基于元動作的數控機床裝配可靠性控制技術

張 清

（威海市職業中等專業學校，山東威海 264213）

0 引言

隨著科學技術的發展和互聯網技術的應用，通過計算機和自動化控制的數控機床已經成為現代制造業中最基礎的裝備，并日益向著高精度化、高智能化和網絡化等趨勢發展。我國的數控機床技術雖然有了相對明顯的進步，但是相比國際先進水平仍有較大差距，國產機床的故障率明顯較高，國外機床的性能和可靠性遠遠高于國內機床。因此要對數控機床的可靠性尤其是數控機床裝配的可靠性進行重點研究，通過提高零部件的質量，加強基于元動作數控機床裝配可靠性控制技術的研究，為我國數控機床的快速發展提供新動力，提高我國數控機床的國際、國內市場競爭力。

1 數控機床裝配可靠性內涵分析

1.1 數控機床可靠性定義

所謂數控機床的可靠性是數控機床在規定時間和條件下完成或保持相關的規定工作的能力和性能。數控機床的可靠性不僅與各個部件的可靠性有直接關聯，更與數控機床裝配的可靠性密切相關，裝配可靠性是數控機床可靠性中最為關鍵的環節。數控機床的可靠性無法用儀表測量，必須對數控機床在各個生產階段的相關性能進行試驗、分析和研究，得出數控機床可靠性研究的正確資料。數控機床的可靠性研究涉及廣泛，包括設計方案和安裝使用、維護維修及修復報廢等整個生產和使用過程。

1.2 數控機床可靠性控制特點

具體表現在以下3 種：①數控機床具有很高的加工精度和加工質量，能夠準確且快速地加工出各種形狀復雜且品種繁多的產品零件；②機床自動化程度高，提高了生產效率，同時大大減輕工作人員的勞動強度，節省勞動時間；③數控機床可以一次性完成多種復雜的孔型和淺拉伸成型加工，通過簡單的模具組合進行加工，節省模具費用，縮小產品生產成本，提高了產品加工范圍和加工能力。數控機床的可靠性評價有4個指標，即精度保持時間、平均無故障間隔時間、固有可用度及平均修復時間。

1.3 數控機床裝配的可靠性

數控機床裝配是數控機床工作的重要環節，指按照技術要求將產品的零件或部件進行組合和結合使其成為產品的過程，包括部件裝配和總裝配。數控機床裝配的可靠性主要表現在按產品裝配的工藝原理和技術要求，正確選擇裝配工藝方法，確定裝配的組織形式，擬定裝配工藝過程，對生產過程中出現的問題及時解決并提出合理化建議，合理安排裝配順序和工序，提高裝配勞動效率并縮短裝配周期。同時降低裝配生產的成本，并保證經過裝配、調整、檢驗、涂裝、包裝過的產品符合質量要求。對數控機床的可靠性需要深刻了解，因為裝配可靠性是數控機床可靠性中最為關鍵和重要的環節，關系著機械制造業產品質量的好壞。

2 元動作和數控機床可靠性

2.1 元動作和元動作裝配

將數控機床進行結構化分解，包括譜系、功能、運動和動作4 個層次概念，其中結構關系相對較獨立且能夠完成一定動作目的、不能再分解的動作單元是元動作。元動作是機床運動系統中最小的動作單元，是影響機床正常運行和機床性能最重要的因素。數控機床整體的可靠性就是依靠每個元動作的可靠性來支撐，多個元動作進行作用從而實現了零部件的不同運動。

元動作的構成要素包括執行件、支撐件和緊固件、中間件和動力源4 個部分。元動作裝配指進行數控機床裝配時最小的動作單元，元動作的構成通過正確的元動作裝配來實現，保障數控機床復雜的運行過程能夠順利進行。元動作分為轉動和移動兩種運動方式，前者包括數控機床的主軸、齒輪和電機的轉動等；后者指數控機床零件進行的直線運動，比如油缸活塞移動等。兩種運動方式的原理不盡相同，必須根據具體運動方式進行合理的分析和研究。

2.2 基于元動作可靠性裝配技術和裝配工藝提取

基于元動作可靠性裝配技術和裝配工藝是從產品PFMA 結構化分解出發進行研究，相較傳統裝配工藝，以可靠性控制為側重點，其根本目的是為了預防和減少故障，進一步提高產品的可靠性，編制的方法也較為復雜。基于元動作可靠性裝配技術包括以下幾個步驟：①根據PEMA 結構化進行產品結構化分解從而得出基本元動作裝配單元；②對每一個元動作或元動作裝配單元進行故障分析，找出故障原因和解決方法；③研究出數控機床裝配的可靠性控制點和控制措施，進一步提高可靠性驅動裝配工藝。

