臥式加工中心用刀庫的可靠性提升

李英蘭

紐威數(shù)控裝備（蘇州）股份有限公司 江蘇蘇州 215153

1 序言

隨著公司機(jī)床銷量的增加，故障率也在逐年增加，因此降低機(jī)床故障率，提升其可靠性水平顯得愈加緊迫。以對刀庫可靠性水平要求較高的臥式加工中心機(jī)床為例，通過對新出廠機(jī)床在質(zhì)保期內(nèi)的刀庫故障進(jìn)行梳理，從內(nèi)部影響因素和外部影響因素兩個(gè)角度來詳細(xì)分析影響刀庫可靠性的若干問題，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配制造及質(zhì)量控制等問題[1]，為刀庫供應(yīng)商、機(jī)床設(shè)計(jì)部門及機(jī)床制造部門的工作改進(jìn)提供有力的數(shù)據(jù)支撐，保證刀庫性能的穩(wěn)定，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)床整機(jī)可靠性的提升。臥式加工中心用刀庫如圖1所示。

圖1 臥式加工中心用刀庫

2 刀庫故障的影響因素分析

通過對2018年全年臥式加工中心加維修數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，我們發(fā)現(xiàn)2018年共發(fā)生刀庫故障124起，主要包括卡刀、掉刀、亂刀和倒/回刀等故障，為了方便歸納，將影響刀庫穩(wěn)定性的因素分為內(nèi)部因素和外部因素。刀庫供應(yīng)商問題稱為內(nèi)部影響因素，可通過向供應(yīng)商提出改進(jìn)建議，要求供應(yīng)商進(jìn)行完善；機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題和制造問題為外部影響因素，由機(jī)床設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造部門進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化[2]。刀庫故障的不同影響因素的占比如圖2所示。

圖2 刀庫故障影響因素占比

由圖2可知，臥式加工中心刀庫故障中，刀庫自身問題引起的故障占比最高，為41.93%；機(jī)床設(shè)計(jì)也存在較多問題，占比28.23%。同時(shí)還需要加強(qiáng)機(jī)床生產(chǎn)過程的控制，提升產(chǎn)品的安裝合格率。

2.1 內(nèi)部影響因素分析與控制

內(nèi)部影響因素，是指刀庫自身因素。刀庫主要由刀倉和ATC換刀機(jī)構(gòu)這兩部分組成[3]，內(nèi)部影響因素分析見表1。

由表1統(tǒng)計(jì)可知，刀庫自身問題引起的故障總數(shù)為52起，占比41.93%，在刀庫故障總量中占據(jù)了最大份額。由此可見，刀庫自身可靠性的提升將極大促進(jìn)機(jī)床整體可靠性的提升。上述故障中，針對刀倉部分主要需要改進(jìn)刀倉上信號開關(guān)的安裝、增加鎖緊結(jié)構(gòu)，同時(shí)需要改進(jìn)帶動刀倉旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)上的剎車裝置；ATC機(jī)構(gòu)改進(jìn)點(diǎn)較多，主要故障點(diǎn)為換刀機(jī)構(gòu)和凸輪箱，根據(jù)故障次數(shù)，建議刀庫廠家將對刀臂和凸輪箱進(jìn)行整體考量，從結(jié)構(gòu)上更換品牌。

表1 刀庫故障內(nèi)部影響因素分析

2.2 外部影響因素控制

外部影響因素是指除了刀庫自身之外，影響刀庫有效運(yùn)行的其他機(jī)床因素，包括：機(jī)床主軸、刀庫自動門防護(hù)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等。這些因素機(jī)床廠內(nèi)部可以在一定程度上加以控制，從而促進(jìn)設(shè)計(jì)、制造以及質(zhì)保等部門工作的改進(jìn)。除此之外，客戶使用也是需要改善的方向之一，減少客戶使用過程中的誤操作、違規(guī)操作，對提升機(jī)床有效運(yùn)行具有重要意義。外部影響因素的具體分析見表2～表4。

