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1、第一章 绪论论1.1 引言人类已经经进入了了 2ll 世纪纪，我国国也加入入了世界界贸易组组织，世世界经济济正向全全球一体体化的方方向发展展，“世界工工厂”向发展展中国家家转移，已已是不可可阻挡的的大趋势势，伴随随而来的的机床消消费市场场的迁徙徙，主导导了世界界机床制制造业的的再一次次整合与与重组。不不可否认认，中国国制造的的崛起所所点燃的的激情，正正在深刻刻地影响响着世界界机床制制造业的的新一轮轮战略布布局。当当今世界界，市场场竞争越越演越烈烈，在市市场竞争争的五大大要素：品种、质质量、价价格、服服务和交交货期中中，决定定竞争胜胜负的要要素是质质量11 。国国内市场场已日益益走上国国际化的的
2、道路，产产品的旧旧与新的的较量，不不仅局限限于国内内市场。为为能在市市场中求求得生存存，企业业竞争的的一个明明显特征征就是基基于全球球化市场场、以知知识为基基础的产产品竞争争，而新新技术、新新产品以以及整个个市场从从出现到到消亡的的周期越越来越短短。如何何以更低低的价格格、更好好的质量量，及时时的将产产品推向向市场、赢赢得竞争争，是制制造业的的主要目目标22 。1.2 论文选选题背景景振兴装备备制造业业，首先先要振兴兴机床工工业，而而数控机机床已成成为机床床工业的的代名词词3。随着着科学技技术的发发展，世世界先进进制造技技术的兴兴起和不不断成熟熟，对数数控加工工技术提提出了更更高的要要求，超超
3、高速切切削、超超精密加加工等技技术的应应用，对对数控机机床的数数控系统统、伺服服性能、主主轴驱动动、机床床结构等等提出了了更高的的性能指指标。随着FMMS的迅迅速发展展和CIIMS的的不断成成熟，又又将对数数控机床床的通信信功能、人人工智能能和自适适应控制制等技术术提出了了更高的的要求。随随着微电电子计算算机技术术的发展展，数控控系统性性能日臻臻完善，数数控技术术应用领领域日益益扩大。数数控机床床正在不不断采用用新技术术，朝着着高速度度化、高高精度化化、多功功能化、智智能化、系系统化等等方向发发展, 因而对对数控机机床的可可靠性要要求越来来越高。在在实际使使用中，由由于设计计、制造造、使用用等
4、因素素引起的的故障不不断发生生，而数数控系统统是数控控机床的的核心部部分，因因此对数数控系统统进行故故障分析析是十分分必要的的，故障障分析也也是对数数控机床床可靠性性评估的的重要内内容之一一4-8。1.3 论文选选题的目目的与意意义科学技术术，特别别是信息息技术的的飞速发发展，促促进了世世界经济济一体化化的形成成。市场场的竞争争，实质质上是技技术和质质量的竞竞争。在在全球化化的竞争争中，稳稳定的产产品质量量是企业业信誉的的保证，是是企业赖赖以生存存的重要要因素之之一。企企业质量量工作最最终体现现是产品品实物质质量和企企业质量量信誉的的提高，而而产品可可靠性又又是实物物质量的的核心体体现99。数
5、控系统统的故障障分析，是是数控机机床可靠靠性研究究的重要要内容，也也是其可可靠性增增长的重重要环节节。只有有深入、准准确、系系统地对对数控系系统进行行故障分分析，才才能找出出产生故故障的原原因，进进而提出出改进措措施，提提高其可可靠性。因此，开展数控系统的可靠性研究势在必行。日本FAANUCC公司是是世界从从事数控控产品生生产最早早、产品品市场占占有率最最大、最最有影响响的数控控类产品品开发、制制造厂家家之一。该该公司自自20世世纪500年代开开始生产产数控产产品以来来，至今今已开发发、生产产了数十十个系列列的控制制系统。FANUC 0i系统FANUC公司20世纪80年代中、后期开发的产品，是
