发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术

郭烽+赵维浩+曲文波+敖阳

【摘 要】 本文详细论述了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术，分析并举实例叙述企业中稳定性研究与预防性维修技术的应用，和已在企业设备维修中取得显著成果。发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术对降低企业设备故障率、减少维护费用及维修时间起着重要的指导作用，能够有效提高企业的生产率及经济效益。

【关键词】 发那科  机床系统稳定性  预防性  维修技术

为了适应中国机床制造行业的飞速发展，满足中国数控机床行业的需求，并充分展示FANuc公司先进的数控技术，在第九届中国国际机床展览会（cIMT2005）上，FANuc将推出了一系列的最新产品。它们和目前正在应用的产品一起构成了档次齐全、技术先进、可应用于多个领域的机床系统。

1 稳定性分析

近年来，学者们运用多种方法力求更为精确地求解此类问题。针对系统中的非线性刚度和切削力建立等效单自由度模型，通过试验对面铣问题进行研究，并针对系统中存在的有限振幅失稳现象进行阐述。对单自由度再生颤振系统的时滞微分方程进行稳定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等针对车削过程建立两自由度的时滞系统，分析出状态时滞对机床的影响。国内方面，对T形槽铣削过程的颤振稳定性进行建模和解析求解如图1所示。

（1）采用叶瓣图对颤振系统极限切削深度与主轴转速间的线性稳定性进行分析，然后根据多尺度法计算出的振幅和相位分岔解考察转速、切削深度和滞回参数对机床系统响应的非线性稳定性所产生的影响，从而最终描绘出系统的全局运动性态。通过以上的分析流程可以为机床高速主轴系统切削稳定性预测以及动态优化设计提供参考依据。（2）科机床系统在积五十余年制造经验的基础上，吸收国内外精华，具有优良的性能。卧式铣镗床增加了整体式辅助导轨。T作台在横向运动时均在刚性较好的下滑座上移动。机床变形小，刚性好，对加工精度的提高极其有利。主轴町选用IS07：24 N050锥孔，可自动装卸刀。TPX6111C/3型卧式铣镗床，改变了传统交流电机集中传动特点，主电机为变频电机，进给为伺服进给电机拖动，实现无级传动;上下滑座采用贴塑导轨;主轴锥孔7：24N050。

由于非线性摩擦的存在，方程描述的控制系统是非线性的，这给平衡点稳定性分析带来很大难度，因此分析稳定性的基本思想是将非线性摩擦特性线性化，也就是对式的滑动摩擦力进行线性化。将摩擦函数g（未）进行Taylor级数展开，由于其不可微，因此考虑分别从正负方向速度向零值逼近来处理。当系统的物理参数和工况确定后，其低速进给时的稳定性与控制参数密切相关，微分控制参数k。的取值越大越有利于系统稳定，而积分控制环节k。虽有助于消除系统稳态误差，但取值不宜过高。

2 预防性维修技术及应用

2.1 一般性的预防维修技术及应用

一般性的预防维修技术是指加强数控机床日常的维护、保养，减少设备故障隐患的逐步积累，是由操作人员和维修人员在日常维护和保养中应该遵循和贯彻的原则和方法，通常有以下几种预防维修技术及应用。

2.2 坚持数控机床的正确使用原则

数控设备的正确使用是减少设备故障、延长使用寿命的关键，它在预防性维修中占有很重要的地位。据统计，有三分之一的故障是人为造成的，而且一般性维护（如注油、清洗、检查等）是由操作者进行的。数控机床的数控系统编程、操作和维修等相关人员，应熟悉所用设备的构成（机械部分、数控装置、液压部分、气路部分等）及规格，并严格按照机床及数控装置使用说明书的要求正确、合理地使用机床，严禁超功能使用。对于长期不用的数控机床，应经常给数控系统通电，以免凶长期不用而发生故障。因此，要有针对性地培养数控机床。

各相关人员的设备管理、使用和维护意识，加强业务、技术培训，提高操作人员素质，使他们尽快掌握机床性能，严格执行设备操作规程和维护保养规程，保证设备正常、正确的运行状态。

2.3 坚持数控设备运行中的巡回检查

由于数控设备的先进性、复杂性和智能化高的特点，它的维护、保养工作比普通设备复杂且要求高的多。维修人员应通过经常性的巡回检查，如：伺服电机的温度、各移动轴的负载情况，电源模块、伺服模块是否发热，是否有异常声音或有异味，压力表指示是否正常，各管路及接头有无泄漏、润滑状况是否良好等。积极做好故障和事故预防，若发现异常应及时解决，这样做才有可能把故障消灭在萌芽状态之中，从而可以减少一切可避免的损失。

