发动机厂数控加工中心维修策略探讨

《发动机厂数控加工中心维修策略探讨》

计划工作时间。由于加工中心数量较多，此故障率为每月设备平均故障率）。在设备初期调

试阶段，故障率的确高于生命周期的平均故障率，但到了设备中期，故障率波动较为明显。同时，两种品牌的加工中心为了消除维修人员技能等方面的影响因素，根据两种品牌加工中心的故障次数进行了类似统计（如图3所示。由于加工中心数量较多，此故障次数为每小时设备平均故障次数）。

由图2和图3可见，设备故障次数围绕故障率呈现一致的波动状态。由于加工中心结构复杂，牵涉到液压、气动、机械结构、电控等多方面因素，所以故障特征与传统设备完全不同，“浴盆曲线”原理已经难以适用于现代加工设备。从上述分析大致得知两点：一是加工中心在气温分别较高和较低的夏季和冬季，或者湿度较大的情况下，故障率较高；二是设备在长时间停机后开机，故障率较高，并且当设备是单班生产时，故障率要高于两班和三班生产模式。综上，传统设备维修管理理论对于类似于数控加工中心的先进制造设备已具有明显的局限性。如何在传统维修理论的基础上进行发展和创新，将是很多制造企业迫切需要解决的一大难题。

2 数控加工中心结构及故障特点

数控加工中心是集机、电、液压、气动为一体的设备，其核心就是数控技术。目前加工中心已基本使用计算机数控技术（CNC技术），一次装夹就能够实现加工出较复杂的零件，并且在

加工余量大的情况下，能够实现高精度（0.001 mm）。由于数控加工中心的柔性化程度高，所以其故障也呈现出多元化的特点。以缸盖一线加工中心的故障历史数据为例，将该加工中心的部件系统分为以下11类[2， 3]：

（1）冷却系统：水泵、水管及附带的压力、流量、温度信号；

（2）润滑系统：集中润滑总成，包含润滑电机、油箱、密封、过滤器等；

（3）排屑系统：将机床内的铁屑或铝屑排出的系统，包括排屑链、排屑电机、挂屑器、排液

泵等；

（4）电器系统：包含接触器、熔断器、继电器、按钮、连接线缆等装置，同时也包括逻辑可

编程控制器（PLC）、输入输出装置（I/O）、屏幕（OP）、操作面板（MCP）等；

（5）伺服系统：用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，包含伺服电机、编码器、

变频器、中央控制单元、驱动控制模块等；

（6）主轴系统：主要指电主轴及相关附件；

（7）液压系统：包含动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油五大部分，主要部件为液压泵、油缸、阀、油温油位计等；

（8）气动系统：通过以压缩空气为工作介质传递动力或信号的方式提供动力的系统；

（9）刀库系统：这里主要指盘式刀库及其相关附件；

（10）进给系统：X、Y、Z轴进给系统及相关部件，包括导轨、滑块、丝杆等；

（11）机械附件：包含夹具、联动板、防护板等机械部件。

根据上述分类，对2010年～2016年的历史故障数据进行了汇总和分析，如图4所示。其中

故障平均维修时间为故障维修总时间除以故障次数。可以看出，按照平均维修时间排序，维修时间最长的四个系统依次为主轴系统、进给系统、刀库系统和排屑系统。目前，很多制造企业采用OEE（Overall Equipment Effectiveness）作为考核设备开工率的指标。OEE是一个独立的测量工具，它用来表现实际生产能力相对于计划产能的比率，其中设备故障及磨损是影响实际生产能力的重要因素。所以降低设备故障率和减少设备停机时间对于提升企业生产能力、尤其是针对平均维修时间较长的系统是极为重要的。

3 数控加工中心维修工具及方法

目前，设备抢修（应急维修）已远远不能满足现代企业的要求。随着科技的进步，维修理论也经历了由应急维修和定期性预防维修，到以可靠性为中心的维修（RCM）和基于状态的维修（CBM）的转变，维修方法及工具也逐渐丰富。以某发动机厂为例，除应急维修外，整个维

修体系包含了日常设备巡检、设备专业点检、月度保养（TPM）、年度保养和重大及重复性

故障分析等，如图5和图6所示。

主轴系统故障、进给系统故障、刀库系统故障及排屑系统故障是该数控加工中心维修时间最长的四个部件，针对这些易造成重大故障的部件（本文定义维修时间超过240 min为重大故障），制定了设备专业点检体系，结合状态维修理念进行设备的预防性维护。

（1）电主轴。电主轴是将变频电机与机床主轴合二为一的主轴，属于集成式的主轴单元，实

现了机床的“零传动”，具有转速高、功率大的特点。本文例举的缸盖加工中心采用的是最高转速达24 000 r/min的电主轴，实现了高速和精密切屑的要求。由于电主轴价值昂贵（达20余万元），更换时间长且过程复杂，所以对电主轴进行预防性维护十分必要。

电主轴的常见故障主要有轴承损伤、刀具夹爪损伤、拉刀夹紧力下降和一些电气故障（如线圈烧坏、传感器损坏等），针对上述故障，制定针对主轴的专业点检项目：

① 测量主轴径向跳动及不平衡量；

② 测量主轴放松时端面伸出量，对不符合要求的进行调整；

③ 测量主轴握刀夹紧力，对不符合要求的进行调整；

④ 检查HSK夹头磨损情况，对磨损夹头进行更换；

⑤ 高压切削液有无泄漏（管路和旋转接头）；

⑥ 检查主轴夹头与刀柄密封圈有无磨损，视情况更换。

（2）进给系统。本文例举的数控机床采用直线电机、导轨滑块和光栅尺作为进给系统的组成

部分。对于上述部件构成的进给系统，同样面临着更换时间长、更换过程复杂的情况，并且由于数控机床伺服系统实现了对机械运动的实时监控，所以当进给系统报警时，现象往往不明显，报警内容的指向性不是很强，需要维修人员进行一系列分析后，方能确定具体的故障原因或损坏部件，所以诊断时间也较长。

分析该数控机床进给系统的历史维修数据，发现造成进给系统故障的主要原因为润滑不足（该加工中心采用手动加注油脂的润滑方式），所以预防性检查和维护十分必要。以下是针对该机床进给系统制定的专业点检项目：

① 检查导轨滑块润滑情况（视情况加润滑脂）；

② 检查滑动阻力是否过大；

③ 检查导轨滑块刮屑器是否正常；

④ 检查导轨定位面是否能塞进0.02 mm塞片；