜性和智能化高的特點，它的維護、保養工作比普通設備復雜且要求高的多。維修人員應通過經常性的巡回檢查，如：伺服電機的溫度、各移動軸的負載情況，電源模塊、伺服模塊是否發熱，是否有異常聲音或有異味，壓力表指示是否正常，各管路及接頭有無泄漏、潤滑狀況是否良好等。積極做好故障和事故預防，若發現異常應及時解決，這樣做才有可能把故障消滅在萌芽狀態之中，從而可以減少一切可避免的損失。

3 結語

本文研究了發那科機床系統穩定性研究與預防性維修技術問題。針對PID控制的閉環系統，首先將其視為一個具有單自由度系統的黑箱，建立系統的單自由度模型，然后基于Taylor級數展開，將非線性滑動摩擦力線性化，從而將閉環系統在滑動階段的動力學特性線性化，再利用勞斯穩定性理論，給出了控制系統穩定性的充分條件。依據機床的具體說明書和對齒輪換擋的安全相關的具體措施編制出主軸齒輪箱的速度控制工藝和流程圖，并就整個流程圖中所有的信號進行詳細的說明依據速度測試儀在不同的主軸電機速度下測試主軸的速度是不是與系統中所指定的速度相符，并在系統的主軸速度監控畫面檢查顯示的速度足否為按齒輪比計算出的速度，如速度不符，則系統的參數需重新核定。該數控機床改造后經測試，特別是主軸的改造完全達到了新型數控機床的使用要求。

參考文獻：

[1]孫漢卿.數控機床維修技術.第1版[M].北京：機械工業出版社，2000，5.

[2]鄭國偉，文德邦主編.設備管理與維修工作手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社1989.1.

[3] 陳金成，徐志明，鐘廷修，等.機床沿曲線高速加工時的運動學與動力學特性分析[J].機械工程學報，2002，38（1）：3 1—34.

[4]車春鸝，杜春艷.數控加工技術在汽輪機上的應用.制造自動化，2010.

[5]麗蘭，劉宏昭，吳子英，等.機械系統中摩擦模型的研究進展.力學進展，2008，38（2）：201—213.endprint