6、FANUC代表性产品之一。产品在全世界机床行业得到了广泛的应用，是中国市场上销售量最大的一种系统。本论文将深入地剖析FANUC 0i系列数控系统故障，具有较大的现实意义。通过对FFANUUC 00i系列列数控系系统故障障进行故故障树分分析（FTAA）过程透透彻了解解系统，找找出薄弱弱环节，以以便改进进系统设设计、运运行和维维修，从从而提高高系统的的可靠性性、维修修性和安安全性。FTA具有很大的灵活性，全面分析FANUC 0i系列数控系统故障状态的原因，不仅可以分析某些元器件、零部件故障对数控系统的影响，还可以对导致这些部件故障的特殊原因(例如环境的、甚至人为的原因)进行分析，予以统一考虑。它表
7、达数控系统内在联系，并指出元器件、零部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出数控系统的薄弱环节，同时弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了数控系统的可靠性。通过故障障树分析析还可以以定量地地计算复复杂FAANUCC 0ii系列数控控系统的的故障概概率及其其他可靠靠性参数数，为改改善和评评估系统统可靠性性提供定定量数据据。因此此故障树树建成后后，它可可以清晰晰地反映映系统故故障与单单元故障障的关系系，为检检测、隔隔离及排排除故障障提供指指导。对对不曾参参与数控控系统设设计的管管理和维维修人员员来说，故故障树相相当于一一个形象象的管理理、维
8、修修指南，因因此对培培训使用用数控系统统的人员员更有意意义。1.4 故障分分析技术术综述1.4.1 可可靠性及及维修性性与故障障分析的的关系从系统的的观点来来看，故故障包括括两层含含义：一一是机械械系统偏偏离正常常功能，通通过参数数调节，或或零部件件修复又又可恢复复到正常常功能；二是功功能失效效，是指指系统连连续偏离离正常功功能，且且其程度度不断加加剧，使使机械及及其基本本功能不不能保证证，则称称之为失失效（Faiilurre）100。失失效（故故障）分分析是指指研究产产品潜在在的失效效机理、失失效概率率及失效效的影响响等，为为确定产产品的改改进措施施进行系系统的调调查研究究工作，是是可靠性性
9、设计的的重要组组成部分分111。狭义可靠靠性是指指产品在在规定条条件下和和规定时时间内完完成规定定功能的的能力；广义可可靠性是是指产品品在其寿寿命期间间内完成成规定能能力，它它包括狭狭义可靠靠性和维维修性12。提高高可靠性性主要是是延长产产品的正正常工作作时间，即即平均无无故障时时间(MMTBFF: MMeann Tiime Bettweeen FFailluree),而而提高维维修性就就是要缩缩短产品品停机检检修时间间,即平平均修复复时间(MTTTR: Meaan TTimee Too Reepaiir)。二二者综合合起来，能能表示修修复产品品在某一一时间域域内能维维持其规规定功能能的属性性
10、即有效效性A133，则则1.4.2 故故障分析析方法在可靠性性工程学学、安全全工程学学中，故故障模式式、影响响及危害害度分析析 FMMECAA (FFaullt MModee, EEffeect andd Crritiicallityy Annalyysiss)与故故障树分分析FTTA（Fauult Treee AAnallysiis）是有代代表性的的研究方方法114。FMECCA 一一般是从从系统中中最低分分析层次次(如零零部件)开始，分分析其故故障模式式及其原原因，并并最终导导出最高高分析层层次(如如系统)的故障障影响的的一种自自下而上上的正向向归纳分分析方法法。FTA 是提出出“不希望望
11、事件”作为顶顶事件，然然后逐步步追查引引起顶事事件发生生的故障障原因，用用逻辑门门将顶事事件作树树状分解解，构成成故障树树。由于于 FTTA 是是对一个个事件进进行故障障原因分分析，因因而其分分析的重重点不同同于 FFMECCA 那那种逐个个分析归归纳的方方法，而而是在一一开始就就提出结结果事件件，对其其原因详详加分析析，并逐逐步向下下追查，所所以 FFTA 是一种种自上而而下的逆逆向的演演绎推理理方法。实实际上，FTA 的过程类似于事故发生后追究其原因的事后分析方法，但是 FTA 应用于系统的安全性和可靠性分析时，其作用更在于预防乃至改进。与 FMECA 方法相比，FTA 方法的最大特点是可
