【文章內(nèi)容簡介】 只是要注意，前饋的加入必須是在上述三個控制環(huán)均最佳調(diào)試完畢后方可進行 ［ 5］ 。 鹽城紡織職業(yè)技術學院 第三章 關于預防性維護 預防性維護的目的是為了降低故障率，其工作主要包括下列幾方面的工作。 (1) 人員安排 為每臺數(shù)控機床分配專門的操作人員、工藝人員和維修人員，所有人員都要不斷地努 力提高自己的業(yè)務技術水平。 (2) 建規(guī)建檔 針對每臺機床的具體性能和加工對象制定操作規(guī)章，建立工作與維修檔案，管理者要經(jīng)常檢查、改進 (3) 日常保養(yǎng) 對每臺數(shù)控機床都應建立日常維護保養(yǎng)計劃，包括保養(yǎng)內(nèi)容(如坐標軸傳動系統(tǒng)的潤滑、磨損情況，主軸潤滑等，油、水氣路，各項溫度控制，平衡系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，傳動帶的松緊，繼電器、接觸器觸頭清潔，各插頭、接線端是否松動，電氣柜通風狀況等等 )及各功能部件和元氣件的保養(yǎng)周期 (每日、每月、半年或不定期 )。 (4) 提高利用率 數(shù)控機床如果較長時間閑置不用，當需要使用時，首先 機床的各運動環(huán)節(jié)會由于油脂凝固、灰塵甚至生銹而其靜、動態(tài)傳動性能，降低機床精度，油路系統(tǒng)的 堵塞更是一大煩事；從電氣方面來看，由于一臺數(shù)控機床的整個電氣控制系統(tǒng)硬件是由數(shù)以 萬計的元器件組成的，他們的性能和壽命具有很大離散性，從宏觀來看分三個階段：在一年之內(nèi)基本上處于所謂 “ 磨合 ” 階段。在該階段故障率呈下降趨勢，如果在這期間不斷開動機床則會較快完成 “ 磨合 ” 任務，而且也可充分利用一年的維修期；第二階段為有效壽命 階段，也就是充分發(fā)揮效能的階段。在合理使用和良好的日常維護保養(yǎng)的條件下，機床正常運轉(zhuǎn)至少可在五年以上 ；第三階段為系統(tǒng)壽命衰老階段，電器硬件故障會逐漸增多，數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命平均在 8～ 10 年左右。 因此，在沒有加工任務的一段時間內(nèi)，最好較低速度下空運行機床，至少也要經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通電，甚至每天都應通電。 鹽城紡織職業(yè)技術學院 第四章 機械故障的形成及其特性分析 故障是機械可靠性與維修研究的前提條件。在機械的設計與使用中，如何有效地預防、控制和排除各種故障，發(fā)揮機械的最大功效一直是人們研究的重要課題。本文根據(jù)機械系統(tǒng)的使用與維修特點，闡述了機械技術狀態(tài)的變化及其故障形成的一般過程，分析了機械故障的基本特性，指出了 機械故障研究中應考慮的問題，對開展機械故障與可靠性的研究具有一定的指導意義。 機械使用與技術狀態(tài)的變化 機械在使用中受到各種能量的作用，這些能量的作用主要包括： (1)周圍介質(zhì)能量的作用，包括執(zhí)行任務的操作人員、修理人員和環(huán)境條件的作用； (2)與機械運轉(zhuǎn)以及各機構(gòu)工作有關的內(nèi)部能源，如各種載荷、振動、溫度等； (3)在制造和裝配中集聚在機械材料和零部件內(nèi)的潛伏能量（鑄件的內(nèi)應力和裝配內(nèi)應力）。這些能量主要以機械能、熱能、化學能的形式存在，當能量達到一定數(shù)值時，將導致有害過程的出現(xiàn)，引起機械零部件初始 性能和狀態(tài)的變化，如當配合副以一定的動力和速度運動時，相互將產(chǎn)生有害的摩擦過程，摩擦的結(jié)果將導致配合副出現(xiàn)磨損，使配合副的運動等發(fā)生變化?？梢婋S著有害過程的發(fā)展，首先將使零部件出現(xiàn)損傷，具體表現(xiàn)為磨損、變形、裂紋、疲勞、腐蝕等，損傷的出現(xiàn)使機械零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，如尺寸公差、形位公差、配合間隙等的改變。結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化又導致了機械功能輸出參數(shù)發(fā)生變化，如機械的輸出功率、速度等的改變。隨著損傷程度的進一步擴大，機械零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)逐漸超出允許值。