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技術(shù)文章

數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)庫(kù)建立

閱讀:2441          發(fā)布時(shí)間:2009-8-3
關(guān)鍵字:數(shù)控車床  
 
    

1 前言

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)裝備,其技術(shù)水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床的可靠性是機(jī)床質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的可靠性水平與國(guó)外相比明顯偏低,嚴(yán)重影響了國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的競(jìng)爭(zhēng)能力,提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的可靠性已成為當(dāng)務(wù)之急。

可靠性分析是以大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的,借助有計(jì)劃、有目的地收集產(chǎn)品壽命周期各階段的數(shù)據(jù),進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的薄弱環(huán)節(jié),改進(jìn)設(shè)計(jì),從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,所以可靠性數(shù)據(jù)的收集和分析在可靠性工程中具有重要地位。然而這方面正是國(guó)內(nèi)可靠性研究中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。在1996年7月1日至1996年12月31日期間,我們收集了一汽集團(tuán)長(zhǎng)春齒輪廠的42臺(tái)CNC車床的可靠性數(shù)據(jù),并初步建立了數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。以此為例說(shuō)明數(shù)控機(jī)床可靠性數(shù)據(jù)的采集方法及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立方法。

2 可靠性試驗(yàn)方案的確定

可靠性試驗(yàn)是取得可靠性數(shù)據(jù)的主要方法之一,它是進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)和分析的基礎(chǔ)。近30年來(lái),可靠性試驗(yàn)方法取得很大發(fā)展??煽啃栽囼?yàn)既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢。對(duì)于數(shù)控車床而言,主要考慮試驗(yàn)場(chǎng)所和試驗(yàn)樣本兩方面。

按試驗(yàn)場(chǎng)所,可靠性試驗(yàn)分為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)兩種。數(shù)控車床由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用條件中的不確定因素很多,故選用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法能夠采集到真實(shí)的可靠性情況。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中數(shù)據(jù)可靠性問(wèn)題是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。事先必須制訂完善的采集計(jì)劃,事后應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以排除不合理因素。

可靠性試驗(yàn)按樣本大小可以分成全數(shù)試驗(yàn)和抽樣試驗(yàn)兩類。對(duì)于數(shù)控車床這種批量產(chǎn)品不可能進(jìn)行全數(shù)試驗(yàn),只能采用抽樣定時(shí)截尾的試驗(yàn)方法。為了使收集到的數(shù)據(jù)具有代表性,并且便于數(shù)據(jù)收集,在選取試驗(yàn)樣本時(shí),應(yīng)選取盡量多的數(shù)控車床作為抽樣樣本,所選取的設(shè)備應(yīng)該比較集中。因此本文選擇了數(shù)控車床使用量大且設(shè)備比較集中的一汽集團(tuán)長(zhǎng)春齒輪廠作為試驗(yàn)基地,將其42臺(tái)CNC車床作為樣本,進(jìn)行了半年跟蹤調(diào)查。

3 可靠性數(shù)據(jù)的采集

根據(jù)《數(shù)控車床可靠性評(píng)定方法》,即標(biāo)準(zhǔn)JB/GQ1153-90數(shù)控車床的故障判據(jù)為:

1) 由于數(shù)控車床的質(zhì)量缺陷,在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的事件便成為故障。
2) 在用戶正常使用之前的早期故障,由于是在規(guī)定的截取范圍以外,所以不計(jì)為故障。
3) 與整機(jī)功能暫時(shí)無(wú)關(guān)或影響較小的局部微小故障不計(jì)為故障。
4) 不按規(guī)定操作使用而引起的誤用故障不計(jì)為故障。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前,必須首先明確數(shù)控車床故障模式。我們?cè)趨⒖肌稊?shù)控車床可靠性評(píng)定方法》的同時(shí),根據(jù)數(shù)控車床的本身特點(diǎn)和使用中的實(shí)際情況,制定了數(shù)控車床故障模式表(表1)。

