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     摘要: 針對(duì)國(guó)產(chǎn)高速高精密磨床在使用時(shí)間故障頻發(fā)、精度下降等可靠性問題。為增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)高精密磨床的可靠性，提高其MTBF，增強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)多臺(tái)某型國(guó)產(chǎn)高精密磨床的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了兩年的跟蹤記錄。通過深入分析其在用戶現(xiàn)場(chǎng)的故障數(shù)據(jù)，找出影響該型國(guó)產(chǎn)磨床整機(jī)可靠性的故障部位、模式及潛在的原因。并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，得出了該型國(guó)產(chǎn)磨床的薄弱環(huán)節(jié)。針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)提出優(yōu)化改進(jìn)措施，并反饋給設(shè)計(jì)、制造、管理等部門，從而提高磨床的整機(jī)可靠性及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
   

     0 、引言

  
     高精密立式圓臺(tái)磨床可以通過一次裝夾完成零件的內(nèi)圓、外圓、錐面、端面等的復(fù)合磨削加工，具有高效率、高精度、高柔性、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn) 。特別適用于航空航天、軍工、風(fēng)電等領(lǐng)域的多品種、小批量的高精密零件加工 。
 
     目前國(guó)產(chǎn)立式磨床的可靠性差、易出故障，國(guó)產(chǎn)磨床在高端機(jī)床市場(chǎng)占有率偏低，但國(guó)內(nèi)對(duì)高檔立式磨床的需求量卻很大［3］。對(duì)國(guó)產(chǎn)某型高精密立式磨床進(jìn)行了研究，對(duì)其進(jìn)行可靠性分析，突破該型磨床可靠性的一些關(guān)鍵問題，提高其可靠性水平及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 。

     1 、高精密磨床的故障部位分析

  
     1． 1 高精密磨床故障統(tǒng)計(jì)
 
     1． 1． 1 故障部位分析、危害度及風(fēng)險(xiǎn)度分析
 
     根據(jù)從2012 年1 月1 日到2013 年12 月30 日對(duì)7 臺(tái)某型高精密立式磨床使用現(xiàn)場(chǎng)收集的故障數(shù)據(jù)，整理后共得到94 條有效的故障記錄。

     1． 2 高精密磨床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

      圖1 是某型高精度立式磨床的模型圖。

     該高精密磨床是立式床身設(shè)計(jì)，閉式靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)、立磨頭、臥磨頭與X、Y、Z 軸一起實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能密集，更容易發(fā)生故障。下面就對(duì)該型磨床進(jìn)行FMECA ( Failure Mode，Effects and Criticality analysis，故障模式影響及危害性分析) 。

  
     2 、磨床的故障模式及危害度分析

  
     2． 1 高精密立式磨床子系統(tǒng)構(gòu)分析
 
     對(duì)該型高精密磨床劃分子系統(tǒng)并定義代碼為: 電氣子系統(tǒng)H、進(jìn)給子系統(tǒng)D、磨削子系統(tǒng)E、液壓子系統(tǒng)L、冷卻子系統(tǒng)G、潤(rùn)滑子系統(tǒng)W 和CNC 子系統(tǒng)V。通過對(duì)該型磨床故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，并按照相關(guān)公式 ，計(jì)算出各子系統(tǒng)所發(fā)生故障的頻率、危害度CＲi如表1 所示。

                                        表1 故障次數(shù)、頻率及危害度表

     為了更加直觀的描述該型磨床各子系統(tǒng)的故障頻率及危害度，根據(jù)表1 可畫出磨床各子系統(tǒng)故障頻率及危害度分布直方圖分別如圖2、圖3 所示。

                       圖2 子系統(tǒng)故障頻率分布直方圖

                     圖3 子系統(tǒng)故障危害度分布直方圖

       2 、故障模式及危害度分析

  
     從FMECA 結(jié)果可知該磨床電氣子系統(tǒng)V、進(jìn)給子系統(tǒng)D、CNC 子系統(tǒng)H 是該磨床可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。因此應(yīng)對(duì)這三個(gè)高危害度子系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出影響磨床子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素，分析結(jié)果如表2 所示。

      表2 子系統(tǒng)FMECA 表

      根據(jù)表2 可繪出影響該高精密磨床的三個(gè)高危害度子系統(tǒng)故障模式發(fā)生的頻率及危害度分布直方圖如圖4、圖5 所示。
   

                                圖4 故障模式概率分布直方圖

   
       
  
 
                                   圖5 故障模式危害度分布直方圖

       2． 3 高精密磨床的故障原因分析
 

      通過前面的FMECA，得出故障模式D04、D06、V01、H01 是影響該型磨床整機(jī)可靠性的核心問題，因此應(yīng)對(duì)這四個(gè)故障模式進(jìn)一步的分析，找出故障發(fā)生的潛在原因，為提出磨床可靠性的增長(zhǎng)措施提供充分的依據(jù)。對(duì)該磨床的幾個(gè)高危害度的故障模式的原因分析如表3 所示。

                              表3 高危害度故障模式及原因分析

       3 、提高磨床可靠性的建議與措施
 
 
      為提高磨床的可靠性，必須根據(jù)該磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、故障模式進(jìn)行故障分析，找出其薄弱環(huán)節(jié)及其故障發(fā)生原因; 提出相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施并反饋給企業(yè)的設(shè)計(jì)、管理、制造裝配和銷售服務(wù)等部門［9］，有效地消除該型磨床的早期故障提高其的可靠性水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
 
