數控機床電氣系統可靠性問題研究

李多祥，呂博

（沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142）

數控機床電氣系統可靠性問題研究

李多祥，呂博

（沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142）

目前我國數控機床已廣泛應用到航天、機械制造、金屬冶煉、化工生產等領域。隨著數控機床的不斷發展進步，可靠性高的數控機床已經成為制造業發展的基礎。而電氣系統作為數控機床的核心構成，提高其可靠性是數控機床進步的重要問題。

數控機床；制造；電氣系統

區別于普通機床，數控機床是一種使用程序控制系統進行生產制造的機電一體化自動化機床，控制系統根據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。數控機床降低了人工加工的錯誤，提高加工精度、生產效率，簡化加工程序的同時，可以改善勞動者的勞動條件，在生產過程中可以實現多種產品生產。數控機床大大提高生產制造效率。

數控機床由潤滑系統、電氣系統、刀庫、cnc系統、防護裝置、液壓系統、主傳動系統、冷切系統、主軸組件、進給系統等組成。電氣系統是整個系統的核心部位，而且出現故障的頻率也非常高，提高電氣系統的可靠性，可以提高整個系統的可靠性。

1 數控機床電氣系統可靠性問題

電氣系統是數控機床的核心系統，其功能是接收程序指令，識別解釋程序，對結果邏輯數據計算和判斷處理，發出速度控制、時間控制的處理指令。電氣控制系統由數控系統、電源模塊、伺服驅動器、伺服電機、伺服主軸驅動器、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，電氣系統包括控制電器、主令電器、保護電器、配電電器、執行電器。

按元件分，電氣系統分為電氣系統有兩部分，以半導體器件、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、熔斷器、橋堆、斷路器和按鈕。

2 數控機床電氣系統可靠性問題

數控機床電氣系統可靠性是指其在規定的條件下和規定的時間內，完成規定的任務的能力。主觀上來說，是使用者對數控機床的滿意度，而我們主要關注電氣系統在使用期間是否有發生故障。找出目前電氣系統存在的問題，提高電氣系統可靠性，是提高質量數控機床制造技術，提高生產效率的重要條件。

2.1 電氣系統的設計問題

目前我國有的數控機床電氣系統設計方案不夠流暢、簡潔高效，設計理念落后，使用電氣部件老舊，使用過程中的指令不夠明確，使穩定性、可靠性下降，導致機床可靠性降低。

2.2 硬件的質量導致電氣系統故障問題。

數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。其中元器件問題導致故障的概率高達70%。按鈕、開關、繼電器、電磁閥、傳感元件等元件，由于質量不過關，在使用過程中容易損壞，導致故障。這類故障維修比較方便，但是由于發生的頻率高，嚴重影響了數控機床的生產效率，經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 使用環境及維護工作的問題

數控機床使用環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的穩定性影響特別大。這種電源噪音可高達150MHz,瞬態噪音影響尤其明顯，它上升速度快，持續時間短，電壓振幅高，對電氣系統的控制電器，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，導致電氣系統在運行中發生故障。

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

一些企業在使用過程中不注重環境的清理，忽視日常的維護保養工作，導致機床使用壽命的縮短。生產過程中只關注效率，發生小問題、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 使用人員技術問題

企業中操作數控機床一些人員專業度不夠，沒有經過系統的培訓，崗位知識不足，不能做好機床的維護，以及故障問題的發現處理。崗位職責責任感不強，對電氣系統的可靠性也有影響。

3 如何提升數控機床電氣系統可靠性的策略

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

3.1 培養高技術人才，提高可靠性設計

系統的設計師決定了系統運行是否可靠的決定性因素，指定可靠性設計原則，評審，根據可靠性設計原則，實施可靠性設計。分析系統的故障模式，故障影響程度，采用優化，簡化，環保等設計。重視這方面的專業人才培養，設計出高效，簡化，創新的電氣系統，能準確的識別指令，并提高精準度，可以大大提高系統的可靠性。跟隨PLC技術發展的腳步，使其應用到位置控制，過程控制，數據處理等方面。

3.2 提高硬件設備的質量

我國許多元器件主要依賴進口，進口的數控系統和功能部件可以提高機床的可靠性，但是同時也導致產品價格高，缺乏競爭力。雖然我國元器件的生產量大，但是元器件的質量良莠不齊，自主創新能力低，大部分質量屬于中低檔。鼓勵企業提高質量，不斷改進設計、生產，提高質量非常必要。

3.3 優化使用環境以及維護工作

數控機床對電源的要求比較高，除了需要保證電源的穩定性，因為電壓并不穩定，使用穩壓器，設置獨立電路，可以提高電壓穩定性。電氣系統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備之前的耦合和輻射，使用電導率高的材料對電場屏蔽，用磁導率良的材料對磁場進行屏蔽。還可以提高受干擾設備的抗擾能力，降低設備對噪音的敏感度，可使用電磁干擾濾波器。通過一系列的措施，使得電氣系統被電源噪音影響出現故障率降低。

3.4 注重數控機床的工作環境及維護保養工作。

根據數控機床的運行環境和溫度的要求設定，安裝排風設備和干燥設備，如冷風機和排氣扇，對使用環境進行清潔維護，確保數控機床的整體和各部件在恒溫適合的環境下長久可靠地運轉。

高度重視數控機床的維護，規范管理流程，提高專業性。嚴格執行機床管理制度，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，及早發現已經損壞部件，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定，避免發生其他的使用問題。

3.5 提高操作人員的專業素養。

不同的數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技術水平以及良好的工作責任感，讓其在操作過程中，能夠自覺的遵守崗位要求。加強培訓人員操作技術，使用能熟練的掌握操作知識，不斷更新知識的操作人員。

4 結語

綜上所述，數控機床不斷的發展，國外依靠成熟的技術以及制造水平，技術水平不斷提高，我國的機床面臨的競爭越來越激烈，作為數控機床的核心，電氣系統的可靠性成為企業選購機床的最關注的要素，而使用過程中發現，電氣系統出現故障的概率是最高的。不斷的提高電氣系統的可靠性，讓電氣系統保持長久穩定，舒適人機界面，安全可靠，的可持續狀態，是制造出高精度經濟型的數控機床的基礎。

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1671-0711（2017）04（下）-0138-02

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