數控機床可靠性強化對策研究

摘 要：本文從數控機床可靠性相關概述入手，著重分析了數控機床故障，并探索了數控機床可靠性強化的對策，以增強數控機床的可靠性。

關鍵詞：數控機床 可靠性 強化 對策

一、引言

機床是工業革命的產物，并隨著工業化發展而不斷發展。機床能夠有效提高機械加工質量和加工效率，增強產品的穩定性。因此，機床快速被工業發展所接受，被廣泛運用到工業領域當中。1952年，世界上出現了第一臺數控機床，實現了自動化控制加工動作與加工過程，解決了結構復雜、多樣化加工和小批量加工等問題。并且，隨著科學技術的發展，數控機床的發展越來越完善，其可靠性越來越強，在工業化發展的過程中扮演著重要的角色。而數控機床的應用引起了人們的研究，很多工程技術人員和學者將研究重點放在數控機床的可靠性上，積極研發數控機床可靠性的關鍵技術。但是，數控機床在使用的過程中仍存在著一定的故障需要我們解決。研究數控機床可靠性強化對策不僅能夠優化數控機床的應用，而且對工業發展有著深刻意義。

二、數控機床可靠性相關概述

1.數控機床可靠性的內涵。在數控機床設計和使用的過程中，可靠性是數控機床的重要指標，簡單來說，可靠性主要指保證數控機床正常運行的方法和技術。而數控機床的正常運行需要充分發揮數控機床的加工能力，不斷提高數控機床各零部件的可靠性，優化數控機床各部分之間的組合。具體來說，數控機床的可靠性主要包括數控機床的可用性、使用壽命、故障影響小、各系統組合的可靠性這四個方面。其中，數控機床的可用性主要指數控機床能夠增長運行，保證工業生產。使用壽命主要是數控機床能夠在長時間內保持穩定的工作狀態，盡可能地延長數控機床的工作壽命，加強對數控機床的維修和維護，定期對數控機床進行故障檢查，及時解決數控機床存在的故障。故障影響小主要指數控機床故障對使用者的影響較小，能夠降低數控機床故障所帶來的損失。數控機床組合可靠性主要指數控起床各系統和各部件之間的組合要合理可靠，能夠保證數控機床系統的正常工作。

2.數控機床可靠性的主要技術。數控機床可靠性主要技術包括可靠性分配、故障修復和可靠性維護這幾個方面，其中，可靠性分配主要包括基于成本、可維修性、復雜程度、失效率等方面的可靠性氛圍。故障修復主要包括完全修復、不完全修復和最小化修復這幾個方面。可靠性維護主要包括故障維修、日常維護、修復性維護和預防性維護這幾個方面。

三、數控機床故障

1.故障類型。首先，根據故障位置來分，數控機床故障可以分為機械部分故障、用戶接口部分故障、數字控制部分故障等。根據數控機床故障的位置進行劃能夠為數控機床故障的維修提供方面，使數控機床的維修更具有針對性。數控機床的機械故障通常包括機械安裝故障、機械排屑故障、機械冷卻故障、機械液壓熊故障等。數字控制部分的故障通常指電器單元控制故障、電動機故障、變壓器故障等；其次，按照故障原因分類，數控機床故障主要分為磨損故障、參數配置故障、安裝故障、疲勞損傷故障等。根據故障原因進行劃分能夠增強故障修復的針對習慣；最后，按照故障發生的模式來分，數控機床故障可以劃分為表直接故障和間接故障這兩種。直接故障主要指故障原因和位置十分明確，能夠明確指出修復策略的故障。而間接故障則指看不到具體的故障位置，無法立刻確定原因的故障。

2.故障分析。在對數控機床故障進行分類之后，需要對故障進行深入分析，了解故障產生的原因、規律以及故障對數控機床系統的影響。而故障原因的分析需要以機床設計原理和工作原理為基礎。但是，在實際工作過程中，有些故障是由于部分部件功能失效引起的，有些故障使由于安裝錯誤引起的，而有些故障是由于自身磨損引起的，無論是哪種故障都需要故障修復人員準確找到故障原因。另外，在找出故障修復原因之后要積極探索故障的出現規律，了解故障的特點，并根據故障的規律和特點采取故障預防和處理措施，便于對故障的后期維護。除此之外，故障維修人員需要對故障的修復成本、修復程度等進行預測，采取更加合理的修復策略。