3 结语

本文研究了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术问题。针对PID控制的闭环系统，首先将其视为一个具有单自由度系统的黑箱，建立系统的单自由度模型，然后基于Taylor级数展开，将非线性滑动摩擦力线性化，从而将闭环系统在滑动阶段的动力学特性线性化，再利用劳斯稳定性理论，给出了控制系统稳定性的充分条件。依据机床的具体说明书和对齿轮换挡的安全相关的具体措施编制出主轴齿轮箱的速度控制工艺和流程图，并就整个流程图中所有的信号进行详细的说明依据速度测试仪在不同的主轴电机速度下测试主轴的速度是不是与系统中所指定的速度相符，并在系统的主轴速度监控画面检查显示的速度足否为按齿轮比计算出的速度，如速度不符，则系统的参数需重新核定。该数控机床改造后经测试，特别是主轴的改造完全达到了新型数控机床的使用要求。

参考文献：

[1]孙汉卿.数控机床维修技术.第1版[M].北京：机械工业出版社，2000，5.

[2]郑国伟，文德邦主编.设备管理与维修工作手册[M].长沙：湖南科学技术出版社1989.1.

[3] 陈金成，徐志明，钟廷修，等.机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析[J].机械工程学报，2002，38（1）：3 1—34.

[4]车春鹂，杜春艳.数控加工技术在汽轮机上的应用.制造自动化，2010.

[5]丽兰，刘宏昭，吴子英，等.机械系统中摩擦模型的研究进展.力学进展，2008，38（2）：201—213.endprint

【摘 要】 本文详细论述了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术，分析并举实例叙述企业中稳定性研究与预防性维修技术的应用，和已在企业设备维修中取得显著成果。发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术对降低企业设备故障率、减少维护费用及维修时间起着重要的指导作用，能够有效提高企业的生产率及经济效益。

【关键词】 发那科  机床系统稳定性  预防性  维修技术

为了适应中国机床制造行业的飞速发展，满足中国数控机床行业的需求，并充分展示FANuc公司先进的数控技术，在第九届中国国际机床展览会（cIMT2005）上，FANuc将推出了一系列的最新产品。它们和目前正在应用的产品一起构成了档次齐全、技术先进、可应用于多个领域的机床系统。

1 稳定性分析

近年来，学者们运用多种方法力求更为精确地求解此类问题。针对系统中的非线性刚度和切削力建立等效单自由度模型，通过试验对面铣问题进行研究，并针对系统中存在的有限振幅失稳现象进行阐述。对单自由度再生颤振系统的时滞微分方程进行稳定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等针对车削过程建立两自由度的时滞系统，分析出状态时滞对机床的影响。国内方面，对T形槽铣削过程的颤振稳定性进行建模和解析求解如图1所示。

（1）采用叶瓣图对颤振系统极限切削深度与主轴转速间的线性稳定性进行分析，然后根据多尺度法计算出的振幅和相位分岔解考察转速、切削深度和滞回参数对机床系统响应的非线性稳定性所产生的影响，从而最终描绘出系统的全局运动性态。通过以上的分析流程可以为机床高速主轴系统切削稳定性预测以及动态优化设计提供参考依据。（2）科机床系统在积五十余年制造经验的基础上，吸收国内外精华，具有优良的性能。卧式铣镗床增加了整体式辅助导轨。T作台在横向运动时均在刚性较好的下滑座上移动。机床变形小，刚性好，对加工精度的提高极其有利。主轴町选用IS07：24 N050锥孔，可自动装卸刀。TPX6111C/3型卧式铣镗床，改变了传统交流电机集中传动特点，主电机为变频电机，进给为伺服进给电机拖动，实现无级传动;上下滑座采用贴塑导轨;主轴锥孔7：24N050。

由于非线性摩擦的存在，方程描述的控制系统是非线性的，这给平衡点稳定性分析带来很大难度，因此分析稳定性的基本思想是将非线性摩擦特性线性化，也就是对式的滑动摩擦力进行线性化。将摩擦函数g（未）进行Taylor级数展开，由于其不可微，因此考虑分别从正负方向速度向零值逼近来处理。当系统的物理参数和工况确定后，其低速进给时的稳定性与控制参数密切相关，微分控制参数k。的取值越大越有利于系统稳定，而积分控制环节k。虽有助于消除系统稳态误差，但取值不宜过高。

2 预防性维修技术及应用

2.1 一般性的预防维修技术及应用

一般性的预防维修技术是指加强数控机床日常的维护、保养，减少设备故障隐患的逐步积累，是由操作人员和维修人员在日常维护和保养中应该遵循和贯彻的原则和方法，通常有以下几种预防维修技术及应用。