3 基于元動作的數控機床裝配故障分析與控制

3.1 基于元動作裝配故障模式分析

數控機床的故障原因主要包括設計、裝配、使用和外購件問題，其中裝配故障占總故障的45%以上，可以說是數控機床故障的最大問題，嚴重影響了數控機床裝配的可靠性。元動作裝配故障主要包括元動作裝配故障和元動作結構故障2 種。從故障統計的數據來看，占整機故障比例最多的是自動換刀系統故障，占總故障的20%以上；其次是數控轉臺故障和托盤交換架故障，分別占17%和11%，以上這3 大系統故障是加工中心可靠性保障的薄弱環節，在數控機床維修和保養實際工作中應予以重視。

3.2 基于元動作裝配故障維修與控制

首先需要確定故障的部位，利用主次圖法來確定是否為關鍵部位故障，若是則對數控機床正常運行影響較大，應該重點維修。對于關鍵故障應該利用灰色聚類分析法進行聚類分析，找出合理的元動作裝配單元故障的維修方法。針對非關鍵故障要根據故障次數、時間和造成的損失危害程度等統一進行統計和計量，對于故障次數頻繁且造成損失較大的重點維修或提前進行干預和預防，其他故障可視情況進行故障后維修。

4 基于元動作的裝配可靠性控制技術

4.1 裝配可靠性監控系統

裝配在現代化制造業中的比例占到30%以上，但是現在很多企業尤其是一些中小企業還在沿用傳統的裝配模式，使得裝配可靠性無法及時得到保障。傳統的裝配模式以人工記錄為主，無法保障數據的真實性并有效保存，使得數控裝配的消息傳遞不及時，不利于及時發現和解決裝配中出現的各種問題。同時沒有對記錄數據有效利用，浪費資源又加大裝配生產成本。因此，需要進行裝配可靠性監控系統的研究，利用現代信息化技術管理和采集所有裝配信息，及時進行信息的共享和反饋，建立裝配監控數據平臺。

4.2 裝配現場可靠性監控流程

裝配現場可靠性監控流程的建立可以真正提高元動作裝配的可靠性：①為裝配工藝創建裝配進度和可靠性卡，對裝配進度和可靠性進行監督管理；②為關鍵裝配工藝添加特殊工藝可靠性檢驗記錄卡，對于關鍵裝配工藝進行重點分析和研究；③對ERP 或者手工創建的指令進行接收并創建可靠性和進度跟蹤卡，并根據生產訂單下達生產指令；④將本批次生產中使用的零部件和待裝材料配套入庫，并建立生產批次配套表；⑤根據配套表領料生產，生產后填寫可靠性控制表格并簽字；⑥最后檢驗人員檢查裝配工序，不合格的裝配建立拒收單。裝配現場可靠性監控流程是一個完整的整體，共同實現了基于元動作裝配的可靠性。

4.3 裝配可靠性監控系統功能設計模塊

（1）可靠性數據采集模塊，將文字進行信息編碼成為數字或符號，通過圖形編碼、自動識別儀和人工識別對相關信息進行識別并分析處理。可靠性數據流程為，首先掃描產品的條形碼，檢看產品是否有缺陷，如無缺陷則確認操作碼，如有缺陷則將其放入維修區維修。

（2）可靠性數據管理模塊，對采集和經過分析處理的數據進行管理的過程，包括匯總、存檔、調用及維護等，該模塊是裝配可靠性監控系統最重要的組成部分，其中數據的存儲和組織具有多線索和時序性。

（3）可靠性分析與控制模塊，在監控和預測的基礎上，對于數控機床裝配的數據進行評價和控制的過程，找出影響裝配可靠性的因素從而加以解決。

（4）系統管理模塊，對裝配可靠性的信息進行發布從而保障信息的準確和真實，對于用戶信息、密碼信息和一些其他相關信息進行管理，對于數控機床的裝配設施進行有效的參數設置等。

5 總結

基于元動作的數控機床裝配可靠性控制技術可以大大提高數控機床裝配的可靠性，從而極大提升數控機床裝配的工作效率，提高現代化制造業的制造水平。但是數控機床裝配的可靠性內容廣泛，需要從元動作和元動作裝配的定義出發，找出數控機床裝配故障問題，并從建立數控機床監控系統的角度來獲得裝配可靠性提升的辦法。