若機械零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值，而功能輸出參數(shù)并未超出允許 極限范圍，則認為機械出現(xiàn)了潛在故障，對應狀態(tài)為失常狀態(tài)，此時應通過維護進行消除；若結(jié)構(gòu)參數(shù)超限后，功能輸出參數(shù)也超出允許值，則認為機械發(fā)生了功能故障，對應狀態(tài)為故障狀態(tài)，此時應通過修理排除相應的故障。若機械經(jīng)過長時間使用后，其主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)都達到極限值，且系統(tǒng)功能輸出參數(shù)嚴重超限，使用的經(jīng)濟性明顯下降，此時機械處于極限技術狀態(tài)，需要進行大修或更新。機械技術狀態(tài)的特征如表 1 所示，技術狀態(tài)的變化過程如圖 3 所示。 12 圖 3 技術狀態(tài)的變化 過程 表 1 技術狀態(tài)特征 機械技術狀態(tài) 結(jié)構(gòu)參數(shù) 功能參數(shù) 技術措施 備注 完好狀態(tài) 正常范圍 正常范圍 正常運行 失常狀態(tài) 超出允許值 正常范圍 維護保養(yǎng) 潛在故障 故障狀態(tài) 超出允許值 超出允許值 修理 功能故障 極限狀態(tài) 超出極限值 超出允許值 大修或更新 經(jīng)濟性變差 機械故障形成的一般過程 如上所述，機械在使用中受到各種有害作用后，將首先導致零部件出現(xiàn)損傷，損傷又影響機械的輸出參數(shù)，使其發(fā)生變化。若機械輸出參數(shù)隨時間變化的規(guī)律用 ()XtX（ t）表示，損傷程度隨時間的變化用 U(t）表示，則 X（ t）與 U（ t）之間的變化既可能是一致的，也可能有很大區(qū)別。因為其間存在著反映機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、用途和作用原理的 X＝ f（ U（ t))的過渡關系。此外，損傷同產(chǎn)品材料中發(fā)生的物理現(xiàn)象有關，而輸出參數(shù)變化僅僅反映了產(chǎn)品自身的宏觀變化過程。 機械經(jīng)過一個隨機的工作時間間隔后，其參數(shù)達到極限允許值 Xmax，發(fā)生了故障，圖 2 表示了分布律 f（ t）形成的主要過程。 開始時，輸出參數(shù) f（ a）相對其數(shù)學期望值 a0 有一離散程度，該離散程度與機械初始指標的離散度以及使用條件的變化程度有關。然后，在使用維護 更新 修理 使用 大修 完好狀態(tài) 失常狀態(tài) 極限 狀態(tài) 故障狀態(tài) 13 過程中，隨著使用時間的增長，機械輸出參數(shù)的劣化就表現(xiàn)為緩慢進行的過程，例如磨損等，這正是零件磨損導致機械性能改變的典型過程。在一般情況下，可能經(jīng)過某段時間 T 間隔 后，參數(shù)的變化就開始了，時間 T 間隔 是一個與損傷的積累（如疲勞） 或外因作用有關的隨機量，它也具有一定的離散性。 參數(shù) X 的變化過程同樣也是隨機的，它與機械各個零部件的損傷變化有關，機械輸出參數(shù)的劣化速度 Vx 為各零部件磨損速度 V1， V2， …… ， Vk 的函數(shù)，即 Vx＝ dx/dt＝ f（ V1， V2， …… ， Vk） (51) 機械故障的特性分析 機械故障是與磨損、腐蝕、疲勞、老化等機理分不開的，根據(jù)機械故障形成的一般過程，機械故障主要有以下一些特性： (l) 潛在性 機械在使用中會出現(xiàn)各種損傷，損傷引起零部件結(jié)構(gòu)參數(shù) 發(fā)生變化，當損傷發(fā)展到使零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值時，機械即出現(xiàn)潛在故障。由于機械設計存在一定的裕度（安全系數(shù)），因此即使某些零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值后，機械的功能輸出參數(shù)仍在允許的范圍內(nèi)，也即機械并未發(fā)生功能故障。從潛在故障發(fā)展到功能故障一般具有較長的一段時間，因為通過潤滑、清潔、緊固、調(diào)整等手段，可以消除或減緩損傷的發(fā)展，使?jié)撛诠收系玫揭欢ǔ潭鹊目刂粕踔料?。機械故障的潛在性可通過維護保養(yǎng)來減少功能故障的發(fā)生，從而大大延長了機械的使用壽命。 (2) 漸發(fā)性 由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程的發(fā)生與時間 關系密切，因此機械故障的發(fā)生多半與時間有關。