数控机床可靠性浅析

摘 要：本文针对数控机床的故障情况，采用FMECA和FTA进行可靠性分析，找出产品的薄弱环节和潜在故障，提出改进建议

关键词：可靠性研究 过程控制 机床早期故障 FMECA和FTA分析

1.研究目的与目标

数控机床能否稳定地发挥其功能与性能，关键取决于其可靠性。公司数控机床的可靠性水平与国外先进水平存在较大差距，制约了数控机床的市场占有率，影响了公司替代进口的战略实现，因此研究数控机床的可靠性是十分必要的。

在数控机床的全生命周期开展可靠性工作的根本目的是寻找产品存在的薄弱环节和潜在弱点，反馈给设计、制造、装配、采购及销售部门，共同提出可靠性增长对策与改进方案，最终提高数控机床的可靠性与维修性水平。

2.研究思路与方法

可靠性工程贯穿于产品设计、制造以及使用各阶段。选择加工中心作为研究对象，在设计阶段实施可靠性分析，在制造阶段实施生产过程可靠性控制，在使用阶段根据故障与维修数据进行可靠性统计分析与评估。数控机床可靠性研究的总体思路如下图所示。

可靠性分析主要进行FMECA和FTA分析，找出产品的薄弱环节和潜在故障。生产过程可靠性控制重点做好关键配套件、外购件的质量优选和可靠性保证技术以及关键工序和装配过程的可靠性保证技术。生产过程可靠性控制采用PFMECA分析工具。在使用维护阶段，对加工中心的故障与维修数据进行收集、整理，完成故障原因、故障部位及故障模式的统计分析。

3.开展的工作

3.1 加工中心FMECA分析

根据加工中心的功能结构，将其划分为10个子系统，然后对各子系统进行了FMECA分析，并给出了分析结论，如下图所示。

3.2 加工中心FTA分析

对加工中心各子系统进行了故障树分析。根据刀库功能结构及FMECA分析结果可知，刀库子系统是故障多发部位，所以重点对其进行了FTA分析，分析结论如下图。

3.3 数控机床早期故障试验规范的制定

经组织讨论，大家认为早期故障排除十分重要，我们联合制定一套数控机床早期故障试验规范。在查阅了有关机床早期故障试验的相关资料，结合公司的实际情况，制定了一份比较详细的、综合性较强的数控机床早期故障试验规范。

3.4 数控机床故障分类办法的制定

目前在记录原始维修或故障数据方面还存在故障现象描述不详细、故障原因界定模糊、故障发生部位和故障发生时间均未记录。针对此问题，我们专门制定了如何正确记录数控机床故障数据的方法，重点对故障原因、故障部位、故障模式分类提出了详细办法。

3.5 加工中心故障数据收集、整理、分析及建议

经过对去年技服单中的加工中心早期故障记录整理和统计分析，发现装配质量（24%）、外购件（22%）、使用不当（19%）、技术培训（27%）是造成加工中心早期故障的主要原因。进一步对技服中提供的911条加工中心整机故障数据按故障原因进行分类，发现装配质量（23%）、外购件（28%）、使用不当（18%）、技术培训（23%）是造成加工中心整机故障的四大主要原因，与造成加工中心早期故障的主要原因完全一致。

提出公司应在数控机床装配制造工艺方面全面深入地开展制造工艺的可靠性研究，从根本上提高数控机床的可靠性水平。

对早期故障和整机故障按故障部位进行了统计分析，发现刀库子系统是立加故障高发部位（与FMECA和FTA分析结果完全一致），约占总故障的1/3，公司应该从刀库订货、安装调试、技术培训几个方面开展可靠性工作，不断减少刀库子系统的故障数量。

3.5.1 卧式加工中心液压系统存在的问题及改进

MCH63卧式加工中心的回转式交换工作台在转位后即将停止时发生抖动现象。原因是当转台即将到位时，油路切断，马达两腔被液压锁封闭。此时受惯性作用，转台仍继续旋转，马达成为一个“液压泵”。接着，当马达瞬间停止转动，但回油口的高压油又会把马达反向推回去，这种情况会反复几次，直到进油口和回油口的压力趋于平衡后才稳定下来。

解决办法：借鉴液压挖掘机上转台采用的缓冲和防反转装置，可以在液压锁后加装缓冲阀和防反转阀；只装一对缓冲阀（溢流阀）也能起到减小转台抖动的效果，虽然效果差一些，但方便，且成本低；还可以装一对过载溢流阀达到交换台缓冲的目的，过载溢流比普通溢流阀结构复杂。

3.5.2 车削加工中心液压系统存在的问题及改进

SL50车削中心液压尾座在加工过程中会出现缓慢后退现象，更换电磁换向阀后解决了后退问题，但带来了新的问题，即不工作时尾座顶针会缓慢前移。经分析可知，以前用的电磁换向阀阀是正确的，出现尾座后退的原因是液控单向阀泄漏或液压缸泄漏。实测发现液控单向阀的反向密封性不好，存在泄漏。

解决办法更换密封性能更好的液控单向阀；采用蓄能器加压力继电器的保压回路。

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作者：赵建杰

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