机床数控技术及应用-7

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,7.3 数控机床的维护与保养,7.3.1 预防性维护,1人员培训,(1)应为数控机床配备经过专门技术培训的编程、操作和维修人员。要求维修人员不但要有机械、加工工艺及液压、气动方面的知识，也要具备电子计算机、自动控制、驱动及测量技术等知识，这样才能全面了解和掌握数控机床，搞好维修。,(2)维修人员在维修前应详细阅读机床的有关说明书，包括机床结构图、梯形图、系统原理与框图以及电缆连接等的说明书。,(3)维修人员必须懂一些英语，以便看懂铭牌及电气说明书上的简要注释，以及常用芯片、主器件和电动机的名称及数据等。,7.3.1 预防性维护,2使用注意事项,(1)尽量少开数控柜的门。,因为机加工车间的空气中灰尘、油雾、金属粉末很多，落在印刷线路板或电子组件上容易造成元器件间绝缘电阻的下降，以致发生故障甚至使元器件及印刷电路损坏等,(2)定期更换直流电动机电刷。,如果数控机床闲置不用达半年以上，应将电刷从电动机中取出，以免化学腐蚀作用使换向器表面腐蚀，换向性能变差，甚至损坏整台电动机。,7.3.1 预防性维护,(3)尽量提高数控机床的利用率。,由于数控机床价格昂贵，结构复杂，出现故障时用户又难以排除，经常闲置床，这种“保护方法是不可取的，尤其对于数控系更是如此。因为数控系统由成千上万个电子器件组成，它们的性能和寿命具有很高的离散性；虽经严格筛选但使用过程中仍不免会有某些元件出现故障。因此可以认为数控系统存在着失效率曲线，即故障曲线，如图7.3.1所示.该曲线似一个浴盆，故又称浴盆曲线。,7.3.1 预防性维护,失效率曲线可以分成3个区域,在第1区域(即初期运行区)内系统的故障率呈负指数函数曲线，故障率较高，称,早期失效,。,第II区域为数控系统的有效寿命区，失效率较低，属于,随机失效,。,第III区域为系统的衰老区，此时的失效率随时间推延而急剧增加，即系统已到了寿命的极限，称,耗散失效,。,一般来说，数控系统要经过9-14个月的运行才能进入有效寿命区。因此用户安装完数控机床后，要长期连续运行，充分利用一年保修的有利条件，使初期运行区在保修期内结束。,7.3.2 设备的日常保养,一般维修应包含两方而的含义。,一是日常的维护，这是为了延长平均无故障时间；,二是故障维修，此时要缩短平均修复时间。,为了延长各元器件的寿命和正常机械磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取机床能在较长时间内正常工作，必须对数控机床进行日常保养。,表7.3.1中列举了数控机床定期维护的检查顺序。日常维护分为每天检查、每周检查、每半年及一年检查和不定期检查等多种检查周期，检查内容为常规检查内容。对一些机床上频繁运部件(无论是机械部分还是控制驱动部分)，都应作为重点的定时检查对象。,7.4 CNC系统的可靠性和故障诊断技术,7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念,数控系统丧失了规定的功能称为故障。,故障发生的频次及相关的运行时间是衡量数控系统可靠性的基本参数。可靠性是产品的一种属性，是产品在规定的条件下能正确执行预期功能的时间量度。只有功能适当、操作使用方便有效使用期长的产品，才能在工业环境中推广应用。,1,可靠度或可靠率,R(t),系统(或设备、元件)在规定的条件下工作到t时刻，能正确地完成规定功能的概率为可靠度(或可靠率)。它也表示产品在一定时间内不易发生故障的程度，一般用,R(t)表示。,7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念,2失效率,(t),指在t时刻前系统无故障，而在t时刻后的单位时间内因故障而引起失效的概率。对于质量稳定的产品，其失效率可用一个常数表示，称为平均失效率,，,可通过试验确定，即,nTN,其中n为一定时间内失效的产品数；T为接收试验产品的总试验时间；N为受试产品的总数。失效率的单位为“1/h”，常用“/kh”或“h,-5,”表示。