發(fā)動機(jī)廠數(shù)控加工中心維修策略探討
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無法正常使用！引言目前，精工加工中心在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在汽車發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。由于汽車發(fā)動機(jī)具有加工精度高的特點(diǎn)，且隨著近幾年汽車在中國市場的逐漸普及，發(fā)動機(jī)制造逐漸向高精度、高效率、高自動化、高柔性化的方向發(fā)展。目前，國內(nèi)大部分汽車發(fā)動機(jī)廠的精工加工中心主要以歐美等進(jìn)口設(shè)備的采購為主。雖然國外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)為企業(yè)帶來了活力，提高了加工的節(jié)拍和效率，但與此同時，企業(yè)在精工加工中心的管理、使用和維護(hù)等環(huán)節(jié)仍存在不少亟待解決的問題，主要表現(xiàn)在設(shè)備使用率偏低、故障率高且維修時間和材料成本偏高，從而導(dǎo)致企業(yè)的制造和運(yùn)營成本較高。1精工加工中心故障趨勢很多企業(yè)在對精工加工中心進(jìn)行管理和維護(hù)時，仍然秉持的是“浴盆曲線”的觀點(diǎn)[1]。浴盆曲線是指產(chǎn)品從投入到報廢為止的整個壽命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)一定規(guī)律。浴盆曲線的形狀呈兩頭高、中間低，可劃分為三個明顯階段：初期故障期、偶發(fā)故障期、磨損故障期，如圖1所示。然而，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，現(xiàn)代加工設(shè)備符合圖1所示曲線的概率并不高，以某單位的兩種品牌精工加工中心為例，故障率均呈現(xiàn)明顯波動（如圖2所示。此處故障率是指設(shè)備維修時間除以設(shè)備計劃工作時間。由于加工中心數(shù)量較多，此故障率為每月設(shè)備平均故障率）。在設(shè)備初期調(diào)試階段，故障率的確高于生命周期的平均故障率，但到了設(shè)備中期，故障率波動較為明顯。同時，兩種品牌的加工中心為了消除維修人員技能等方面的影響因素，根據(jù)兩種品牌加工中心的故障次數(shù)進(jìn)行了類似統(tǒng)計(如圖3所示。由于加工中心數(shù)量較多，此故障次數(shù)為每小時設(shè)備平均故障次數(shù)）■:■缸遍加工中心故嫌次數(shù)由圖2和圖3可見，設(shè)備故障次數(shù)圍繞故障率呈現(xiàn)一致的波動狀態(tài),:，由于加工中心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，牽涉到液壓、氣動、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電控等多方面因素，所以故障特征與傳統(tǒng)設(shè)備完全不同，“浴盆曲線”原理已經(jīng)難以適用于現(xiàn)代加工設(shè)備。從上述分析大致得知兩點(diǎn)：一是加工中心在氣溫分別較高和較低的夏季和冬季，或者濕度較大的情況下，故障率較高；二是設(shè)備在長時間停機(jī)后開機(jī)，故障率較高，并且當(dāng)設(shè)備是單班生產(chǎn)時，故障率要高于兩班和三班生產(chǎn)模式。綜上，傳統(tǒng)設(shè)備維修管理理論對于類似于精工加工中心的先進(jìn)制造設(shè)備已具有明顯的局限性。如何在傳統(tǒng)維修理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展和創(chuàng)新，將是很多制造企業(yè)迫切需要解決的一大難題。