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加工中心生命周期過程一般呈現(xiàn)出“浴盆曲線”如圖1所示1,包括早期故障期、偶然故障期和耗損故障期，

由于加工中心時段1多為3個月到半年2 ,時間較短，給數(shù)據(jù)獲取帶來了一定的難度,所以加工中心的可靠性研究多側(cè)重于時段2,而時段1的相關(guān)研究較少。但是早期故障的分析，有助于提高加工中心早期可靠性，對于減少加工中心早期故障危害有指導(dǎo)作用和實際意義。

現(xiàn)采集了 26臺試生產(chǎn)3個月的加工中心故障數(shù)據(jù)時段1:從2012年9月1日到2012年12月1日。時段2:從 2013年9月1日到2013年12月1日，針對這兩組不同階段的故障數(shù)據(jù)，采用故障模式、影響及危害度分析方法 (FMECA),對比加工中心時段1及時段2的故障危害度及故障原因，便于企業(yè)針對不同故障期制定合適的維修策略，對于提高生產(chǎn)效率、降低維護成本有很大的意義。

1系統(tǒng)劃分

采用FMECA方法對加工中心的故障模式進行分析，首先，需要建立合適的系統(tǒng)³。通過功能的不同，把加工中心劃分為電氣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、防護系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、切削系統(tǒng)、清濾系統(tǒng)、伺服傳動系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)和裝夾系統(tǒng)等10大系統(tǒng),各個系統(tǒng)采集的時段1和時段2的故障數(shù)據(jù)如表1所示。

表1各系統(tǒng)故障次數(shù)表

序號	故障部件	時段1的故障次數(shù)	時段2的故障次數(shù)
1	電氣系統(tǒng)	4	5
2	防護系統(tǒng)	7	2
3	控制系統(tǒng)	6	1
4	檢測系統(tǒng)	2	0
5	切削系統(tǒng)	15	0
6	清濾系統(tǒng)	5	1
7	伺服傳動系統(tǒng)	4	3
8	物流系統(tǒng)	1	1
9	液壓氣動系統(tǒng)	17	0
10	裝夾系統(tǒng)	7	1

從表1可以看出，加工中心在時段1運行中共發(fā)生了 80次故障，時段2共發(fā)生了 14次故障。可見，早期的故障頻率明顯高于偶然故障期的故障頻率，這主要原因是由于加工中心的裝配精度不高，設(shè)計中存在某些缺陷造成的。液壓氣動系統(tǒng)是故障次數(shù)相差最為懸殊的一個系統(tǒng), 在試生產(chǎn)3個月間，共發(fā)生了 17次故障，而在1年后正式生產(chǎn)的3個月時間中，1次故障都沒有發(fā)生，通過分析液壓系統(tǒng)早期故障的原因可以看出，設(shè)計中選擇的皮帶強度不夠，多次發(fā)生皮帶斷裂的問題，之后，在生產(chǎn)中采用了強度更高的齒形帶，有效地避免了此類問題的發(fā)生。

2故障部位分析

把加工中心分為不同的系統(tǒng)可以有效地從宏觀上分析不同的功能系統(tǒng)之間的故障頻率及原因，同時，進一步分析各個生產(chǎn)部件的故障次數(shù)，對于采用合適的維修策略及判斷外購件品質(zhì)都有著至關(guān)重要的作用⁴,時段1及時段2的高故障頻率的故障部件分布如圖2,圖3所示。

由圖2,圖3可以看出，兩個不同時期時,產(chǎn)生故障的主要零部件完全不相同。在時段1時，加工中心的故障部件主要為管路、刀柄、刀具以及防護門等，而在時段2主要發(fā)生故障的是光柵尺、防護門和電氣線路等。由此得出，早期故障時的管路，刀柄，刀具問題是加工中心初期設(shè)計缺陷,在之后的生產(chǎn)中，已經(jīng)改良了這些缺陷⁵。防護門故障是僅有的一個既發(fā)生于早期故障期，也發(fā)生在偶然故障期的故障,在以后的維修生產(chǎn)中，應(yīng)該對本部件的問題做著重處理。光柵尺是偶然故障期產(chǎn)生故障最多的部件，而在早期故障期中并沒有發(fā)生故障，這是由于光柵尺是損耗件，鐵屑覆蓋會導(dǎo)致失靈, 所以會在時段2中表現(xiàn)得尤為突出。

