摘要: 針對國產高速高精密磨床在使用時間故障頻發、精度下降等可靠性問題。為增強國產高精密磨床的可靠性，提高其MTBF，增強的市場競爭力，對多臺某型國產高精密磨床的故障數據進行了兩年的跟蹤記錄。通過深入分析其在用戶現場的故障數據，找出影響該型國產磨床整機可靠性的故障部位、模式及潛在的原因。并對分析結果進行了詳細的統計，得出了該型國產磨床的薄弱環節。針對薄弱環節提出優化改進措施，并反饋給設計、制造、管理等部門，從而提高磨床的整機可靠性及市場競爭力。
0 、引言
高精密立式圓臺磨床可以通過一次裝夾完成零件的內圓、外圓、錐面、端面等的復合磨削加工，具有高效率、高精度、高柔性、高穩定性等優點 。特別適用于航空航天、軍工、風電等領域的多品種、小批量的高精密零件加工 。
目前國產立式磨床的可靠性差、易出故障，國產磨床在高端機床市場占有率偏低，但國內對高檔立式磨床的需求量卻很大［3］。對國產某型高精密立式磨床進行了研究，對其進行可靠性分析，突破該型磨床可靠性的一些關鍵問題，提高其可靠性水平及市場競爭力 。
1 、高精密磨床的故障部位分析
1． 1 高精密磨床故障統計
1． 1． 1 故障部位分析、危害度及風險度分析
根據從2012 年1 月1 日到2013 年12 月30 日對7 臺某型高精密立式磨床使用現場收集的故障數據，整理后共得到94 條有效的故障記錄。
1． 2 高精密磨床結構特點分析
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計，閉式靜壓轉臺、立磨頭、臥磨頭與X、Y、Z 軸一起實現五軸聯動。因其結構復雜，功能密集，更容易發生故障。下面就對該型磨床進行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構分析
對該型高精密磨床劃分子系統并定義代碼為: 電氣子系統H、進給子系統D、磨削子系統E、液壓子系統L、冷卻子系統G、潤滑子系統W 和CNC 子系統V。通過對該型磨床故障數據的統計分析，并按照相關公式 ，計算出各子系統所發生故障的頻率、危害度CＲi如表1 所示。
表1 故障次數、頻率及危害度表
為了更加直觀的描述該型磨床各子系統的故障頻率及危害度，根據表1 可畫出磨床各子系統故障頻率及危害度分布直方圖分別如圖2、圖3 所示。
圖2 子系統故障頻率分布直方圖
圖3 子系統故障危害度分布直方圖
2 、故障模式及危害度分析
從FMECA 結果可知該磨床電氣子系統V、進給子系統D、CNC 子系統H 是該磨床可靠性的薄弱環節。因此應對這三個高危害度子系統進行分析，找出影響磨床子系統可靠性的關鍵因素，分析結果如表2 所示。
表2 子系統FMECA 表
根據表2 可繪出影響該高精密磨床的三個高危害度子系統故障模式發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可靠性的核心問題，因此應對這四個故障模式進一步的分析，找出故障發生的潛在原因，為提出磨床可靠性的增長措施提供充分的依據。對該磨床的幾個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，必須根據該磨床的結構特點、故障模式進行故障分析，找出其薄弱環節及其故障發生原因; 提出相應的優化改進措施并反饋給企業的設計、管理、制造裝配和銷售服務等部門［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競爭力。
3． 1 針對轉臺不浮起的預防措施
( 1) 及時清理轉臺內部間隙的雜質。
( 2) 選擇高質量的潤滑油并定時更換潤滑油，采用開環形油槽，改善油膜的形成。
( 3) 對軸承的溫度進行實時監測，若溫度過高則擴張冷卻液的長度和面積，促進潤滑油的流動，降低溫度。
( 4) 要對軸瓦材料巴氏合金進行改良，在加熱的軸瓦上涂抹焊錫或純錫來控制軸瓦的溫度。
( 5) 使用質量好可靠性高的罩殼防止切削液滲漏或泄露。
3． 2 針對主軸抱死的預防措施
( 1) 一般動靜壓軸承的軸瓦間隙在0． 008 ～ 0． 025mm 之間，若軸瓦是長式的，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) 控制好主軸轉速使其不要過高。
( 3) 定期檢查軸瓦間是不是有充足的潤滑油且潤滑油應定期更換。
( 4) 對選用的軸瓦進行精刮以清除毛刺，確保軸瓦達到規定的尺寸和表面粗糙度。
( 5) 確保軸瓦安裝時已清洗干凈、油內沒有臟物。
3． 3 針對CNC 元器件損壞的預防措施
( 1) 對外購件進行采購時要嚴格檢驗控制好元器件的質量。
( 2) 根據本文對該型磨床的FMECA 結果對其進行可靠性設計優化，如降額設計、熱設計、簡化設計、環境防護設計等，并針對設計不合理的地方給予改進。
( 3) 安裝過流、過壓、過載保護器; 通過數控程序限制主軸轉速使其不要過高。
( 4) 對操作和維護人員進行數控系統使用與維護方面的培訓，確保定期的日常維護，及時發現和消除故障隱患。
3． 4 針對電氣系統元器件的預防措施
( 1) 不能隨便打開電柜門，必要時可在重要電氣上蓋防塵罩; 定期對元器件除塵; 當電器元件上有油污時，應及時用棉紗擦拭干凈．
( 2) 經常檢查電氣柜散熱通風裝置，采取冷卻風機對電氣設備進行降溫; 采取通風、局部隔離等除濕，必要時可蓋防水罩。
( 3) 對元器件須定期檢查維護和保養，若發現有破損、老化的趨勢應及時更換，避免故障的發生。
( 4) 操作人員必須經過專門的培訓，按說明書的要求使用，嚴格遵循操作規程，杜絕人為故障。
( 5) 對外購件進行采購時要嚴格檢驗以控制電氣系統元器件的質量。
3． 5 提高磨床可靠性的一些措施
( 1) 提高磨床的可靠性設計水平，在可靠性設計時要求工程師主動尋找故障，消除故障隱患。
( 2) 做好企業外購件質量評估和供應商選擇工作，綜合質量與經濟因素選擇最好的供應商。
( 3) 對制造加工和裝配工人開展可靠性培訓，提高磨床的制造和裝配水平; 簡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量管理體系，對設計、制造、裝配、試驗、售后服務等進行有效的監管。
( 5) 建立磨床的早期故障試驗和消除體系。針對該磨床的故障分析結果，當樣機試制完成后應對這幾個高危害度子系統進行可靠性試驗，消除故障隱患，保證磨床較高的整機可靠性。
4、結束語
通過對該型高精密立式磨床的故障分析，得到了電氣子系統、進給子系統和CNC 子系統是該型磨床可靠性的薄弱部位。通過對磨床進行FMECA，找出其故障發生的原因，提出相應的優化措施反饋給企業的設計、管理等部門，為實現該型立式磨床的可靠性增長提供了依據，使其達到設計要求的MTBF，提高國產高精密磨床的市場競爭力。
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