2.2 坚持数控机床的正确使用原则

数控设备的正确使用是减少设备故障、延长使用寿命的关键，它在预防性维修中占有很重要的地位。据统计，有三分之一的故障是人为造成的，而且一般性维护（如注油、清洗、检查等）是由操作者进行的。数控机床的数控系统编程、操作和维修等相关人员，应熟悉所用设备的构成（机械部分、数控装置、液压部分、气路部分等）及规格，并严格按照机床及数控装置使用说明书的要求正确、合理地使用机床，严禁超功能使用。对于长期不用的数控机床，应经常给数控系统通电，以免凶长期不用而发生故障。因此，要有针对性地培养数控机床。

各相关人员的设备管理、使用和维护意识，加强业务、技术培训，提高操作人员素质，使他们尽快掌握机床性能，严格执行设备操作规程和维护保养规程，保证设备正常、正确的运行状态。

2.3 坚持数控设备运行中的巡回检查

由于数控设备的先进性、复杂性和智能化高的特点，它的维护、保养工作比普通设备复杂且要求高的多。维修人员应通过经常性的巡回检查，如：伺服电机的温度、各移动轴的负载情况，电源模块、伺服模块是否发热，是否有异常声音或有异味，压力表指示是否正常，各管路及接头有无泄漏、润滑状况是否良好等。积极做好故障和事故预防，若发现异常应及时解决，这样做才有可能把故障消灭在萌芽状态之中，从而可以减少一切可避免的损失。

3 结语

本文研究了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术问题。针对PID控制的闭环系统，首先将其视为一个具有单自由度系统的黑箱，建立系统的单自由度模型，然后基于Taylor级数展开，将非线性滑动摩擦力线性化，从而将闭环系统在滑动阶段的动力学特性线性化，再利用劳斯稳定性理论，给出了控制系统稳定性的充分条件。依据机床的具体说明书和对齿轮换挡的安全相关的具体措施编制出主轴齿轮箱的速度控制工艺和流程图，并就整个流程图中所有的信号进行详细的说明依据速度测试仪在不同的主轴电机速度下测试主轴的速度是不是与系统中所指定的速度相符，并在系统的主轴速度监控画面检查显示的速度足否为按齿轮比计算出的速度，如速度不符，则系统的参数需重新核定。该数控机床改造后经测试，特别是主轴的改造完全达到了新型数控机床的使用要求。

参考文献：

[1]孙汉卿.数控机床维修技术.第1版[M].北京：机械工业出版社，2000，5.

[2]郑国伟，文德邦主编.设备管理与维修工作手册[M].长沙：湖南科学技术出版社1989.1.

[3] 陈金成，徐志明，钟廷修，等.机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析[J].机械工程学报，2002，38（1）：3 1—34.

[4]车春鹂，杜春艳.数控加工技术在汽轮机上的应用.制造自动化，2010.

[5]丽兰，刘宏昭，吴子英，等.机械系统中摩擦模型的研究进展.力学进展，2008，38（2）：201—213.endprint

【摘 要】 本文详细论述了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术，分析并举实例叙述企业中稳定性研究与预防性维修技术的应用，和已在企业设备维修中取得显著成果。发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术对降低企业设备故障率、减少维护费用及维修时间起着重要的指导作用，能够有效提高企业的生产率及经济效益。

【关键词】 发那科  机床系统稳定性  预防性  维修技术

为了适应中国机床制造行业的飞速发展，满足中国数控机床行业的需求，并充分展示FANuc公司先进的数控技术，在第九届中国国际机床展览会（cIMT2005）上，FANuc将推出了一系列的最新产品。它们和目前正在应用的产品一起构成了档次齐全、技术先进、可应用于多个领域的机床系统。

1 稳定性分析

近年来，学者们运用多种方法力求更为精确地求解此类问题。针对系统中的非线性刚度和切削力建立等效单自由度模型，通过试验对面铣问题进行研究，并针对系统中存在的有限振幅失稳现象进行阐述。对单自由度再生颤振系统的时滞微分方程进行稳定性和hopf分岔的研究。INSPERGER等针对车削过程建立两自由度的时滞系统，分析出状态时滞对机床的影响。国内方面，对T形槽铣削过程的颤振稳定性进行建模和解析求解如图1所示。