2精工加工中心結(jié)構(gòu)及故障特點(diǎn)精工加工中心是集機(jī)、電、液壓、氣動為一體的設(shè)備，其核心就是精工技術(shù),:，目前加工中心已基本使用計算機(jī)精工技術(shù)（CNC技術(shù)），一次裝夾就能夠?qū)崿F(xiàn)加工出較復(fù)雜的零件，并且在加工余量大的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度（0.001 mm)。由于數(shù)控加工中心的柔性化程度高，所以其故障也呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)。以缸蓋一線加工中心的故障歷史數(shù)據(jù)為例，將該加工中心的部件系統(tǒng)分為以下11類[2』：(1) 冷卻系統(tǒng)：，水泵、水管及附帶的壓力、流量、溫度信號；(2) 潤滑系統(tǒng)：集中潤滑總成，包含潤滑電機(jī)、油箱、密封、過濾器等；(3 >排屑系統(tǒng)：將加工中心內(nèi)的鐵屑或鋁屑排出的系統(tǒng)，包括排屑鏈、排屑電機(jī)、掛屑器、排液泵等：(4.)電器系統(tǒng)：包含接觸器、熔斷器、繼電器、按鈕、連接線纜等裝置，同時也包括邏輯可編程控制器（PLC)、輸入輸出裝置（I/O')、屏幕(:OP)、操作面板（MCP)等；(1) 伺服系統(tǒng)：用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，包含伺服電機(jī)、編碼器、變頻器、中央控制單元、驅(qū)動控制模塊等；(2) 主軸系統(tǒng)：主要指電主軸及相關(guān)附件；(7>液壓系統(tǒng)：包含動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油五大部分，主要部件為液壓泵、油缸、閥、油溫油位計等；(8) 氣動系統(tǒng)：通過以壓縮空氣為工作介質(zhì)傳遞動力或信號的方式提供動力的系統(tǒng)；(9) 刀庫系統(tǒng)：這里主要指盤式刀庫及其相關(guān)附件；(10) 進(jìn)給系統(tǒng)：X、Y、Z軸進(jìn)給系統(tǒng)及相關(guān)部件，包括導(dǎo)軌、滑塊'絲桿等；(11) 機(jī)械附件：包含夾具、聯(lián)動板、防護(hù)板等機(jī)械部件。根據(jù)上述分類，對2010年?2016年的歷史故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總和分析，如圖4所示。其中故障平均維修時間為故障維修總時間除以故障次數(shù)?？梢钥闯觯凑掌骄S修時間排序，維修時間最長的四個系統(tǒng)依次為主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)。目前，很多制造企業(yè)采用OEE (OverallEquipment Effectiveness)作為考核設(shè)備開工率的指標(biāo)。OEE是一個獨(dú)立的測量工具，它用來表現(xiàn)實際生產(chǎn)能力相對于計劃產(chǎn)能的比率，其中設(shè)備故障及磨損是影響實際生產(chǎn)能力的重要因素。所以降低設(shè)備故障率和減少設(shè)備停機(jī)時間對于提升企業(yè)生產(chǎn)能九、-J要的33精工加工中心維修工具及方法目前，設(shè)備搶修（應(yīng)急維修）已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足.現(xiàn)代企業(yè)的要求。隨著科技的進(jìn)步，維修理論也經(jīng)歷了由應(yīng)急維修和定期性預(yù)防維修，到以可靠性為中心的維修（RCM)和基于狀態(tài)的維修（CBM)的轉(zhuǎn)變，維修方法及工具也逐漸豐富。以某發(fā)動機(jī)廠為例，除應(yīng)急維修外，整個維修體系包含了日常設(shè)備巡檢、設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢、月度保養(yǎng)（TPM)、年度保養(yǎng)和重大及.重復(fù)性故障分析等，如圖5和圖6所示。