探討數控車床故障分析與提高可靠性的措施

郭俊亮

摘 要：通過設計數控車床的分析統計系統，利用定時結尾的方法來收集國內所生產的數控車床故障的具體數據，并檢驗數控車床出現故障的間隔時間所組成的函數式，從而確定故障時間的準確分布模型。詳細分析數控車床的故障形式以及故障影響，探討數控車床出現故障的主要原因，并針對子系統及部件可靠性的提出幾點建議，以此來增強國產車床的可靠性。

關鍵詞：數控車床；故障分析；可靠性

中圖書分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0088-02

對于現代化工業制造技術來說，數控車床是一種十分重要的裝備，其可靠性可對國家的制造技術及經濟發展有著直接影響。現代化工業制造技術的進步不但需要數控車床具備一定的自動化功能，還需要其功能與性能具備高度的保障性、可靠性、維修性及維持性。數控系統可靠性的多少也決定著數控機床可靠性的程度，數控車床故障形式及故障影響是進行可靠性分析的重點內容，亦是提高產品可靠性的有效途徑。

1 數控車床數據的分析統計

1.1 數控車床數據的分析統計系統

1.2 數控車床故障分布時間的確定

2 數控車床可靠性的分析

2.1 某型號數控車床的檢驗

我們選取45°高剛性傾斜床身來對數控車床進行檢驗與考核，該類車床的剛性強、精度高，能夠有利于實現恒速切割以及調速，且啟動、暫停及停止的速度快，每個潤滑點均安裝循環裝置以便定量潤滑，產品的熱變形與溫升相對較小，并可用程序來控制尾臺套筒的伸縮。該型號的數控車床能夠對多頭螺紋、公英制螺紋、圓弧及支線進行加工，尤其適用于精度高、形狀復雜的盤類及軸類零件。

2.2 故障分布事件模型的假設檢驗及參數估計

2.3 數控車床的故障模式、影響分析

2.3.1 數控車床故相關故障數據的整理

2.3.2 數控車床的故障分析

其次，數控車床故障模式的詳細分析。由表2可見，車床出現幾何精度過大的頻率相對較高，這主要是因為X軸的絲杠以及拖板內出現間隙而導致。除此之外，零部件損壞對數控車床的影響也不容忽視，而出現這一問題的主要原因在于絲杠擠死。

2.3.3 數控車床的子系統故障與原因

經過上文的研究得出，數控車床的Z軸給進系統、X軸給進系統、電氣系統以及轉塔刀庫這四個子系統及其部件發生故障的頻率較高，因此著重分析這4個子系統的故障類型、故障原因及其分類，得出：Z軸系統的常見故障類型有基礎件震動、預緊結構松動、零部件損壞這三種，并以零部件損件故障最為常見。而導致該系統出現故障的主要原因有系統部件松動或卡住；而X軸系統的故障類型僅此一種即幾何精度過大。引發該類型故障的主要因素在于機械，其中不穩定的加工精度是因為刀架反復定位以及車床傳動的誤差精度而導致，這主要表現在裝配不良、滾珠絲杠螺母松動等方面；另外，電氣系統的故障通常表現在電纜或線路的短路，以及零部件的松動，其誘發因素在于元器件受損及過載；最后，幾何精度過大是轉塔刀庫故障的主要表現形式，這主要是元器件受損而造成的。

3 提高國產數控車床可靠性的相關措施

3.1 注重早期故障的排除分析

隨著早期故障在數控車床中的潛伏，給車床用戶帶來了嚴重的影響，也嚴重損害了國內廠家的信譽。因此，廠家應重視數控車床早期故障的檢驗、分析以及排除，使故障隱患泯滅于搖籃之中，實現早期故障階段向偶然故障階段的跨越，讓用戶能夠增加對國產數控車床的信心。

3.2 全面完善車床的可靠性設計

針對電氣系統，可選取模板化設計方案，并按照用戶的不同需求來增設新模板。慎重選用電氣零部件，結合用戶的相關反饋經過層層篩選來確定要使用的零部件，并且堅決替換容易產生故障的電氣件。嚴格規范產品工藝規程及其零件圖樣中的尺寸精度，優化鎖緊信號的發信結構，防止頂齒卡死現象的發生。完善刀具和工件冷卻系統，根據刀具的具體位置來調節冷卻水，進一步增強冷卻刀具以及工件的可靠性，防止冷卻液的浪費。優化潤滑系統，采取單線阻尼系統來進行供油，使潤滑效果達到最佳。

3.3 強化關鍵工序以及裝配控制

導致數控車床故障的原因大多和關鍵工序及裝備有關，因此為了提高車床的可靠性，有必要強化關鍵工序及裝配過程的控制。例如：主軸這一重要部件，在其加工工序中應注重對加工機械精度的控制，并定時檢查該機械的精度；運用檢具或模具來對主軸主要加工面以及配合面的形狀、尺寸進行嚴格控制；仔細檢查每道關鍵工序；定時校對檢具、量具的精度。而電氣裝配的強化措施有：進行裝配時仔細核對每件器件及元件的規格、型號；接線時確保每個接頭點牢固及具體位置準確；反復進行接地絕結緣電阻的安全實驗及檢測。另外，還要特別注意絲杠的裝配，應確保其防護罩殼精確到位，嚴格控制密封部件及防護板的安裝質量。

3.4 確保重點配套件的可靠性水平

高質量的配套件是確保車床可靠性的關鍵，根據相關數據統計顯示，有超過60%以上的數控車床故障在于外購件的質量不高，因此，可通過優化采購方案，強化入庫及安裝前篩選、檢驗來提高配套件的可靠性。

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