摘要: 針（zhēn）對國產高速高精（jīng）密磨床在使用（yòng）時間故障頻發、精度下（xià）降等可靠性問題（tí）。為增強（qiáng）國產高精密磨床的可靠性，提（tí）高其MTBF，增強的（de）市（shì）場（chǎng）競爭力，對多台某型國（guó）產高精密磨床的故障數據進行了兩年的跟蹤記錄。通過深入（rù）分析其在（zài）用戶現場的故障數據，找出影（yǐng）響該型國產磨床整機可靠（kào）性的故障部位、模式及潛在的原因。並（bìng）對分析結果進行了詳細的統計，得出了該型國產（chǎn）磨床（chuáng）的薄弱環節。針對薄弱環（huán）節提出優化改進措施，並反饋給設計（jì）、製造、管理等部門，從而提高磨床的整機可靠性及市場競爭力。
   

     0 、引言

  
     高精密立式圓台磨床可以通過一次裝夾完成零件的內圓、外圓、錐麵、端麵（miàn）等的複合磨削加工，具（jù）有高效率（lǜ）、高精度（dù）、高柔性、高穩定性等優點 。特別適用於航空航天、軍工、風電等領域的多品種、小批量的高精密零件（jiàn）加（jiā）工 。
 
     目前國產立式磨床的可靠性差、易出故障（zhàng），國產磨床在高端機床市場（chǎng）占有率偏低，但國內對高檔立式磨床的需求量卻很大［3］。對國產某（mǒu）型高精密立式磨床進行了研究，對其進行（háng）可靠性分析，突破該型磨（mó）床可靠性的一些關鍵問題，提高（gāo）其可靠性水（shuǐ）平及市場競爭力 。

     1 、高精密磨床的故障部位分析

  
     1． 1 高精密磨床故障統計
 
     1． 1． 1 故（gù）障部（bù）位分析、危害度及風險度（dù）分析
 
     根據從2012 年1 月1 日到2013 年12 月30 日（rì）對7 台某型高精密立式磨床使用現場收集的故障數據，整理後共得到94 條有效的故障記錄。

     1． 2 高精密磨床結構特點分（fèn）析

      圖1 是某型高精度立式磨床的模型圖。

     該高精密磨床是立式床身設計，閉式靜壓轉台、立磨頭、臥磨（mó）頭與X、Y、Z 軸一起實現五軸聯動。因其結構複雜，功能密（mì）集，更容（róng）易發生故障。下麵就對該型磨床（chuáng）進行FMECA ( Failure Mode，Effects and Criticality analysis，故障模式（shì）影響及危害性分（fèn）析) 。

  
     2 、磨床的故障模式及危害度（dù）分析

  
     2． 1 高（gāo）精密立式磨床子係統構分（fèn）析
 
     對（duì）該型高精密磨床劃分子係統並（bìng）定義代碼為: 電氣子係統H、進給（gěi）子係統（tǒng）D、磨削子係統E、液壓子係統L、冷卻子係（xì）統（tǒng）G、潤滑子係統W 和（hé）CNC 子係統V。通過對該型磨床故障數據的統計（jì）分析，並按照相關公式 ，計算出各子（zǐ）係（xì）統所發生故障的頻率、危害度CＲi如表1 所示。

                                        表1 故障次數、頻率及危害度（dù）表

     為了（le）更加直觀的描述該型磨床各子係統的故障頻率及危害度，根據（jù）表1 可畫出（chū）磨床各子係（xì）統故障頻率及危害度分布直方圖分別如圖2、圖3 所示。

                       圖2 子係統故障頻（pín）率分（fèn）布直方圖（tú）

                     圖3 子（zǐ）係統故障（zhàng）危（wēi）害度分布直方圖

       2 、故障模式及危害（hài）度分析

  
     從FMECA 結（jié）果可知該磨床電氣子係統V、進給子係統D、CNC 子係統H 是該磨床可靠性（xìng）的薄弱環節。因此應對這三個（gè）高危害度子係統進行分析，找出影響磨床子係統可靠性的關鍵因素，分析（xī）結果如表2 所示。

      表2 子係統FMECA 表

      根據表2 可繪出（chū）影響（xiǎng）該高精密磨床的（de）三個高危害度子係統故障模式發（fā）生的頻率及危害度分布直方圖如圖4、圖5 所示。
   

                                圖4 故（gù）障模式概率分布直方圖

   
       
  
 
                                   圖5 故障模式危害（hài）度分布直方圖

       2． 3 高精密磨床的故障原（yuán）因分析
 

      通過前麵（miàn）的FMECA，得出故障（zhàng）模式D04、D06、V01、H01 是影響該型磨（mó）床整機可靠性的核心問題，因此應對這四個故障模（mó）式進一（yī）步的分析，找出故障發生的潛在原因，為提（tí）出磨床可靠（kào）性的增長措（cuò）施提（tí）供充分的依據。對該磨床的幾個高危（wēi）害度的故障模式的原因分析如表3 所示。

                              表3 高危害（hài）度故障模式及原因分析

       3 、提高磨床可靠性的建議與措施
 
 
      為提高磨床的可靠性，必須根據該磨床的結構特點、故障模式進行故障分（fèn）析，找出（chū）其薄（báo）弱（ruò）環節及其（qí）故障發生原因; 提出相應的優化改進措施並反（fǎn）饋給企（qǐ）業的設計、管（guǎn）理、製造裝配和銷售服務等部門［9］，有效地消除該型（xíng）磨（mó）床的早期故障提高（gāo）其的可靠性水平和市場競爭力。
 