 
      3． 1 針對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)不浮起的預(yù)防措施
 
     ( 1) 及時(shí)清理轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部間隙的雜質(zhì)。
     ( 2) 選擇高質(zhì)量的潤(rùn)滑油并定時(shí)更換潤(rùn)滑油，采用開環(huán)形油槽，改善油膜的形成。
     ( 3) 對(duì)軸承的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若溫度過高則擴(kuò)張冷卻液的長(zhǎng)度和面積，促進(jìn)潤(rùn)滑油的流動(dòng)，降低溫度。
     ( 4) 要對(duì)軸瓦材料巴氏合金進(jìn)行改良，在加熱的軸瓦上涂抹焊錫或純錫來控制軸瓦的溫度。
     ( 5) 使用質(zhì)量好可靠性高的罩殼防止切削液滲漏或泄露。
 
      3． 2 針對(duì)主軸抱死的預(yù)防措施
 
     ( 1) 一般動(dòng)靜壓軸承的軸瓦間隙在0． 008 ～ 0． 025mm 之間，若軸瓦是長(zhǎng)式的，在考慮主軸抱死綜合誤差等因素以后，可取為0． 015 ～ 0． 025 mm［10］。
     ( 2) 控制好主軸轉(zhuǎn)速使其不要過高。
     ( 3) 定期檢查軸瓦間是不是有充足的潤(rùn)滑油且潤(rùn)滑油應(yīng)定期更換。
     ( 4) 對(duì)選用的軸瓦進(jìn)行精刮以清除毛刺，確保軸瓦達(dá)到規(guī)定的尺寸和表面粗糙度。
     ( 5) 確保軸瓦安裝時(shí)已清洗干凈、油內(nèi)沒有臟物。
 
     3． 3 針對(duì)CNC 元器件損壞的預(yù)防措施
 
     ( 1) 對(duì)外購(gòu)件進(jìn)行采購(gòu)時(shí)要嚴(yán)格檢驗(yàn)控制好元器件的質(zhì)量。
     ( 2) 根據(jù)本文對(duì)該型磨床的FMECA 結(jié)果對(duì)其進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化，如降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)等，并針對(duì)設(shè)計(jì)不合理的地方給予改進(jìn)。
     ( 3) 安裝過流、過壓、過載保護(hù)器; 通過數(shù)控程序限制主軸轉(zhuǎn)速使其不要過高。
     ( 4) 對(duì)操作和維護(hù)人員進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)使用與維護(hù)方面的培訓(xùn)，確保定期的日常維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除故障隱患。
 
     3． 4 針對(duì)電氣系統(tǒng)元器件的預(yù)防措施
 
     ( 1) 不能隨便打開電柜門，必要時(shí)可在重要電氣上蓋防塵罩; 定期對(duì)元器件除塵; 當(dāng)電器元件上有油污時(shí)，應(yīng)及時(shí)用棉紗擦拭干凈．
     ( 2) 經(jīng)常檢查電氣柜散熱通風(fēng)裝置，采取冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行降溫; 采取通風(fēng)、局部隔離等除濕，必要時(shí)可蓋防水罩。
     ( 3) 對(duì)元器件須定期檢查維護(hù)和保養(yǎng)，若發(fā)現(xiàn)有破損、老化的趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)更換，避免故障的發(fā)生。
     ( 4) 操作人員必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)，按說明書的要求使用，嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，杜絕人為故障。
     ( 5) 對(duì)外購(gòu)件進(jìn)行采購(gòu)時(shí)要嚴(yán)格檢驗(yàn)以控制電氣系統(tǒng)元器件的質(zhì)量。
 
     3． 5 提高磨床可靠性的一些措施
 
     ( 1) 提高磨床的可靠性設(shè)計(jì)水平，在可靠性設(shè)計(jì)時(shí)要求工程師主動(dòng)尋找故障，消除故障隱患。
     ( 2) 做好企業(yè)外購(gòu)件質(zhì)量評(píng)估和供應(yīng)商選擇工作，綜合質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)因素選擇最好的供應(yīng)商。
     ( 3) 對(duì)制造加工和裝配工人開展可靠性培訓(xùn)，提高磨床的制造和裝配水平; 簡(jiǎn)化制造和裝配過程以減少工藝缺陷。
     ( 4) 建立以可靠性管理為核心的磨床質(zhì)量管理體系，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、裝配、試驗(yàn)、售后服務(wù)等進(jìn)行有效的監(jiān)管。
     ( 5) 建立磨床的早期故障試驗(yàn)和消除體系。針對(duì)該磨床的故障分析結(jié)果，當(dāng)樣機(jī)試制完成后應(yīng)對(duì)這幾個(gè)高危害度子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，消除故障隱患，保證磨床較高的整機(jī)可靠性。

  
     4、結(jié)束語(yǔ)

  
     通過對(duì)該型高精密立式磨床的故障分析，得到了電氣子系統(tǒng)、進(jìn)給子系統(tǒng)和CNC 子系統(tǒng)是該型磨床可靠性的薄弱部位。通過對(duì)磨床進(jìn)行FMECA，找出其故障發(fā)生的原因，提出相應(yīng)的優(yōu)化措施反饋給企業(yè)的設(shè)計(jì)、管理等部門，為實(shí)現(xiàn)該型立式磨床的可靠性增長(zhǎng)提供了依據(jù)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的MTBF，提高國(guó)產(chǎn)高精密磨床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。