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过程一般呈现出“浴盆曲线”如 图1所示1,包括早期故障期、偶然故障期和耗损故障期，由于加工中心时段1多为3个月到半年2 ,时间较短，给 数据获取带来了一定的难度,所以加工中心的可靠性研究 多侧重于时段2,而时段1的相关研究较少。但是早期故 障的分析，有助于提高加工中心早期可靠性，对于减少加 工中心早期故障危害有指导作用和实际意义。现采集了 26台试生产3个月的加工中心故障数据时 段1:从2012年9月1日到2012年12月1日。时段2:从 2013年9月1日到2013年12月1日，针对这两组不同阶段的故障数据，采用故障模式、影响及危害度分析方法 (FMECA),对比加工中心时段1及时段2的故障危害度 及故障原因，便于企业针对不同故障期制定合适的维修策 略，对于提高生产效率、降低维护成本有很大的意义。1系统划分采用FMECA方法对加工中心的故障模式进行分析， 首先，需要建立合适的系统3。通过功能的不同，把加工 中心划分为电气系统、检测系统、防护系统、控制系统、切 削系统、清滤系统、伺服传动系统、物流系统、液压气动系 统和装夹系统等10大系统,各个系统采集的时段1和时 段2的故障数据如表1所示。表1各系统故障次数表 序号 故障部件 时段1的故障次数 时段2的故障次数 1 电气系统 4 5 2 防护系统 7 2 3 控制系统 6 1 4 检测系统 2 0 5 切削系统 15 0 6 清滤系统 5 1 7 伺服传动系统 4 3 8 物流系统 1 1 9 液压气动系统 17 0 10 装夹系统 7 1 从表1可以看出，加工中心在时段1运行中共发生了 80次故障，时段2共发生了 14次故障。可见，早期的故 障频率明显高于偶然故障期的故障频率，这主要原因是由 于加工中心的装配精度不高，设计中存在某些缺陷造成 的。液压气动系统是故障次数相差最为悬殊的一个系统, 在试生产3个月间，共发生了 17次故障，而在1年后正式 生产的3个月时间中，1次故障都没有发生，通过分析液 压系统早期故障的原因可以看出，设计中选择的皮带强度 不够，多次发生皮带断裂的问题，之后，在生产中采用了强 度更高的齿形带，有效地避免了此类问题的发生。2故障部位分析把加工中心分为不同的系统可以有效地从宏观上分 析不同的功能系统之间的故障频率及原因，同时，进一步 分析各个生产部件的故障次数，对于采用合适的维修策略 及判断外购件品质都有着至关重要的作用4,时段1及 时段2的高故障频率的故障部件分布如图2,图3所示。由图2,图3可以看出，两个不同时期时,产生故障的主 要零部件完全不相同。在时段1时，加工中心的故障部件主 要为管路、刀柄、刀具以及防护门等，而在时段2主要发生故 障的是光栅尺、防护门和电气线路等。由此得出，早期故障 时的管路，刀柄，刀具问题是加工中心初期设计缺陷,在之后 的生产中，已经改良了这些缺陷5。防护门故障是仅有的一个既发生于早期故障期，也发生在偶然故障期的故障,在以后 的维修生产中，应该对本部件的问题做着重处理。光栅尺是 偶然故障期产生故障最多的部件，而在早期故障期中并没有 发生故障，这是由于光栅尺是损耗件，铁屑覆盖会导致失灵, 所以会在时段2中表现得尤为突出。3故障原因分析故障原因分析为加工中心的可靠性提高提供了借鉴 作用，通过分析故障原因，能够找到故障的根本问题，从本 质上控制故障的发生。故障原因的分析方法为以下2种:1) 从加工中心发生的故障形式，找出故障的直接原因;2) 从外部因素方面找产品发生故障模式的间接原因。加 工中心的主要故障原因如图4、图5所示。由图4、图5得出，时段1的故障原因主要表现为 CNC参数错，断裂，零部件损坏等，这主要是由加工中心 刚运行的软件设定不完善及机械设计强度校核不充分导 致的。加工中心进入时段2的故障原因主要是元器件损 坏、零部件损坏、调整不当等，这是由于加工中心运行一段 时间后，达到了电子元器件和机械零部件的使用寿命，同 时,一些气缸等部件失调造成的。对不同故障期的主要故 障原因进行充分的分析及了解，有利于进行提高加工中心 可靠性工作。4两重分段威布尔分布参数确定对加工中心各系统进行了可靠性故障原因分析之后, 为了进一步得出各故障的危害度的大小，还需对故障进行 故障模式及危害度分析。通过FMECA分析表能够直观地分析出哪种故障对 生产的危害度******。由表3得出，时段1时的编码器危害 度大于其他2项，是加工中心在时段1时最应该加以防护 的危害。在时段2时,光栅尺危害度达到了 20. 8,是整个 系统中危害度******的一项，而且都是因为光栅尺损坏造成 的，在日常维修工作中还需改善光栅尺选型及定期清理等 相关工作。从时段1和时段2的FMECA分析表中得出,2 个故障器的电气系统常见故障危害度并不相同，这是因为 加工中心在不同的时间段里会表现出不同的故障，所以， 对加工中心不同故障时期的研究是有着重要的现实意义 及实用价值的。5结语以2年来采集的26台加工中心的故障数据为基础， 分析了早期故障期和偶然故障期的数据，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 了电气系统的故障危害度，对加工中心的可靠性提高有着 重要的意义7,并且得出以下结论：1) 加工中心早期故障发生频率明显高于偶然故障 期，这与浴盆曲线的趋势相符合。早期故障期与偶然故障 期的故障多发部件不相同，早期故障多发于机械部件，偶 然故障期时，故障多发于电子部件，需要根据不同的故障 期，制定合适的可靠性维修策略。2) 导致早期的故障原因是CNC参数错、齿形带断 裂、零部件损坏等，故障原因相比于偶然故障期更加多样化。偶然故障期的故障原因多为部件老化,使用时的性能 漂移造成的。3) 在电气系统中，偶然故障期的光栅尺故障危害度 ******,达到了 20. 8,在日常维修中应该着重防护。电气系 统的早期故障期的故障危害度成均匀分布，多个故障危害 度差距不大，但与偶然故障期的故障种类不同，应针对不 同故障时期，有针对性地制定相关的维修策略。