 
      3． 1 針（zhēn）對（duì）轉（zhuǎn）台不浮起的預防措施
 
     ( 1) 及時清理轉台（tái）內部間隙的雜（zá）質（zhì）。
     ( 2) 選擇高質量的潤滑油並定時更換潤滑（huá）油（yóu），采用開環形油槽，改善油（yóu）膜的形成。
     ( 3) 對軸承的溫度進行實時監測，若溫（wēn）度過高則擴張冷卻液的長度和麵（miàn）積，促進潤滑油的流動，降低溫度。
     ( 4) 要對軸瓦材料巴氏合金進行改良，在（zài）加熱的軸瓦（wǎ）上塗抹焊錫或純錫來控製軸瓦的溫度。
     ( 5) 使用（yòng）質量好可靠性高的罩殼防止切削液滲漏或泄露。
 
      3． 2 針對主軸抱（bào）死的預防措施
 
     ( 1) 一般動靜壓軸承的軸瓦間隙（xì）在0． 008 ～ 0． 025mm 之間，若軸瓦是長式的，在考慮主軸抱死綜合誤差等（děng）因素以後，可取為0． 015 ～ 0． 025 mm［10］。
     ( 2) 控製好（hǎo）主（zhǔ）軸轉速使其不要（yào）過高。
     ( 3) 定期檢查軸瓦間是不是有充足（zú）的（de）潤滑油且潤滑油應定期更換（huàn）。
     ( 4) 對選用的軸瓦進（jìn）行（háng）精刮以清除毛（máo）刺，確保軸瓦達（dá）到規定（dìng）的尺寸和表麵粗糙（cāo）度。
     ( 5) 確保軸瓦安裝時已清洗（xǐ）幹淨、油內沒有髒物。
 
     3． 3 針對CNC 元器件（jiàn）損壞的預防措施
 
     ( 1) 對外購件進行采購時要嚴（yán）格檢驗控製（zhì）好元（yuán）器件的質量。
     ( 2) 根據本文（wén）對該型磨床的（de）FMECA 結果對其進行可靠性設（shè）計（jì）優化，如降額設計、熱設計、簡化設計、環境防護設計等，並針對設計不合理的地方給予改（gǎi）進。
     ( 3) 安裝過流、過（guò）壓、過載保護器; 通過數控程（chéng）序限製主軸轉速使其不要過高。
     ( 4) 對操作和維護人員進行數控係統（tǒng）使用與維護方麵的培訓，確（què）保定期的日常維護，及時發現和消除故障隱患。
 
     3． 4 針對電氣係統元器件的預防措施
 
     ( 1) 不能隨便打開電櫃門，必要時可在重要電氣上蓋（gài）防塵罩; 定期對元器件除塵; 當電器元件上有油汙時，應及時用棉紗擦拭幹淨．
     ( 2) 經常檢查電氣櫃散熱通風裝置，采取冷卻風機對電氣（qì）設備進行降溫; 采（cǎi）取通（tōng）風、局部隔離等除濕，必要時可蓋防水罩。
     ( 3) 對元器件須定期檢查維護和保養，若發現有破損、老化的趨勢應及時更換，避免故（gù）障的發生。
     ( 4) 操作人員必須經過專門的培訓，按說明書的要求（qiú）使用，嚴格遵（zūn）循（xún）操作規程，杜絕人為故障。
     ( 5) 對外購（gòu）件進行（háng）采購時（shí）要嚴格（gé）檢驗以控製電（diàn）氣係（xì）統（tǒng）元器件的質量。
 
     3． 5 提高磨床可靠（kào）性的一些措（cuò）施
 
     ( 1) 提（tí）高磨床的可靠性設計水（shuǐ）平，在可靠性設計時要求工程師主（zhǔ）動尋找故障，消除故（gù）障隱患。
     ( 2) 做好企業外購件質量評估和供應商選擇（zé）工作，綜合（hé）質量與經濟因（yīn）素選擇最好的供應商。
     ( 3) 對製造加工和裝配工人開展可靠性培訓，提高磨（mó）床的製造和裝配（pèi）水平; 簡化製造和裝配過程以減少工藝缺陷。
     ( 4) 建立以可靠（kào）性管理為核心的磨床質量管理體係，對設計、製造、裝配、試驗、售後服務等進行有效的監管（guǎn）。
     ( 5) 建立磨床的早期故障試驗和消（xiāo）除體係。針對該磨床的故障分析結果，當樣機試製完成（chéng）後應對這幾個高危（wēi）害度子係統進行可靠（kào）性（xìng）試驗，消除故障隱（yǐn）患，保證磨床較高的整（zhěng）機可靠性。

  
     4、結束語

  
     通（tōng）過對該型高精密立式磨床的故障分析，得到了電氣子係統、進給子係統和CNC 子係統是該型磨床可靠性的薄（báo）弱部位。通過對磨床（chuáng）進行FMECA，找出其故障發生的原因（yīn），提出相應（yīng）的優化措（cuò）施反饋給（gěi）企（qǐ）業的設計、管理等部門（mén），為實現該型立式磨床的可靠（kào）性增長（zhǎng）提供了依據，使其達到設計要求的（de）MTBF，提高國產（chǎn）高精密磨床的市場競爭（zhēng）力。