探讨数控车床故障分析与提高可靠性的措施

郭俊亮

摘 要：通过设计数控车床的分析统计系统，利用定时结尾的方法来收集国内所生产的数控车床故障的具体数据，并检验数控车床出现故障的间隔时间所组成的函数式，从而确定故障时间的准确分布模型。详细分析数控车床的故障形式以及故障影响，探讨数控车床出现故障的主要原因，并针对子系统及部件可靠性的提出几点建议，以此来增强国产车床的可靠性。

关键词：数控车床；故障分析；可靠性

中图书分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0088-02

对于现代化工业制造技术来说，数控车床是一种十分重要的装备，其可靠性可对国家的制造技术及经济发展有着直接影响。现代化工业制造技术的进步不但需要数控车床具备一定的自动化功能，还需要其功能与性能具备高度的保障性、可靠性、维修性及维持性。数控系统可靠性的多少也决定着数控机床可靠性的程度，数控车床故障形式及故障影响是进行可靠性分析的重点内容，亦是提高产品可靠性的有效途径。

1 数控车床数据的分析统计

1.1 数控车床数据的分析统计系统

1.2 数控车床故障分布时间的确定

2 数控车床可靠性的分析

2.1 某型号数控车床的检验

我们选取45°高刚性倾斜床身来对数控车床进行检验与考核，该类车床的刚性强、精度高，能够有利于实现恒速切割以及调速，且启动、暂停及停止的速度快，每个润滑点均安装循环装置以便定量润滑，产品的热变形与温升相对较小，并可用程序来控制尾台套筒的伸缩。该型号的数控车床能够对多头螺纹、公英制螺纹、圆弧及支线进行加工，尤其适用于精度高、形状复杂的盘类及轴类零件。

2.2 故障分布事件模型的假设检验及参数估计

2.3 数控车床的故障模式、影响分析

2.3.1 数控车床故相关故障数据的整理

2.3.2 数控车床的故障分析

其次，数控车床故障模式的详细分析。由表2可见，车床出现几何精度过大的频率相对较高，这主要是因为X轴的丝杠以及拖板内出现间隙而导致。除此之外，零部件损坏对数控车床的影响也不容忽视，而出现这一问题的主要原因在于丝杠挤死。

2.3.3 数控车床的子系统故障与原因

经过上文的研究得出，数控车床的Z轴给进系统、X轴给进系统、电气系统以及转塔刀库这四个子系统及其部件发生故障的频率较高，因此着重分析这4个子系统的故障类型、故障原因及其分类，得出：Z轴系统的常见故障类型有基础件震动、预紧结构松动、零部件损坏这三种，并以零部件损件故障最为常见。而导致该系统出现故障的主要原因有系统部件松动或卡住；而X轴系统的故障类型仅此一种即几何精度过大。引发该类型故障的主要因素在于机械，其中不稳定的加工精度是因为刀架反复定位以及车床传动的误差精度而导致，这主要表现在装配不良、滚珠丝杠螺母松动等方面；另外，电气系统的故障通常表现在电缆或线路的短路，以及零部件的松动，其诱发因素在于元器件受损及过载；最后，几何精度过大是转塔刀库故障的主要表现形式，这主要是元器件受损而造成的。

3 提高国产数控车床可靠性的相关措施

3.1 注重早期故障的排除分析

随着早期故障在数控车床中的潜伏，给车床用户带来了严重的影响，也严重损害了国内厂家的信誉。因此，厂家应重视数控车床早期故障的检验、分析以及排除，使故障隐患泯灭于摇篮之中，实现早期故障阶段向偶然故障阶段的跨越，让用户能够增加对国产数控车床的信心。

3.2 全面完善车床的可靠性设计

针对电气系统，可选取模板化设计方案，并按照用户的不同需求来增设新模板。慎重选用电气零部件，结合用户的相关反馈经过层层筛选来确定要使用的零部件，并且坚决替换容易产生故障的电气件。严格规范产品工艺规程及其零件图样中的尺寸精度，优化锁紧信号的发信结构，防止顶齿卡死现象的发生。完善刀具和工件冷却系统，根据刀具的具体位置来调节冷却水，进一步增强冷却刀具以及工件的可靠性，防止冷却液的浪费。优化润滑系统，采取单线阻尼系统来进行供油，使润滑效果达到最佳。

3.3 强化关键工序以及装配控制

导致数控车床故障的原因大多和关键工序及装备有关，因此为了提高车床的可靠性，有必要强化关键工序及装配过程的控制。例如：主轴这一重要部件，在其加工工序中应注重对加工机械精度的控制，并定时检查该机械的精度；运用检具或模具来对主轴主要加工面以及配合面的形状、尺寸进行严格控制；仔细检查每道关键工序；定时校对检具、量具的精度。而电气装配的强化措施有：进行装配时仔细核对每件器件及元件的规格、型号；接线时确保每个接头点牢固及具体位置准确；反复进行接地绝结缘电阻的安全实验及检测。另外，还要特别注意丝杠的装配，应确保其防护罩壳精确到位，严格控制密封部件及防护板的安装质量。

3.4 确保重点配套件的可靠性水平

高质量的配套件是确保车床可靠性的关键，根据相关数据统计显示，有超过60%以上的数控车床故障在于外购件的质量不高，因此，可通过优化采购方案，强化入库及安装前筛选、检验来提高配套件的可靠性。

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