四、數控機床可靠性強化對策

1.數控機床可靠性強化原理。數控機床在工作過程中會受到溫度循環、電壓循環、振動、濕度等各方面的影響，而這些都可能引發數控機床故障。具體來說，溫度循環會造成不同零件系統的溫差和熱膨脹，使熱疲勞和高熱應力交互作用在產品上，進而影響到產品的化學性能、物理性能等各個方面。濕度可能引發數控機床故障，濕氣會導致產品的電性能惡化，加速進入腐蝕，導致絕緣材料變粗、變形、氣泡等，污染接觸點，影響產品的結構接觸。

2.數控機床可靠性強化試驗方案。首先，試驗人員。試驗人員主要包括測試人員、試驗人員和分析人員。其中，試驗人員負責可靠性實驗室，要掌握基本的可靠性強化試驗理論和操作，并參與實驗方案的制定和實驗結果的分析。測試人員主要由數控機床研制單位負責，需要了解數控機床的功能和結構。試驗分析人員主要承擔著試驗結果的分析，要了解試驗全過程和試驗原理；其次，試驗設備。試驗設備主要包括測試設備和強化試驗設備。其中，強化試驗設備主要指專業的能夠提供振動強化應力和溫度強化應力的設備。測試設備則要能夠在試驗過程中獲取溫度、產品性能、振動等方面的數據；最后，試驗項目。試驗項目主要包括溫度應力試驗、溫度循環試驗、全軸隨機振動試驗和綜合環境應力試驗。其中，溫度應力試驗主要目的是確定產品在沒有任何外部振動情況下的破壞溫度上限和下限。主要包括熱步進應力和冷步進應力這兩個方面。溫度循環試驗要求通過溫度變化來找到溫度的穩定時間。全軸隨機振動試驗主要采用三軸六自由度的寬帶，采用步進昂視來進行試驗。綜合環境應力試驗主要指將產品放在振動和溫度循環的綜合環境中進行應力試驗。

3.數控機床可靠性強化試驗結果。首先，溫度應力試驗得到了數控機床工作的高低溫極限以及芯片溫度的變化。并且，環境溫度遠遠低于芯片溫度，而且，芯片中心位置的溫度與邊緣位置的溫度有著要一定的溫度差。這說明閑篇發熱不均勻，缺乏對產品散熱的合理處理；其次，溫度循環試驗表明在快速溫變率下，數控機床會受到內部應力，造成接觸不良，進而導致數控系統信號不穩定；最后，全軸隨機振動步進應力試驗表明數控機床主板插槽會在振動環境下出現松動現象，進而導致接觸不良。而且，數控面變容易受溫度的影響出現表面變形、腫脹等現象，導致濕氣進入產品之中，嚴重影響產品的性能。

4.數控機床可靠性強化措施。首先，數控機床可靠性強化需要改進數控機床芯片，采用低耗能、芯片封裝、合理散熱等設計方法減少漏電流對芯片的影響，保證芯片的導熱性能，避免芯片受熱不均等現象。其中，低耗能設計主要指運用氧化層厚度、溝道長度、結深等參數來進行設計。芯片封裝技術主要指運用陶瓷封裝等技術，在避免芯片被燒毀的基礎上，保證芯片的導熱性能。而合理散熱設計主要指分散發熱元件，并為芯片設計散熱結構，以達到散熱效果；其次，數控機床可靠性強化需要改進電源模塊，加固直流電源模塊的質量，消除電源輸出過程中的高頻噪聲和波紋。具體來說，電源模塊改進技術主要包括抑制低頻紋波、抑制高頻紋波、抑制環節噪聲、浪涌防護技術等。

參考文獻：

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作者：黃啟磊（1989.01—），江西九江人。現任職于江西工程高級技工學校，助講，本科學歷。研究方向：數控。