,7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念,左图所示为典型的R(t)与(t)曲线。(t)有一段低平部分，表示产品的偶然失效率，可视为常数。此时其可靠度为以为参数的指数函数，即,R(t)e,-t,7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念,3.平均无故障时间（MEAN TIME BETWEEN FAILURE，简称 MTBF）,平均无故障时间的含义是：,可修复产品在两次故障之间能正常工作的时间的平均值，也就是产品在寿命范围内总工作时间与总故障次数的比，即,7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念,它与可靠度R（t）的关系为,式中的t为系统连续正确工作的时间。如果MTBF30000h，则系统连续正确工作16小时的概率为R（t）99.468，若MTBF22000h，则系统连续正确工作16小时的概率为R（t）99.927。,而,7.4.1,系,系,统,统,可,可,靠,靠,性,性,及,及,故,故,障,障,的,的,基,基,本,本,概,概,念,念,又,因,因,为,为,我,国,国,的,的,机,机,床,床,数,数,字,字,控,控,制,制,系,系,统,统,通,通,用,用,技,技,术,术,条,条,件,件,规,规,定,定,，,，,数,数,控,控,系,系,统,统,产,产,品,品,的,的,可,可,靠,靠,性,性,验,验,证,证,用,用,平,平,均,均,无,无,故,故,障,障,工,工,作,作,时,时,间,间MTBF,作,作,为,为,衡,衡,量,量,指,指,标,标,MTBF,最低,不,不应,低,低于3000h、5000h,或,或10000(分,三,三档)。,日,日本FANUC系,统,统的,MTBF,可达22000h,，,，甚至36000h。,所以,而,这是平均,寿,寿命的表,示,示法，在,实,实际中很,有,有用。,7.4.1 系,统,统可靠性,及,及故障的,基,基本概念,4.平,均,均修复时,间,间（mean timeto repair，简称MTTR）,平均修复,时,时间是指,数控机床,在,在寿命范,围,围内，每,次,次从出现,故,故障开始,维,维修，直,至,至能正常,工,工作所用,的,的平均时,间,间。显然,这,这个时间,越,越短越好,。,。除必要,的,的物质条,件,件外，诊,断,断人员的,水,水平在这,里,里起主导,作,作用，造,就,就一批精,干,干的维修,队,队伍是非,常,常关键的,。,。,7.4.1 系,统,统可靠性,及,及故障的,基,基本概念,5.有,效,效度 A,这是从可,靠,靠性和可,维,维修度对,数,数控机床,的,的正常工,作,作概率进,行,行综合评,价,价的尺度,，,，是指一,台,台可维修,的,的数控机,床,床在某一,段,段时间内,，,，维持其,性,性能的概,率,率。,A 是,一,一个小,于,于 1,的,的数，,但,但越接,近,近 1,越,越好。,7.4.1,系,系统,可,可靠性,及,及故障,的,的基本,概,概念,我国数,控,控机床,可,可靠性,现,现状,数控机,床,床可靠,性,性的主,要,要指标MTBF,一,一直是,影,影响我,国,国数控,机,机床市,场,场竞争,力,力的主,要,要问题,，,，经过,“,“九五,”,”期间,产,产、学,、,、研相,结,结合的,共,共同努,力,力，该,项,项指标,已,已经有,了,了很大,的,的提高,：,：加工,中,中心的MTBF,从,从“八,五,五”的,平,平均200,多,多小时,提,提高到,平,平均400,多,多小时,，,，数控,车,车床的MTBF,从,从平均200 多,小,小时提,高,高到450,多,多小,时,时，自,行,行研制,的,的 CNC,系,系统的MTBF,从,从5000小,时,时提高,到,到 10000小时,以,以上，,尽,尽管与,国,国际先,进,进水平,还,还有一,定,定差距,，,，但成,绩,绩还是,可,可喜的,。,。