12、以考虑人为因素、环境因素对顶事件的影响，还可以考虑多种原因相互影响的组合事件。本文重点点讨论的的是对FANNUC 0i数数控系统统进行故故障树分分析（FTAA），其具具体实施施过程将将在后面面的章节节中加以以深入研研究。1.5 论文研研究内容容本论文主主要研究究分析FFUNAAC 00i数控控系统的的原理与与结构，深深刻剖析析数控系系统的各各种模式式，综合合数控系系统的故故障，建建立故障障树进行行分析，从而确定数控系统的关键元件和薄弱环节,进而提出改进措施，提高其可靠性。（1）分分析FUUNACC 0ii数控系系统的原原理与结结构，确确定和剖剖析各种种模式包包括系统统性能、运运行情况况、操作作
13、情况及及各种重重要参数数等。（22）从用用户的故故障报告告和维修修记录，调查分析过去、现在和未来可能发生的FUNAC 0i数控系统发生的故障现象。（3）综合FUNAC 0i数控系统的故障现象，确定故障树的顶事件，调查与顶事件有关的所有原因事件，进行故障树作图。（4）对所建故障树进行定性分析，其目的是分析该类事故的发生规律及特点，通过求取最小割集（或最小经集），找出控制事故的可行方案，并从故障树结构上、发生概率上分析各基本事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。（5）对所建故障树进行定量分析，计算或估计故障树顶事件发生的概率。（6）安全性评价，从定性和定量分析的结果中找出能够降低顶上事件发生
14、概率的最佳方案。第二章 FANNUC-0i数数控系统统故障现现象分析析2.1 FANNUC-0i系系统介绍绍2.1.1 CCNC系系统的定定义及组组成计算机数数字控制制（Coompuuterrizeed NNumeericcal Conntrool,简简称CNNC）技技术是一一种高技技术含量量的自动动控制技技术。按按ISOO 28806-19994数数控机械械术语的的定义，CCNC 系统是是用计算算机控制制加工功功能，实实现数字字控制技技术的系系统。按按GB 81229-887机机床数字字控制术术语，CCNC定定义为采采用存储储程序的的专用计计算机来来实现部部分或全全部基本本数控功功能的一一种
15、数控控系统9。它它以微处处理器为为核心，用用总线连连接有关关部件，带带有集成成于一体体（或独独立）的的PLCC装置，通通过驱动动、伺服服、位检检等环节节对机床床实现加加工过程程的实时时控制。CNC系系统由程程序、输输入装置置、输出出装置、CCNC装装置、PPLC、主主轴驱动动装置和和进给（伺伺服）驱驱动装置置组成，如如图2-1所示示155。图2-11 CCNC系系统的组组成2.1.2 FFANUUC-00i系统统的硬件件结构1、大板板结构图2-22为FAANUCC-0ii系统的的硬件框框图。FF0i系系列是由由（1）主主控制印印刷电路路板（主主CPUU等）、（22）存储储器板、（33）伺服服位置板板、（44）PMMC-LL/M板板、（55）图形形显示控控制板、（66）I/O接口口板、（77）电源源单元板板、（88）附加加I/OO板等共共8部分分组成。主主板为大大板结构构，其他他板为小小板结构构，并把把小板插插在主板板上面，组组成F00i系列列的控制制部分。如如电源单单元板、图图形显示示控制板板、PMMC-LL/M板板、伺服服位置板板（1-4轴）、II/O板板与存储储器板依依次从右右到左插插在主控控制主板板的槽中中。图中中ALMM*为相应应单元的的报警号号，M*为电电缆插头头号。图2-22 FFANUUC-00i的硬硬件框图图2、所
