1 簡(jiǎn)介

　　數(shù)控機(jī)床一般是由潤(rùn)滑系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)，刀庫(kù)，CNC 系統(tǒng)，防護(hù)裝置，液壓系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，主軸組件，進(jìn)給系統(tǒng)等組成。數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)是指控制著機(jī)床各部件進(jìn)行工作并協(xié)調(diào)完成機(jī)床加工任務(wù)的核心系統(tǒng)。它是由大量的繼電器來組成非常復(fù)雜的邏輯控制電路，通過接受來自操作面板及機(jī)床其他各部分位置開關(guān)所傳來的信號(hào)并經(jīng)過邏輯運(yùn)算的信號(hào)，從而控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。電氣系統(tǒng)通常指的是數(shù)控機(jī)床除了CNC 系統(tǒng)和電源外的所有電氣元件和線路連接的部分傳感器件，例如電磁閥，變頻器，繼電器，開關(guān)等。

　　數(shù)控系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的控制中樞，在實(shí)際的使用和運(yùn)行過程中表現(xiàn)優(yōu)劣，直接關(guān)系到數(shù)控機(jī)床整體設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行，完成加工任務(wù)。因此，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性是廣大數(shù)控機(jī)床用戶在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)最為關(guān)注的質(zhì)量屬性之一，在越來越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控巨頭憑借他們所擁有的先進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝尤其是在電氣系統(tǒng)方面對(duì)我國(guó)的數(shù)控行業(yè)形成合圍之勢(shì)。數(shù)控機(jī)床可靠性的好壞已經(jīng)成為我國(guó)民族數(shù)控產(chǎn)業(yè)能否繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

　　產(chǎn)品或者系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和條件下完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。產(chǎn)品包含許多的種類繁多，可以指系統(tǒng)中的零部件，組件及子系統(tǒng)模塊部分乃至整個(gè)系統(tǒng)。規(guī)定的條件，時(shí)間和功能統(tǒng)稱為可靠性二要素。如一輛正常的汽車在平坦的道路上行駛和在崎嶇的山路上行駛，其表現(xiàn)的可靠性是完全不同的?？煽啃缘脑u(píng)價(jià)可以使用概率或時(shí)間指標(biāo)，像失效率、平均無失效工作時(shí)間、平均失效前時(shí)間等。

2 數(shù)控系統(tǒng)可靠性低的原因

　　近幾年來數(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”通過饋線傳播干擾。 目前我國(guó)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)的故障率相對(duì)國(guó)外還是很高的，這與電源系統(tǒng)和電網(wǎng)適應(yīng)能力有很大關(guān)系。通常一般的交流電變化為士10%時(shí)系統(tǒng)可以正常工作。近些年來，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，影響數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

3 提高可靠性的措施

　　數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性水平從根本上說是在設(shè)計(jì)階段決定的，是通過實(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。

　　可靠性設(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，首要問題是解決電源的問題，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。

　　數(shù)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)值，要通過制造和裝配過程予以保證和實(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。