,7.4.1,系,系统,可,可靠性,及,及故障,的,的基本,概,概念,要全面,认,认识一,台,台数控,系,系统的,可,可靠性,，,，除了,故,故障平,均,均间隔,时,时间MTBF,外,外，还,必,必须考,虑,虑系统,的,的可利,用,用率，,即,即有效,度,度A因,为,为A与MTBF和MTTR,都,都有关,。,。,我国目,前,前的数,控,控系统,中,中，一,类,类是从,国,国外引,进,进的数,控,控先进,设,设备。,尽,尽管其MTBF很大,，,，但可,维,维修性,很,很差。,往,往往院,了,了国外,生,生产公,司,司的专,门,门检修,人,人员能,进,进行检,修,修以外,，,，国内,厂,厂方技,术,术人员,无,无法维,修,修，因,此,此可利,用,用率很,仍,仍低。,另一类,是,是国内,的,的数控,系,系统，,其,其MTBF可,能,能很小,，,，但可,维,维护性,却,却比国,外,外系统,好,好得多,，,，从而,可,可利用,率,率也相,当,当高。,7.4.1,系,系统,可,可靠性,及,及故障,的,的基本,概,概念,另外，,在,在评价,国,国内数,控,控系统,时,时必须,要,要有合,理,理的指,标,标，应,当,当结合,必,必要性,和,和可能,性,性进行,评,评价。,所谓必,要,要性，,是,是指使,用,用者根,据,据生产,需,需要对,数,数控系,统,统提出,的,的可靠,性,性要求,，,，数控,系,系统必,须,须达到,此,此要求,才,才有使,用,用价值,。,。,所谓可,能,能性，,就,就是在,现,现有的,生,生产手,段,段、投,资,资决策,、,、工艺,条,条件、,元,元器件,来,来源等,条,条件下,，,，数控,系,系统可,能,能达到,的,的可靠,性,性指标,。,。目前,，,，根据,机,机械加,工,工的特,点,点及具,体,体要求,，,，对于,一,一般用,途,途的数,控,控系统,，,，,平均故,障,障间隔,时,时间MTBF=3000h,可利用,率,率A0.95,对于特,殊,殊要求,，,，或用,于,于柔性,制,制造系,统,统和计,算,算机集,成,成制造,系,系统的,数,数控系,统,统，其,可,可靠性,要,要求要,高,高得多,。,。,7.4.2,影,影响可,靠,靠性的,因,因数,1.元,器,器件失,效,效,元器件,是,是构成,系,系统的,基,基本单,元,元，整,机,机的失,效,效率等,于,于各组,成,成部分,失,失效率,之,之和。,例,例如硅,三,三极管,的,的失效,率,率0.01h,5,（表7.4.1）,，,，则,平,平均,无,无故,障,障时,间,间MTBF1/,10h,7,。5000个,该,该类,元,元件,总,总的,失,失效,率,率,5000,0.01h,50h,5,，则MTBF,1/,2,10h,3,。,一般,，,，有i种n个,相,相同,元,元器,件,件系,统,统的,总,总失,效,效率,为,为：,总,式中i1，2，,，,，m,。,。为,元,元器,件,件的,种,种类,；,；n,i,为某,种,种元,件,件的,数,数量,。,。,7.4.2,影,影响,可,可靠,性,性的,因,因数,2,元,元器,件,件的,联,联接,与,与组,装,装不,良,良,接触,不,不良,，,，温,度,度、,湿,湿度,变,变化,大,大，,油,油污,、,、粉,尘,尘污,染,染及,机,机械,振,振动,等,等对,元,元件,、,、线,路,路板,、,、接,插,插件,产,产生,严,严重,后,后果,。,。走,线,线的,不,不合,理,理等,也,也会,影,影响,系,系统,的,的可,靠,靠性,。,7.4.2,影,影响,可,可靠,性,性的,因,因数,3,电,电磁,干,干扰,作为,机,机电,一,一体,化,化产,物,物的,数,数控,机,机床,，,，是,机,机械,、,、电,子,子、,电,电力,、,、强,电,电、,弱,弱电,、,、硬,件,件、,软,软件,技,技术,紧,紧密,相,相结,合,合的,自,自动,化,化系,统,统，,因,因此,电,电磁,环,环境,和,和电,磁,磁干,扰,扰对,它,它来,讲,讲是,既,既复,杂,杂又,重,重要,的,的问,题,题。,（1,）,）高,频,频电,磁,磁干,扰,扰。,如,如电,器,器开,关,关通,断,断时,会,会产,生,生电,火,火花,，