表1 數(shù)控車床故障模式表

序號(hào) 故障模式 序號(hào) 故障模式 序號(hào) 故障模式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
運(yùn)動(dòng)部件爬行
運(yùn)動(dòng)部件抖動(dòng)
運(yùn)動(dòng)部件異響
運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)失靈
運(yùn)動(dòng)部件間隙過(guò)大
運(yùn)動(dòng)部件竄動(dòng)
運(yùn)動(dòng)部件過(guò)緊
運(yùn)動(dòng)部件卡死
運(yùn)動(dòng)部件變速失靈
運(yùn)動(dòng)部件超速
運(yùn)動(dòng)部件掉檔
振動(dòng)影響工件質(zhì)量
機(jī)電互鎖機(jī)構(gòu)失靈
鎖緊部件失靈
緊固件松動(dòng)
預(yù)緊機(jī)構(gòu)松動(dòng)
定位裝置失靈
夾緊裝置失靈
夾緊裝置提前夾緊
夾緊裝置提前松開(kāi)
夾緊裝置夾不緊
夾緊裝置松不開(kāi)
零、部件損壞
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
零、部件變形
零、部件松動(dòng)
零、部件脫落
軸承損壞
轉(zhuǎn)位無(wú)動(dòng)作
轉(zhuǎn)位不到位
轉(zhuǎn)位超程
幾何精度超標(biāo)
定位精度超標(biāo)
工作精度超標(biāo)
性能參數(shù)下降
回零不準(zhǔn)
定向不準(zhǔn)
坐標(biāo)原點(diǎn)漂移
噪聲超標(biāo)
溫升過(guò)高
氣、液控制失靈
液、氣、油滲漏
液、氣、油堵塞不暢
液、氣、油元部件損壞
密封件損壞
護(hù)板、護(hù)罩損壞
防護(hù)門開(kāi)關(guān)損壞
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
數(shù)控系統(tǒng)不能正常工作
主機(jī)未按程序指令執(zhí)行
程序、參數(shù)記憶功能紊亂
數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤
元器件功能喪失
元器件誤動(dòng)作
元器件損壞
元器件參數(shù)漂移
電機(jī)起動(dòng)不起來(lái)
電機(jī)不能正常工作
電機(jī)過(guò)載
電機(jī)損壞
誤報(bào)警
線路、電纜接觸不良
線路、電纜斷路
線路、電纜短路
熔斷器損壞
傳感部件失靈
易損件超期損壞
轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位不靈活
空氣開(kāi)關(guān)跳
CNC參數(shù)錯(cuò)
其它

根據(jù)所確定的試驗(yàn)方案,按如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)采集:

1) 參考《數(shù)控車床可靠性評(píng)定方法》,我們編制了《數(shù)控車床故障分析報(bào)告》(表2),分別對(duì)每臺(tái)受試車床進(jìn)行跟蹤。

《數(shù)控車床故障分析報(bào)告》填寫(xiě)說(shuō)明:

a. 從試驗(yàn)開(kāi)始起,記錄被試車床故障,發(fā)生一次故障,填寫(xiě)一份故障分析報(bào)告。
b. 按照故障發(fā)生時(shí)間順序填寫(xiě)故障序號(hào)。
c. 要求填表人簽字,用戶單位加蓋公章,以保證數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。

2) 與協(xié)作廠家定好執(zhí)行計(jì)劃,由廠家派專人負(fù)責(zé)填寫(xiě)故障分析報(bào)告。一旦故障發(fā)生,立即根據(jù)故障判據(jù)和故障類型填寫(xiě)報(bào)告,恢復(fù)后應(yīng)繼續(xù)觀察。

3) 每隔一定時(shí)間進(jìn)行中途檢查,了解現(xiàn)場(chǎng)情況,并就具體問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。

由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中得到的主要數(shù)據(jù)項(xiàng)如表2所示。這樣就可以根據(jù)需要建立數(shù)控車床的可靠性數(shù)據(jù)庫(kù),以滿足不同的數(shù)據(jù)分析要求。

表2 數(shù)控車床故障分析報(bào)告

車間 - 班組 - 年月日
設(shè)備編號(hào)   設(shè)備役齡 - 設(shè)備型號(hào)  
設(shè)備名稱 - 故障序號(hào) -
工作環(huán)境 -
故 障
現(xiàn) 象
-
故 障
原 因
-
處理方法 -
起始時(shí)間 日時(shí)分 共 計(jì) 臺(tái)時(shí)
終止時(shí)間 日時(shí)分 工時(shí)
修理工 - 維修組長(zhǎng) - 設(shè)備使用人 -

4 數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

可靠性分析是以大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的,只有在擁有真實(shí)、可靠數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,我們才能進(jìn)行故障分析、可靠性設(shè)計(jì)等,才能對(duì)機(jī)床的設(shè)計(jì)、使用、維修等提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)??煽啃詳?shù)據(jù)的積累是一個(gè)長(zhǎng)期的、艱巨的過(guò)程。在此過(guò)程中必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織和管理,而這是手工難以完成的,必須借助于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)可以理解為在一個(gè)或多個(gè)單位中,為多個(gè)用戶服務(wù)的、在計(jì)算機(jī)上可運(yùn)行的、具有一定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合。目前較流行的數(shù)據(jù)庫(kù)類型有三種:層次型、網(wǎng)絡(luò)型和關(guān)系型。我們使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)FOXPRO,建立了數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。