表2 刀庫故障外部影響因素分析（機(jī)床設(shè)計(jì)）

由表2可知，機(jī)床電氣設(shè)計(jì)或機(jī)械設(shè)計(jì)引起的故障總數(shù)35起，占比28.23%。機(jī)械設(shè)計(jì)可以改進(jìn)刀庫自動門結(jié)構(gòu)，將變頻刀庫改為普通刀庫，進(jìn)而降低相應(yīng)故障率；電氣設(shè)計(jì)可以改進(jìn)PLC的控制邏輯，彌補(bǔ)電氣控制參數(shù)的漏洞，增加對制造現(xiàn)場電氣工藝的指導(dǎo)來提升出廠機(jī)床的可靠性，從設(shè)計(jì)源頭降低機(jī)床故障率。

由表3可知，機(jī)床制造過程中質(zhì)量管控不到位引起的故障總數(shù)19起，占比15.32%。工藝和質(zhì)保有必要加強(qiáng)對主軸箱上帶輪松緊度以及管路接線的指導(dǎo)與檢驗(yàn)。售后服務(wù)部門在安裝刀庫和垂直軸驅(qū)動電動機(jī)后，需要重新校準(zhǔn)換刀點(diǎn)，表3中由于第二參考點(diǎn)位置變動引起的卡刀現(xiàn)象較多，因此需要予以特別的重視。

表3 刀庫故障外部影響因素分析（機(jī)床裝配）

由表4可知，由客戶自身問題引起的故障總數(shù)為18起，占比14.52%，這方面也需要引起相應(yīng)的重視，加強(qiáng)客戶培訓(xùn)和宣導(dǎo)。

表4 刀庫故障外部影響因素分析（客戶使用）

3 2019—2020年刀庫可靠性統(tǒng)計(jì)

在供應(yīng)商、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)部門進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)后，我們繼續(xù)對2019年和2020年的臥式加工中心刀庫故障問題進(jìn)行跟蹤，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，該改進(jìn)取得了良好的效果。在2019年和2020年機(jī)床銷量實(shí)現(xiàn)較大躍升的前提下，刀庫的故障次數(shù)和故障率反而得到了大幅下降，說明上述可靠性提升措施是切實(shí)有效的。

2019—2020年公司機(jī)床銷量取得巨大提升，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖3所示。根據(jù)圖3可知，2019年和2020年在保修期內(nèi)的機(jī)床數(shù)量均大于2018年。

圖3 2018—2020年保修期內(nèi)的機(jī)床臺數(shù)

在實(shí)施了刀庫專項(xiàng)改進(jìn)計(jì)劃后，刀庫的故障次數(shù)由2018年的124起，降低至2019年的88起。而2019年在保修期內(nèi)的機(jī)床臺數(shù)遠(yuǎn)大于2018年，2020年雖然降幅縮小，但刀庫可靠性提升的趨勢沒有改變。2018—2020年臥式加工中心刀庫維修統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 2018—2020年臥式加工中心刀庫維修統(tǒng)計(jì)

3.1 2018—2020年刀庫故障次數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)公司生產(chǎn)部門發(fā)布的2018—2020年售后維修統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見圖5），得到以下信息。

圖5 2018—2020年售后維修統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

1）2019年和2020年刀倉和ATC換刀機(jī)構(gòu)的絕對故障次數(shù)得到較大幅度下降，刀庫故障內(nèi)部影響因素得到控制，刀庫供應(yīng)商的改進(jìn)取得了較大成效。

2）2019年和2020年機(jī)床設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)也取得了較大效果，故障次數(shù)由2018年的35起，降低到2019年的23起，隨著時(shí)間效應(yīng)的顯現(xiàn)，2020年降低到了5起。

3.2 2018—2020年刀庫故障因素的占比統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步得出2018—2020年刀庫故障因素比重統(tǒng)計(jì)，如圖6所示。隨著刀庫可靠性改善工作的推進(jìn)，刀庫自身問題和機(jī)床設(shè)計(jì)在刀庫故障中的占比越來越小，機(jī)床裝配和客戶使用不當(dāng)造成的故障占比越來越高，必須更加注重對裝配制造質(zhì)量的控制。

圖6 2018—2020年刀庫故障因素比重統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

通過對影響臥式加工中心刀庫故障的因素進(jìn)行詳細(xì)的分析總結(jié)，為刀庫供應(yīng)商、機(jī)床設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)部門提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，以便找準(zhǔn)問題改進(jìn)的方向，從而快速、精準(zhǔn)、有效地解決問題，有力地推動此類機(jī)床可靠性水平的提升。