加工中心早期故障及偶然故障期的故障危害度分析
0引言加工中心生命周期過(guò)程一般呈現(xiàn)出“浴盆曲線”如 圖1所示1,包括早期故障期、偶然故障期和耗損故障期，由于加工中心時(shí)段1多為3個(gè)月到半年2 ,時(shí)間較短，給 數(shù)據(jù)獲取帶來(lái)了一定的難度,所以加工中心的可靠性研究 多側(cè)重于時(shí)段2,而時(shí)段1的相關(guān)研究較少。但是早期故 障的分析，有助于提高加工中心早期可靠性，對(duì)于減少加 工中心早期故障危害有指導(dǎo)作用和實(shí)際意義。現(xiàn)采集了 26臺(tái)試生產(chǎn)3個(gè)月的加工中心故障數(shù)據(jù)時(shí) 段1:從2012年9月1日到2012年12月1日。時(shí)段2:從 2013年9月1日到2013年12月1日，針對(duì)這兩組不同階段的故障數(shù)據(jù)，采用故障模式、影響及危害度分析方法 (FMECA),對(duì)比加工中心時(shí)段1及時(shí)段2的故障危害度 及故障原因，便于企業(yè)針對(duì)不同故障期制定合適的維修策 略，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低維護(hù)成本有很大的意義。1系統(tǒng)劃分采用FMECA方法對(duì)加工中心的故障模式進(jìn)行分析， 首先，需要建立合適的系統(tǒng)3。通過(guò)功能的不同，把加工 中心劃分為電氣系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、切 削系統(tǒng)、清濾系統(tǒng)、伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、液壓氣動(dòng)系 統(tǒng)和裝夾系統(tǒng)等10大系統(tǒng),各個(gè)系統(tǒng)采集的時(shí)段1和時(shí) 段2的故障數(shù)據(jù)如表1所示。表1各系統(tǒng)故障次數(shù)表 序號(hào) 故障部件 時(shí)段1的故障次數(shù) 時(shí)段2的故障次數(shù) 1 電氣系統(tǒng) 4 5 2 防護(hù)系統(tǒng) 7 2 3 控制系統(tǒng) 6 1 4 檢測(cè)系統(tǒng) 2 0 5 切削系統(tǒng) 15 0 6 清濾系統(tǒng) 5 1 7 伺服傳動(dòng)系統(tǒng) 4 3 8 物流系統(tǒng) 1 1 9 液壓氣動(dòng)系統(tǒng) 17 0 10 裝夾系統(tǒng) 7 1 從表1可以看出，加工中心在時(shí)段1運(yùn)行中共發(fā)生了 80次故障，時(shí)段2共發(fā)生了 14次故障。可見(jiàn)，早期的故 障頻率明顯高于偶然故障期的故障頻率，這主要原因是由 于加工中心的裝配精度不高，設(shè)計(jì)中存在某些缺陷造成 的。液壓氣動(dòng)系統(tǒng)是故障次數(shù)相差最為懸殊的一個(gè)系統(tǒng), 在試生產(chǎn)3個(gè)月間，共發(fā)生了 17次故障，而在1年后正式 生產(chǎn)的3個(gè)月時(shí)間中，1次故障都沒(méi)有發(fā)生，通過(guò)分析液 壓系統(tǒng)早期故障的原因可以看出，設(shè)計(jì)中選擇的皮帶強(qiáng)度 不夠，多次發(fā)生皮帶斷裂的問(wèn)題，之后，在生產(chǎn)中采用了強(qiáng) 度更高的齒形帶，有效地避免了此類問(wèn)題的發(fā)生。2故障部位分析把加工中心分為不同的系統(tǒng)可以有效地從宏觀上分 析不同的功能系統(tǒng)之間的故障頻率及原因，同時(shí)，進(jìn)一步 分析各個(gè)生產(chǎn)部件的故障次數(shù)，對(duì)于采用合適的維修策略 及判斷外購(gòu)件品質(zhì)都有著至關(guān)重要的作用4,時(shí)段1及 時(shí)段2的高故障頻率的故障部件分布如圖2,圖3所示。由圖2,圖3可以看出，兩個(gè)不同時(shí)期時(shí),產(chǎn)生故障的主 要零部件完全不相同。在時(shí)段1時(shí)，加工中心的故障部件主 要為管路、刀柄、刀具以及防護(hù)門等，而在時(shí)段2主要發(fā)生故 障的是光柵尺、防護(hù)門和電氣線路等。由此得出，早期故障 時(shí)的管路，刀柄，刀具問(wèn)題是加工中心初期設(shè)計(jì)缺陷,在之后 的生產(chǎn)中，已經(jīng)改良了這些缺陷5。