3故障原因分析

故障原因分析為加工中心的可靠性提高提供了借鑒作用，通過分析故障原因，能夠找到故障的根本問題，從本質(zhì)上控制故障的發(fā)生。故障原因的分析方法為以下2種:

1) 從加工中心發(fā)生的故障形式，找出故障的直接原因;

2) 從外部因素方面找產(chǎn)品發(fā)生故障模式的間接原因。加工中心的主要故障原因如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5得出，時段1的故障原因主要表現(xiàn)為 CNC參數(shù)錯，斷裂，零部件損壞等，這主要是由加工中心剛運行的軟件設(shè)定不完善及機械設(shè)計強度校核不充分導(dǎo) 致的。加工中心進入時段2的故障原因主要是元器件損壞、零部件損壞、調(diào)整不當(dāng)?shù)龋@是由于加工中心運行一段時間后，達到了電子元器件和機械零部件的使用壽命，同時,一些氣缸等部件失調(diào)造成的。對不同故障期的主要故障原因進行充分的分析及了解，有利于進行提高加工中心可靠性工作。

4兩重分段威布爾分布參數(shù)確定

對加工中心各系統(tǒng)進行了可靠性故障原因分析之后, 為了進一步得出各故障的危害度的大小，還需對故障進行故障模式及危害度分析。

通過FMECA分析表能夠直觀地分析出哪種故障對生產(chǎn)的危害度最大。由表3得出，時段1時的編碼器危害度大于其他2項，是加工中心在時段1時最應(yīng)該加以防護的危害。在時段2時,光柵尺危害度達到了 20. 8,是整個系統(tǒng)中危害度最大的一項，而且都是因為光柵尺損壞造成的，在日常維修工作中還需改善光柵尺選型及定期清理等相關(guān)工作。從時段1和時段2的FMECA分析表中得出,2 個故障器的電氣系統(tǒng)常見故障危害度并不相同，這是因為加工中心在不同的時間段里會表現(xiàn)出不同的故障，所以，對加工中心不同故障時期的研究是有著重要的現(xiàn)實意義及實用價值的。

5結(jié)語

以2年來采集的26臺加工中心的故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了早期故障期和偶然故障期的數(shù)據(jù)，得出不同故障期的故障分布部件、故障原因，并且利用FMECA方法分析了電氣系統(tǒng)的故障危害度，對加工中心的可靠性提高有著重要的意義⁷,并且得出以下結(jié)論：

1) 加工中心早期故障發(fā)生頻率明顯高于偶然故障期，這與浴盆曲線的趨勢相符合。早期故障期與偶然故障期的故障多發(fā)部件不相同，早期故障多發(fā)于機械部件，偶然故障期時，故障多發(fā)于電子部件，需要根據(jù)不同的故障期，制定合適的可靠性維修策略。

2) 導(dǎo)致早期的故障原因是CNC參數(shù)錯、齒形帶斷裂、零部件損壞等，故障原因相比于偶然故障期更加多樣
化。偶然故障期的故障原因多為部件老化,使用時的性能漂移造成的。

3) 在電氣系統(tǒng)中，偶然故障期的光柵尺故障危害度最大,達到了 20. 8,在日常維修中應(yīng)該著重防護。電氣系統(tǒng)的早期故障期的故障危害度成均勻分布，多個故障危害度差距不大，但與偶然故障期的故障種類不同，應(yīng)針對不同故障時期，有針對性地制定相關(guān)的維修策略。

加工中心早期故障及偶然故障期的故障危害度分析

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