（1）采用叶瓣图对颤振系统极限切削深度与主轴转速间的线性稳定性进行分析，然后根据多尺度法计算出的振幅和相位分岔解考察转速、切削深度和滞回参数对机床系统响应的非线性稳定性所产生的影响，从而最终描绘出系统的全局运动性态。通过以上的分析流程可以为机床高速主轴系统切削稳定性预测以及动态优化设计提供参考依据。（2）科机床系统在积五十余年制造经验的基础上，吸收国内外精华，具有优良的性能。卧式铣镗床增加了整体式辅助导轨。T作台在横向运动时均在刚性较好的下滑座上移动。机床变形小，刚性好，对加工精度的提高极其有利。主轴町选用IS07：24 N050锥孔，可自动装卸刀。TPX6111C/3型卧式铣镗床，改变了传统交流电机集中传动特点，主电机为变频电机，进给为伺服进给电机拖动，实现无级传动;上下滑座采用贴塑导轨;主轴锥孔7：24N050。

由于非线性摩擦的存在，方程描述的控制系统是非线性的，这给平衡点稳定性分析带来很大难度，因此分析稳定性的基本思想是将非线性摩擦特性线性化，也就是对式的滑动摩擦力进行线性化。将摩擦函数g（未）进行Taylor级数展开，由于其不可微，因此考虑分别从正负方向速度向零值逼近来处理。当系统的物理参数和工况确定后，其低速进给时的稳定性与控制参数密切相关，微分控制参数k。的取值越大越有利于系统稳定，而积分控制环节k。虽有助于消除系统稳态误差，但取值不宜过高。

2 预防性维修技术及应用

2.1 一般性的预防维修技术及应用

一般性的预防维修技术是指加强数控机床日常的维护、保养，减少设备故障隐患的逐步积累，是由操作人员和维修人员在日常维护和保养中应该遵循和贯彻的原则和方法，通常有以下几种预防维修技术及应用。

2.2 坚持数控机床的正确使用原则

数控设备的正确使用是减少设备故障、延长使用寿命的关键，它在预防性维修中占有很重要的地位。据统计，有三分之一的故障是人为造成的，而且一般性维护（如注油、清洗、检查等）是由操作者进行的。数控机床的数控系统编程、操作和维修等相关人员，应熟悉所用设备的构成（机械部分、数控装置、液压部分、气路部分等）及规格，并严格按照机床及数控装置使用说明书的要求正确、合理地使用机床，严禁超功能使用。对于长期不用的数控机床，应经常给数控系统通电，以免凶长期不用而发生故障。因此，要有针对性地培养数控机床。

各相关人员的设备管理、使用和维护意识，加强业务、技术培训，提高操作人员素质，使他们尽快掌握机床性能，严格执行设备操作规程和维护保养规程，保证设备正常、正确的运行状态。

2.3 坚持数控设备运行中的巡回检查

由于数控设备的先进性、复杂性和智能化高的特点，它的维护、保养工作比普通设备复杂且要求高的多。维修人员应通过经常性的巡回检查，如：伺服电机的温度、各移动轴的负载情况，电源模块、伺服模块是否发热，是否有异常声音或有异味，压力表指示是否正常，各管路及接头有无泄漏、润滑状况是否良好等。积极做好故障和事故预防，若发现异常应及时解决，这样做才有可能把故障消灭在萌芽状态之中，从而可以减少一切可避免的损失。

3 结语

本文研究了发那科机床系统稳定性研究与预防性维修技术问题。针对PID控制的闭环系统，首先将其视为一个具有单自由度系统的黑箱，建立系统的单自由度模型，然后基于Taylor级数展开，将非线性滑动摩擦力线性化，从而将闭环系统在滑动阶段的动力学特性线性化，再利用劳斯稳定性理论，给出了控制系统稳定性的充分条件。依据机床的具体说明书和对齿轮换挡的安全相关的具体措施编制出主轴齿轮箱的速度控制工艺和流程图，并就整个流程图中所有的信号进行详细的说明依据速度测试仪在不同的主轴电机速度下测试主轴的速度是不是与系统中所指定的速度相符，并在系统的主轴速度监控画面检查显示的速度足否为按齿轮比计算出的速度，如速度不符，则系统的参数需重新核定。该数控机床改造后经测试，特别是主轴的改造完全达到了新型数控机床的使用要求。

参考文献：

[1]孙汉卿.数控机床维修技术.第1版[M].北京：机械工业出版社，2000，5.

[2]郑国伟，文德邦主编.设备管理与维修工作手册[M].长沙：湖南科学技术出版社1989.1.

[3] 陈金成，徐志明，钟廷修，等.机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析[J].机械工程学报，2002，38（1）：3 1—34.

[4]车春鹂，杜春艳.数控加工技术在汽轮机上的应用.制造自动化，2010.

[5]丽兰，刘宏昭，吴子英，等.机械系统中摩擦模型的研究进展.力学进展，2008，38（2）：201—213.endprint