1、引言

    数控机床系统故障一般可分两大类：一是先天固有故障，如元器件生产过程中造成的故障，需对其拆卸、更换或改正；另一是后天的永久性、瞬间性或间歇性故障，是由于系统在运行过程中产生的缺陷所致，造成这一类故障的原因很多，外部原因包括温度、湿度、振动、冲击、噪声、停电等因素及操作人员过失等人为因素，内部原因包括系统的偶然性故障和长时间使用后性能老化，以及经过可靠性增长试验仍未能发现的软件和硬件缺陷等引起的故障。

    数控机床要正常地发挥其功能，首先必须稳定、可靠地工作。可靠性是系统和产品的主要属性之一，对于提高系统的有效性、降低寿命期费用和防止产品发生故障具有重要意义。影响数控机床系统可靠性的因素很多，因此提高其可靠性的途径也很多。根据可靠性理论进行预测和分配是基本的。

    2、二次改造开发

 2.1 CNC系统

    尽量减少控制模块的数量，可以有效排除数控系统CNC及伺服所造成的精度不同、功能单一、不稳定的问题。如将数控系统CNC和伺服单元换成日本FANUC OT—D系统及伺服。

    2.2 电气系统

    重新设计电箱箱体和操纵箱。新电箱与机床床身是一体的，减少了运输过程中的不稳定性，增强了数控机床的外观美和可靠性；以便于车间工人的装配和调试，减少了各车间之间的中间环节，保证了正确性，减少了失误。

    重新选择电气元件。新数控机床所用的全部电气元件都经过层层选择，凡是用户反馈意见中发现易出故障的电气元件都应换掉，重新选择可靠的新元件，经过几年的努力，数控机床由于电气元件造成的故障将大大减少。

    电气设计采用模块化设计。把电气部分设计成几十种模块，完全可以满足用户的不同要求，同时根据用户的要求，也要不断地增加新模块。

    2.3 刀架系统

    对老式数控刀架进行改造。老式刀架的刀台转位时需要抬起，转动不平稳、噪音大、刀架内部易进水、进铁屑和运行故障多。吉林大学在这方面已取得成功，该成果相对老式数控刀架的可靠之处在于：

⑴．结构紧凑，转位准确可靠

⑵．高精度淬硬，三联齿盘副定位

 ⑶．精度保持性能好，重复定位精度高，刀架刚性好

⑷．密封防渗漏，性能优异

⑸．刀台无需抬起转位，刀架内部不易进水、进铁屑

⑹．接线简单，维修方便

⑺．具有内冷却功能

    2.4 X轴进给

    针对X轴进给丝杠副间隙不适、精度超标、噪声及松动等现象，进行彻底改进。产生噪声的原因有两个：一个是电机本身性能问题，一个是齿轮传动的加工装配问题。基于以上两种原因，将原来的步进电机改为伺服电机，从性能方面彻底解决；另外将齿轮传动改为同步齿形带传动，同步齿形带传动是利用带齿与带轮齿啮合来传递动力的，它具有传动平稳、结构简单、传动效率高、耗能小及传动速比恒定等特点，特别是对于机床的进给来说，维修调整方便。改进后，噪声问题得到了解决。

    针对丝杠精度及松动的问题，通过提高丝杠的精度等级来提高。将普通向心球轴承和普通平面轴承改为滚针和双向推力滚子组合轴承。此轴承无论在精度等级还是所承受的径向与轴向力方面都优于普通轴承，而且装配调整方便。

    2.5 主传动系统及主轴组件

    (1) 将编码器与主轴的连接由齿轮传动改为同步齿形带传动，既减少了噪声，又不丢步，减少了轴承及编码器的压力，使编码器的寿命大大提高，更利于维修，缩短了调整时间，提高了可靠性。

    (2) 改变主轴前端的密封结构，由原来的单一法兰盘改为现在的迷宫式结构，从而改变密封问题。

    (3) 改进后轴承支承结构，将两个后轴承都固定在箱体内，这样既使主轴前后支承跨距缩短，又加强了支承的刚性。

    2.6 冷却系统

    工件及刀具的冷却系统虽然致命度比较低，但也不容忽视。原冷却装置固定在床鞍上的外冷却管，不能随刀具的转位而调节。经过改进，冷却水可随不同的刀具位置而调节，这样既提高了冷却工件及刀具的可靠性，又节约了冷却液。

    2.7 润滑系统

    原润滑系统采用小孔节流的原理由电子泵向各润滑点供油，缺点是不能控制调节通往各润滑点的油量，由于泵压力及机床本身结构的限制，使Z轴的润滑点外油量过多J轴外则供油不足。大量的实验证明：过量供油与供油不足是同样有害的。经过改进设计，采用单线阻尼系统对各不同的润滑点按比例进行精确供油，使润滑达到最佳效果。

    3、结束语

    数控机床的优势，在于它吸收了各相关学科之长，综合利用而取得整体优化效果，因此在数控机床系统的设计过程中，要特别强调技术融合、学科交叉的作用。数控机床设计是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，各单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进与提高，使整体的功能大于各单元功能的简单之和。因此，在设计过程中，自觉地运用系统工程的观念和方法，把握好系统的组成和作用规律，是数控机床系统设计关键，是发挥其功能的重要保证

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