防護(hù)門故障是僅有的一個(gè)既發(fā)生于早期故障期，也發(fā)生在偶然故障期的故障,在以后 的維修生產(chǎn)中，應(yīng)該對(duì)本部件的問(wèn)題做著重處理。光柵尺是 偶然故障期產(chǎn)生故障最多的部件，而在早期故障期中并沒(méi)有 發(fā)生故障，這是由于光柵尺是損耗件，鐵屑覆蓋會(huì)導(dǎo)致失靈, 所以會(huì)在時(shí)段2中表現(xiàn)得尤為突出。3故障原因分析故障原因分析為加工中心的可靠性提高提供了借鑒 作用，通過(guò)分析故障原因，能夠找到故障的根本問(wèn)題，從本 質(zhì)上控制故障的發(fā)生。故障原因的分析方法為以下2種:1) 從加工中心發(fā)生的故障形式，找出故障的直接原因;2) 從外部因素方面找產(chǎn)品發(fā)生故障模式的間接原因。加 工中心的主要故障原因如圖4、圖5所示。由圖4、圖5得出，時(shí)段1的故障原因主要表現(xiàn)為 CNC參數(shù)錯(cuò)，斷裂，零部件損壞等，這主要是由加工中心 剛運(yùn)行的軟件設(shè)定不完善及機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核不充分導(dǎo) 致的。加工中心進(jìn)入時(shí)段2的故障原因主要是元器件損 壞、零部件損壞、調(diào)整不當(dāng)?shù)龋@是由于加工中心運(yùn)行一段 時(shí)間后，達(dá)到了電子元器件和機(jī)械零部件的使用壽命，同 時(shí),一些氣缸等部件失調(diào)造成的。對(duì)不同故障期的主要故 障原因進(jìn)行充分的分析及了解，有利于進(jìn)行提高加工中心 可靠性工作。4兩重分段威布爾分布參數(shù)確定對(duì)加工中心各系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性故障原因分析之后, 為了進(jìn)一步得出各故障的危害度的大小，還需對(duì)故障進(jìn)行 故障模式及危害度分析。通過(guò)FMECA分析表能夠直觀地分析出哪種故障對(duì) 生產(chǎn)的危害度******。由表3得出，時(shí)段1時(shí)的編碼器危害 度大于其他2項(xiàng)，是加工中心在時(shí)段1時(shí)最應(yīng)該加以防護(hù) 的危害。在時(shí)段2時(shí),光柵尺危害度達(dá)到了 20. 8,是整個(gè) 系統(tǒng)中危害度******的一項(xiàng)，而且都是因?yàn)楣鈻懦邠p壞造成 的，在日常維修工作中還需改善光柵尺選型及定期清理等 相關(guān)工作。從時(shí)段1和時(shí)段2的FMECA分析表中得出,2 個(gè)故障器的電氣系統(tǒng)常見(jiàn)故障危害度并不相同，這是因?yàn)?加工中心在不同的時(shí)間段里會(huì)表現(xiàn)出不同的故障，所以， 對(duì)加工中心不同故障時(shí)期的研究是有著重要的現(xiàn)實(shí)意義 及實(shí)用價(jià)值的。5結(jié)語(yǔ)以2年來(lái)采集的26臺(tái)加工中心的故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 分析了早期故障期和偶然故障期的數(shù)據(jù)，得出不同故障期 的故障分布部件、故障原因，并且利用FMECA方法分析 了電氣系統(tǒng)的故障危害度，對(duì)加工中心的可靠性提高有著 重要的意義7,并且得出以下結(jié)論：1) 加工中心早期故障發(fā)生頻率明顯高于偶然故障 期，這與浴盆曲線的趨勢(shì)相符合。早期故障期與偶然故障 期的故障多發(fā)部件不相同，早期故障多發(fā)于機(jī)械部件，偶 然故障期時(shí)，故障多發(fā)于電子部件，需要根據(jù)不同的故障 期，制定合適的可靠性維修策略。2) 導(dǎo)致早期的故障原因是CNC參數(shù)錯(cuò)、齒形帶斷 裂、零部件損壞等，故障原因相比于偶然故障期更加多樣化。偶然故障期的故障原因多為部件老化,使用時(shí)的性能 漂移造成的。3) 在電氣系統(tǒng)中，偶然故障期的光柵尺故障危害度 ******,達(dá)到了 20. 8,在日常維修中應(yīng)該著重防護(hù)。電氣系 統(tǒng)的早期故障期的故障危害度成均勻分布，多個(gè)故障危害 度差距不大，但與偶然故障期的故障種類不同，應(yīng)針對(duì)不 同故障時(shí)期，有針對(duì)性地制定相關(guān)的維修策略。