在使用中，機械的損傷是逐步產(chǎn)生的，零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也是緩慢變化的，機械的性 gg＃數(shù)也是逐漸惡化的。絕大多數(shù)故障可能事先通過儀器進行測試和監(jiān)控，故障發(fā)生的概率與機械運轉(zhuǎn)的時間有關，機械使用時間越長，發(fā)生故障的概率就越大。故障的漸發(fā)性使機械的多數(shù)故障可以預防，故障診斷、視情維修就是建立在這一基礎上的。 (3) 耗損性 機械磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程伴隨著能量與質(zhì)量的變化，其過程是不可逆轉(zhuǎn)的。表現(xiàn)為機械老化程度逐步加劇，故障越來越多。隨著使用時間的增加，局部故障的 排除雖然能恢復機械的性能，但機械的故障率仍不斷上升，新的故障將不斷出現(xiàn)。同時損傷的消除也是不完全性的，維修不可能使機械的性能恢復到使用前的狀態(tài)。機械故障的耗損性決定了機械維修級別與深度的差異，同時機械故障分布模型也不能簡單用指數(shù)分布來描述。 14 (4) 模糊性 機械使用中，由于受到各種使用及環(huán)境條件的影響，其損傷與輸出參數(shù)的變化都具有一定的隨機性與分散性，同時，由于材料與制造等因素的影響，機械的各種極限值、初始值也具有不同的分布，同一機械，在不同的使用環(huán)境下，輸出 參數(shù)隨時間也具有不同的分布，從而導致參數(shù)變化及故障判別標準都具有一定的分散性，使機械故障的發(fā)生與判別標準都具有一定的模糊性。機械故障的模糊性給機械故障的診斷與判別增加了一定的難度，也要求機械故障的研究必須宏觀與微觀相結(jié)合。 (5) 多樣性 機械使用中，由于磨損、腐蝕、疲勞、老化過程的同時作用，同一零部件往往存在多種故障機理，產(chǎn)生多種故障模式，如軸的彎曲變形、磨損、疲勞斷裂等。這些故障不僅故障機理與表現(xiàn)形式不同，而且分布模型及在各級的影響程度也不同，使故障呈現(xiàn)出多樣性。機械故障的多樣性要求對故障按不同機理與 模式單獨進行研究。 15 第五章 維修的實施 在維修手段方面應具備的條件 (1) 準備好常用備品 、 配件； (2) 隨時可以得到微電子元器件的實際支援或供應； (3) 必要的維修工具、儀器、儀表、接線、微機。最好有小型編程系統(tǒng)或編程器，用以支援設備調(diào)試； (4) 完整資料、手冊、線路圖、維修說明書（包括 CNC 操作說明書）以及接口、調(diào)整與診斷、驅(qū)動說明書， PLC 說明書（包括 PLC 用戶程序單），元器件表格等。 維修前的準備 接到用戶的直接要求后，應盡可能直接與用戶聯(lián)系 ，以便盡快地獲取現(xiàn)場信息、現(xiàn)場情況及故障信息。如數(shù)控機床的進給與主軸驅(qū)動型號、報警指示或故障現(xiàn)象、用戶現(xiàn)場有無備件等。據(jù)此預先分析可能出現(xiàn)的故障原因與部位，而后在出發(fā)到現(xiàn)場之前，準備好有關的技術資料與維修服務工具、儀器備件等，做到有備而去。 現(xiàn)場維修 現(xiàn)場維修是對數(shù)控機床出現(xiàn)的故障（主要是數(shù)控部分）進行診斷，找出故障部位，以相應的正常備件更換，使機床恢復正常運行。這過程的關鍵是診斷，即對系統(tǒng)或外圍線路進行檢測，確定有無故障，并對故障定位指 出故障的確切位置。從整機定位到插線板，在某些場合下甚至定位到元器件。這是整個維修工作的主要部分。 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷 1. 初步判別 通常在資料較全時，可通過資料分析判斷故障所在，或采取接口信號法根據(jù)故障現(xiàn)象判別可能發(fā)生故障的部位，而后再按照故障與這一部位的具體特點，逐個部位檢查，初步判別。在實際應用中，可能用一種方法即可查到 故障并排除，有時需要多種方法并用。對各種判別故障點的方法的掌握程度主要取決于對故障設備原理與結(jié)構(gòu)掌握的深度。 2. 報警處理 ① 系統(tǒng)報警的處理：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時，一般 在顯示屏或操作面板上給出故障信號和相應的信息。通常系統(tǒng)的操作手冊或調(diào)整手冊中都有詳細的報警號， 16 報警內(nèi)容和處理方法。由于系統(tǒng)的報警設置單一、齊全、嚴密、明確、維修人員可根據(jù)每一警報后面給出的信息與處理辦法自行處理。 ② 機床報警和操作信息的處理：機床制造廠根據(jù)機床的電