基于現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)的數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障分析

孫麗萍

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基于現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)的數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障分析

孫麗萍

（上海機床廠有限公司上海200093）

詳實可靠的現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)是進(jìn)行故障分析的基礎(chǔ)。從數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障模式分析入手，通過對數(shù)控機床現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類，采取故障數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計方法，對故障原因進(jìn)行分析，結(jié)果表明制造企業(yè)應(yīng)該加強外購件的可靠性控制，并采取有針對性的改進(jìn)措施來降低故障發(fā)生率，從根本上提高電氣系統(tǒng)的可靠性水平。

現(xiàn)場工作數(shù)據(jù) 電氣系統(tǒng) 故障分析

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障信息一般可通過現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)來獲取。這些數(shù)據(jù)能夠真實反映機床的實際使用狀態(tài)和普遍存在的問題?，F(xiàn)場工作數(shù)據(jù)能夠全面、充分地暴露故障信息，反映數(shù)控機床的可靠性水平[1]。

提高數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性水平僅依靠建立可靠性模型和評估可靠性水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須進(jìn)行故障分析，通過對數(shù)控機床進(jìn)行故障分析可以找到故障頻發(fā)的部位，尋找故障模式頻率，并找到頻發(fā)的故障模式，為進(jìn)行故障分析提供依據(jù)[2]。通過故障統(tǒng)計，找到關(guān)鍵故障原因，采取有針對性的改進(jìn)措施及可靠性設(shè)計，降低此類故障發(fā)生頻率或杜絕此類故障發(fā)生，并將這些信息總結(jié)反饋給制造企業(yè)的設(shè)計、制造、裝配、質(zhì)保和售后等部門，以便制造企業(yè)采取有針對性的改進(jìn)或預(yù)防措施，進(jìn)而降低故障發(fā)生頻率，提高可靠性水平。

1 電氣系統(tǒng)故障模式分類

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的合理劃分是進(jìn)行故障分析的前提[3]。在進(jìn)行數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障分析之前，需要對電氣系統(tǒng)的進(jìn)行分類，根據(jù)分類以及現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)，制定故障模式和故障原因代碼表。

1.1 電氣系統(tǒng)子系統(tǒng)劃分

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的合理劃分是進(jìn)行故障分析的前提。一般按照功能共享、功能獨立和行業(yè)共識三個原則對電氣系統(tǒng)劃分。本文將數(shù)控機床電氣系統(tǒng)劃分為：伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及普通控制系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。表1是數(shù)控機床電氣系統(tǒng)子系統(tǒng)劃分及組成。

表1 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)子系統(tǒng)劃分

1.2 故障模式及分類

故障模式是故障的表現(xiàn)形式[4]，如電子元器件損壞、檢測系統(tǒng)失靈、電纜斷路等[5]。為了分析故障模式，需制定故障模式和故障原因代碼表，根據(jù)現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)制定數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障模式及代碼（見表2）和機床電氣系統(tǒng)故障原因代碼（見表3）。

表2 數(shù)控外圓磨床電氣系統(tǒng)故障模式表

接上表

表3 機床電氣系統(tǒng)故障原因表

2 電氣系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計

以某系列數(shù)控機床電氣系統(tǒng)為例，根據(jù)現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)的運行、反饋信息及售后服務(wù)所反饋的故障記錄，對數(shù)控機床從出產(chǎn)使用至目前為止有關(guān)電氣系統(tǒng)的故障進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，共收集了38條關(guān)于電氣系統(tǒng)的故障信息，占總的故障信息的17%左右，通過分類整理，該系列數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的故障部位頻率表見表4。

由表4可以看出，該系列數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)故障次數(shù)為4次，數(shù)控系統(tǒng)故障次數(shù)為13次，可見，普通控制系統(tǒng)故障發(fā)生的次數(shù)頻率最多。

3 電氣系統(tǒng)故障原因分析

故障模式分析有助于得到頻發(fā)的故障形式[6],而設(shè)計和制造人員對導(dǎo)致故障產(chǎn)生的原因更為關(guān)心。本文將故障原因的責(zé)任歸屬分為設(shè)計、外購、制造、裝配和使用五種。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障責(zé)任歸屬見表5。