主軸系統(tǒng)故障、進(jìn)給系統(tǒng)故障、刀庫系統(tǒng)故障及排屑系統(tǒng)故障是該精工加工中心維修時間最長的四個部件，針對這些易造成重大故障的部件（本文定義維修時間超過240 min為重大故障），制定了設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢體系，結(jié)合狀態(tài)維修理念進(jìn)行設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)。U)電主軸。電主軸是將變頻電機(jī)與加工中心主軸合二為一的主軸，屬于集成式的主軸單元，實現(xiàn)了加工中心的“零傳動”，具有轉(zhuǎn)速高、功率大的特點(diǎn)。本文例舉的缸蓋加工中心采用的是最高轉(zhuǎn)速達(dá)24 000r/min的電主軸，實現(xiàn)了高速和精密切屑的要求。由于電主軸價值昂貴（達(dá)20余萬元），更換時間長且過程復(fù)雜，所以對電主軸進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)十分必要。?SHAPE ?\* MERGEFORMAT 設(shè)備巡檢記錄卡（機(jī)械） :今卻液系統(tǒng)壓力是S正簞 圖5設(shè)備巡檢記錄卡 序號 設(shè)備工 序 工位 TPM項目內(nèi)容 工具與工裝夾具備件等的準(zhǔn)備 C可選） 人 數(shù) 工時 總工 時 計劃實 施時間 實施人 實施情況 實施人簽名/日期 驗收 通過 驗收 不通過 備注 1 AF10/20 1#、3# 、5# 刀塔送料抓手水平校準(zhǔn) 2 AF10/20 1#、3#、5# 刀塔與Z油平行度校準(zhǔn) 3 AF10/20 所有 PMM0T機(jī)械手抓手if栓檢查緊固 4 AF50 所有 PR0M0T機(jī)械手抓手螻栓檢查緊固 5 AF60 1* 輸送鏈46#、48#*t板整形 6 AF60 所有 氣路參入拋光油，蔫除并查找原因 7 AF60 所有 冷卻油過逋芯檢查更換 8 AF70 所有 輸送架托盤下料位S調(diào)整（E用扎帶標(biāo)記），1電工配臺 9 AF90 所有 感應(yīng)頭校準(zhǔn) 圖6 TPMi十劃與 電主軸的常見故障主要有軸承損傷、刀具夾爪損傷、拉刀夾緊力下降和一些電氣故障（如線圈燒壞、傳感器損壞等），針對上述故障，制定針對主軸的專業(yè)點(diǎn)檢項目：① 測量主軸徑向跳動及不平衡量；② 測量主軸放松時端面伸出量，對不符合要求的進(jìn)行調(diào)整；③ 測量主軸握刀夾緊力，對不符合要求的進(jìn)行調(diào)整；④ 檢查HSK夾頭磨損情況，對磨損夾頭進(jìn)行更換；⑤ 高壓切削液有無泄漏（管路和旋轉(zhuǎn)接頭> ;⑥ 檢查主軸夾頭與刀柄密封圈有無磨損，視情況更換。(2) 進(jìn)給系統(tǒng)。本文例舉的精工加工中心采用直線電機(jī)、導(dǎo)軌滑塊和光柵尺作為進(jìn)給系統(tǒng)的組成部分。對于上述部件構(gòu)成的進(jìn)給系統(tǒng)，同樣面臨著更換時間長、更換過程復(fù)雜的情況，并且由于精工機(jī)床伺服系統(tǒng)實現(xiàn)了對機(jī)械運(yùn)動的實時監(jiān)控，所以當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)報警時，現(xiàn)象往往不明顯，報警內(nèi)容的指向性不是很強(qiáng)，需要維修人員進(jìn)行一系列分析后，方能確定具體的故障原因或損壞部件，所以診斷時間也較長。分析該精工加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的歷史維修數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)造成進(jìn)給系統(tǒng)故障的主要原因為潤滑不足（該加工中心采用手動加注油脂的潤滑方式.所以預(yù)防性檢查和維護(hù)十分必要。以下是針對該加工中心進(jìn)給系統(tǒng)制定的專業(yè)點(diǎn)檢項目：① 檢查導(dǎo)軌滑塊潤滑情況（視情況加潤滑脂）；② 檢查滑動阻力是否過大；③ 檢查導(dǎo)軌滑塊刮屑器是否正常；④ 檢查導(dǎo)軌定位面是否能塞進(jìn)0.02 mm塞片；⑤ 檢查光柵尺氣密0.4?0.7 bar,檢查氣管是否出氣；⑥ 檢查光柵尺讀頭與尺身的間隙；⑦ 檢查緩沖器有無損壞（視情況更換）；⑧ 測量加工中心精度。