建立數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)主要目的如下:

1) 為數(shù)控車床的可靠性指標(biāo)評(píng)估提供重要信息;
2) 為故障分析,可靠性設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);
3) 為改進(jìn)數(shù)控車床的可維修性,提高數(shù)控車床的使用有效度提供信息;
4) 建立數(shù)控車床的故障檔案,以便進(jìn)行比較和預(yù)測(cè)。

數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 數(shù)控車床可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

序號(hào) 名稱 類型 寬度 序號(hào) 名稱 類型 寬度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
機(jī)床編碼
機(jī)床型號(hào)
機(jī)床名稱
使用廠家
制造廠家
故障現(xiàn)象
故障原因
處理方法
故障日期
字符
字符
字符
字符
字符
字符
字符
字符
日期
8
8
40
40
40
40
40
40
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
修復(fù)日期
故障時(shí)間
修復(fù)時(shí)間
維修時(shí)間
維修工時(shí)
故障模式
故障部位
累積時(shí)間
故障編碼
日期
數(shù)字
數(shù)字
數(shù)字
數(shù)字
字符
字符
數(shù)字
字符
8
8.3
8.3
8.3
8.3
40
40
10.3
8

為滿足數(shù)據(jù)分析的需要,它所包含的字段名稱與表2中各記錄項(xiàng)目名稱有所不同?,F(xiàn)對(duì)部分字段作如下解釋。

故障日期:數(shù)控車床發(fā)生故障時(shí)的具體日期(年/月/日);
修復(fù)日期:數(shù)控車床恢復(fù)正常工作時(shí)的具體日期(年/月/日);
故障時(shí)間:發(fā)生故障時(shí)的具體時(shí)間(單位:h);
修復(fù)時(shí)間:機(jī)床恢復(fù)正常工作時(shí)的具體時(shí)間(單位:h);
維修時(shí)間:指純修理時(shí)間(單位:臺(tái)時(shí));
故障部位:發(fā)生故障的子系統(tǒng)及部件,以代碼表示。具體代碼見(jiàn)表4;

表4 子系統(tǒng)及部件代碼

代碼 名稱 代碼 名稱 代碼 名稱
S1
X
B
F
W
T
J
S2
Y
主傳動(dòng)系統(tǒng)
X向進(jìn)給系統(tǒng)
B軸進(jìn)給系統(tǒng)
伺服控制單元
冷卻系統(tǒng)
工作臺(tái)
卡盤及
夾具
主軸組件
Y向進(jìn)給系統(tǒng)
C
D
K
CT
V
M
Z
NC
G
C軸進(jìn)給系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)
排屑系統(tǒng)
交換工作臺(tái)
電器系統(tǒng)
轉(zhuǎn)塔(刀庫(kù))
Z向進(jìn)給系統(tǒng)
CNC系統(tǒng)
氣動(dòng)系統(tǒng)
E
Q
N
H
A
PC
L
P
R
電源
整體防護(hù)
不明
機(jī)械手
A軸進(jìn)給系統(tǒng)
PLC系統(tǒng)
潤(rùn)滑系統(tǒng)
外接口
其它

維修工時(shí):維修時(shí)所耗費(fèi)的工時(shí)(單位:工時(shí));
累積時(shí)間:從試驗(yàn)開(kāi)始到本次故障總的工作時(shí)間(單位:h);
故障編碼:即故障分析報(bào)告中的故障序號(hào);
機(jī)床編碼;由8位數(shù)字組成,具體如圖所示:

按照上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部編碼方法,建立數(shù)據(jù)庫(kù)文件DATABAS.DBF。由數(shù)據(jù)庫(kù)文件DATABAS.DBF生成如下索引文件:IDXTOOL.IDX、IDXFACT.IDX、IDXUSE.IDX、IDXMODE.IDX、IDXPOS.IDX等。利用這些索引文件,我們可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),分別按照機(jī)床、制造廠、使用廠、故障模式、故障部位等字段進(jìn)行檢索或數(shù)據(jù)重組,以滿足不同目的的數(shù)據(jù)分析要求。

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