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程一般呈現出“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，由于加工中心時段1多為3個月到半年2 ,時間較短，給 數據獲取帶來了一定的難度,所以加工中心的可靠性研究 多側重于時段2,而時段1的相關研究較少。但是早期故 障的分析，有助于提高加工中心早期可靠性，對于減少加 工中心早期故障危害有指導作用和實際意義。現采集了 26臺試生產3個月的加工中心故障數據時 段1:從2012年9月1日到2012年12月1日。時段2:從 2013年9月1日到2013年12月1日，針對這兩組不同階段的故障數據，采用故障模式、影響及危害度分析方法 (FMECA),對比加工中心時段1及時段2的故障危害度 及故障原因，便于企業針對不同故障期制定合適的維修策 略，對于提高生產效率、降低維護成本有很大的意義。1系統劃分采用FMECA方法對加工中心的故障模式進行分析， 首先，需要建立合適的系統3。通過功能的不同，把加工 中心劃分為電氣系統、檢測系統、防護系統、控制系統、切 削系統、清濾系統、伺服傳動系統、物流系統、液壓氣動系 統和裝夾系統等10大系統,各個系統采集的時段1和時 段2的故障數據如表1所示。表1各系統故障次數表 序號 故障部件 時段1的故障次數 時段2的故障次數 1 電氣系統 4 5 2 防護系統 7 2 3 控制系統 6 1 4 檢測系統 2 0 5 切削系統 15 0 6 清濾系統 5 1 7 伺服傳動系統 4 3 8 物流系統 1 1 9 液壓氣動系統 17 0 10 裝夾系統 7 1 從表1可以看出，加工中心在時段1運行中共發生了 80次故障，時段2共發生了 14次故障。可見，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，設計中存在某些缺陷造成 的。液壓氣動系統是故障次數相差最為懸殊的一個系統, 在試生產3個月間，共發生了 17次故障，而在1年后正式 生產的3個月時間中，1次故障都沒有發生，通過分析液 壓系統早期故障的原因可以看出，設計中選擇的皮帶強度 不夠，多次發生皮帶斷裂的問題，之后，在生產中采用了強 度更高的齒形帶，有效地避免了此類問題的發生。2故障部位分析把加工中心分為不同的系統可以有效地從宏觀上分 析不同的功能系統之間的故障頻率及原因，同時，進一步 分析各個生產部件的故障次數，對于采用合適的維修策略 及判斷外購件品質都有著至關重要的作用4,時段1及 時段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，兩個不同時期時,產生故障的主 要零部件完全不相同。在時段1時，加工中心的故障部件主 要為管路、刀柄、刀具以及防護門等，而在時段2主要發生故 障的是光柵尺、防護門和電氣線路等。由此得出，早期故障 時的管路，刀柄，刀具問題是加工中心初期設計缺陷,在之后 的生產中，已經改良了這些缺陷5。防護門故障是僅有的一個既發生于早期故障期，也發生在偶然故障期的故障,在以后 的維修生產中，應該對本部件的問題做著重處理。光柵尺是 偶然故障期產生故障最多的部件，而在早期故障期中并沒有 發生故障，這是由于光柵尺是損耗件，鐵屑覆蓋會導致失靈, 所以會在時段2中表現得尤為突出。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，通過分析故障原因，能夠找到故障的根本問題，從本 質上控制故障的發生。故障原因的分析方法為以下2種:1) 從加工中心發生的故障形式，找出故障的直接原因;2) 從外部因素方面找產品發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，時段1的故障原因主要表現為 CNC參數錯，斷裂，零部件損壞等，這主要是由加工中心 剛運行的軟件設定不完善及機械設計強度校核不充分導 致的。加工中心進入時段2的故障原因主要是元器件損 壞、零部件損壞、調整不當等，這是由于加工中心運行一段 時間后，達到了電子元器件和機械零部件的使用壽命，同 時,一些氣缸等部件失調造成的。對不同故障期的主要故 障原因進行充分的分析及了解，有利于進行提高加工中心 可靠性工作。4兩重分段威布爾分布參數確定對加工中心各系統進行了可靠性故障原因分析之后, 為了進一步得出各故障的危害度的大小，還需對故障進行 故障模式及危害度分析。通過FMECA分析表能夠直觀地分析出哪種故障對 生產的危害度******。由表3得出，時段1時的編碼器危害 度大于其他2項，是加工中心在時段1時最應該加以防護 的危害。在時段2時,光柵尺危害度達到了 20. 8,是整個 系統中危害度******的一項，而且都是因為光柵尺損壞造成 的，在日常維修工作中還需改善光柵尺選型及定期清理等 相關工作。從時段1和時段2的FMECA分析表中得出,2 個故障器的電氣系統常見故障危害度并不相同，這是因為 加工中心在不同的時間段里會表現出不同的故障，所以， 對加工中心不同故障時期的研究是有著重要的現實意義 及實用價值的。5結語以2年來采集的26臺加工中心的故障數據為基礎， 分析了早期故障期和偶然故障期的數據，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 了電氣系統的故障危害度，對加工中心的可靠性提高有著 重要的意義7,并且得出以下結論：1) 加工中心早期故障發生頻率明顯高于偶然故障 期，這與浴盆曲線的趨勢相符合。早期故障期與偶然故障 期的故障多發部件不相同，早期故障多發于機械部件，偶 然故障期時，故障多發于電子部件，需要根據不同的故障 期，制定合適的可靠性維修策略。2) 導致早期的故障原因是CNC參數錯、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,使用時的性能 漂移造成的。3) 在電氣系統中，偶然故障期的光柵尺故障危害度 ******,達到了 20. 8,在日常維修中應該著重防護。電氣系 統的早期故障期的故障危害度成均勻分布，多個故障危害 度差距不大，但與偶然故障期的故障種類不同，應針對不 同故障時期，有針對性地制定相關的維修策略。