表4 機床電氣系統(tǒng)故障頻率表 子系統(tǒng)故障類型故障原因次數(shù)頻率子系統(tǒng)故障類型故障原因次數(shù)頻率 SD0101620.053E0402420.053 04111410.0260406430.079 0503810.0260506620.053 NC01011520.0531130.079 830.07902041110.026 620.05304101150.132 05031620.05302051310.026 02031120.0530404820.053 03071120.0530309920.053

故障責(zé)任歸屬次數(shù)百分比 設(shè)計410% 外購1642.1% 制造37.9% 裝配1026.3% 使用513.2%

由表5可知：外購件可靠性水平低是該批數(shù)控機床的關(guān)鍵故障責(zé)任歸屬，其中由于外購件故障導(dǎo)致機床產(chǎn)生的故障占故障總數(shù)的42.1%，裝配不良占26.3%，設(shè)計缺陷導(dǎo)致的故障占10.5%。這三類故障次數(shù)占總故障次數(shù)的78.9%，是數(shù)控機床的關(guān)鍵故障原因。根據(jù)表4的數(shù)據(jù)通過數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障原因分析，可以得到故障原因百分表如表6所示。

表6 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障原因百分表

通過表6可知：引起電氣系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因是電氣元件損壞（34.2%）、燒壞（13.1%）、松動（15.8%）、短路（15.8%）。這四種故障原因誘發(fā)的故障占總故障的78.9%，是導(dǎo)致故障發(fā)生的最關(guān)鍵原因。

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵故障原因是電氣元件損壞、燒壞、松動、短路。電器元件損壞主要是接觸器、開關(guān)、電源、手搖柄和工作燈故障；燒壞主要是電源、開關(guān)電源、小型繼電器燒壞；松動主要是電源、開關(guān)電源、小型繼電器燒壞；松動主要是控制開關(guān)以及繼電器、接觸器連接處松動等。而短路是因為電器元件一直在較高的溫度環(huán)境中工作，一些電器元器件由于高溫時軟化、松弛，機械性發(fā)生變化，造成短路失效。

由于電器元件的損壞是導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障的最主要原因，因此制造企業(yè)應(yīng)該對電器元件（主要為按鈕、接近開關(guān)、繼電器、接觸器、電磁閥等）[7]的選用提出更高要求。機床制造企業(yè)應(yīng)該加強采購的電器元器件的可靠性控制。制定電器元件的優(yōu)選目錄，選用比較可靠的規(guī)格型號和生產(chǎn)廠家。并對其進(jìn)行可靠性優(yōu)選，在制造企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行可靠性篩選試驗，做好此類產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性檢驗，不滿足可靠性要求的產(chǎn)品堅決不選用。

4 結(jié)語

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的故障分析為制造企業(yè)控制質(zhì)量起到了一定的借鑒作用，為提高機床的可靠性水平提供了事實依據(jù)，通過對數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障的分析可知故障的主要原因是外購件，制造企業(yè)應(yīng)該加強對此類產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性檢驗，保證外購件的可靠性，進(jìn)而真正提高產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 薛福連.磨削操作方法的改進(jìn)與數(shù)控機床故障的診斷[J].精密制造與自動化,2010,(2):61-62.

[2] 郝慶波.數(shù)控機床可靠性及維修性的模糊綜合分配與預(yù)計[D].長春:吉林大學(xué),2012.

[3] 張海波,賈亞洲,周廣文等.數(shù)控系統(tǒng)故障模式、影響及危害度分析（FMECA）[J].中國機械工程,2004,15（6）：491-494.

[4] 邵迪駿,孫麗萍.機床的綠色制造[J].精密制造與自動化,2011,(2):2-4.

[5] 江崇民,荀洪偉.數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].制造業(yè)信息化,2012,4:98-100.

[6] 孫麗萍,張琦,朱宏佳等.經(jīng)濟型數(shù)控改造普通外圓磨床[J].精密制造與自動化,2010,(3):31-32.

[7] 郭士義.數(shù)控機床故障診斷與維修[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.