(3) 刀庫系統(tǒng)。精工加工中心刀庫系統(tǒng)的工作原理是由伺服電機(jī)配合減速箱對盤式刀庫進(jìn)行驅(qū)動，該刀庫具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但是頻繁的抓放刀過程也容易造成刀庫卡爪及刀盤變形。針對上述問題，需要對刀庫進(jìn)行定期檢查'避免刀庫故障造成的生產(chǎn)損失。以下是針對刀庫系統(tǒng)的專業(yè)點(diǎn)檢項目：① 檢查刀盤是否有晃動，減速箱工作是否正常；② 檢查刀爪、彈簧和刀具限位機(jī)構(gòu)；③ 檢查主軸在刀庫上的抓放刀位置是否準(zhǔn)確。(4) 排屑系統(tǒng)。排屑系統(tǒng)是用于對加工過程中產(chǎn)生的鋁屑進(jìn)行清理，避免鋁屑在加工中心內(nèi)部堆積；由于排屑鏈的鏈條較長，一旦發(fā)生排屑鏈堵轉(zhuǎn)或者排屑鏈斷裂，維修時間將大幅度增加。為了避免類似情況的發(fā)生，定期檢查排屑鏈的松緊及磨損情況就十分必要。在確定對關(guān)鍵部件的檢查項目后，就要對檢查周期進(jìn)行合理安排。合理的檢查周期不僅能夠?qū)崿F(xiàn)將故障消滅在萌芽狀態(tài)，以降低故障率，而且可以避免預(yù)防性維修頻次過高造成的人力及材料費(fèi)用的浪費(fèi)。按照供應(yīng)商提供的資料，加工中心進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫及排屑系統(tǒng)的建議保養(yǎng)周期為一年一次，電主軸的保養(yǎng)項目中更換主軸密封件的要求頻次最高，為一季度一次（以上周期都是在每天8小時工作制基礎(chǔ)上制定的）。結(jié)合生產(chǎn)中實際的歷史故障頻次及數(shù)據(jù)(如表1所示決定將檢查周期進(jìn)行一定調(diào)整。 表1 2010年〃 -2013年單臺故障次數(shù)累計 系統(tǒng)名稱 故障次數(shù) 主軸系統(tǒng) 5.6 進(jìn)給系統(tǒng) 6.5 刀庫系統(tǒng) 3.7 排屑系統(tǒng) 3.9 從表1可以計算出，主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)及排屑系統(tǒng)平均每年單臺故障次數(shù)分別為1.4次、1.6次、0.92次、0.97次，綜合供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，決定將以上四大系統(tǒng)的專業(yè)點(diǎn)檢周期設(shè)定為一季度一次、半年一次、一年一次、一年一次。通過曰常巡檢、月度保養(yǎng)（TPM)、年度保養(yǎng)結(jié)合設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢的預(yù)防性保養(yǎng)體系，降低了加工中心的故障率，四大系統(tǒng)的平均每年單臺故障次數(shù)下降至0.75次、0.65次、0.47次、0.49次，提升了設(shè)備開工率。4基于狀態(tài)的維修（CBM )在加工中心的應(yīng)用基于狀態(tài)的維修（CBM)是一種全新的設(shè)備維護(hù)方式，主張基于設(shè)備狀態(tài)檢測信息采取相應(yīng)維護(hù)措施。它的產(chǎn)生是基于傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，核心思想是在有證據(jù)表明故障將要發(fā)生時才對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，目的是準(zhǔn)確地檢測和判斷設(shè)備運(yùn)行中所處狀態(tài)以及環(huán)境條件，利用這些信息對設(shè)備預(yù)期的可使用壽命進(jìn)行預(yù)測，有針對性地制定設(shè)備維護(hù)計劃[4]。目前，國內(nèi)外較為典型的狀態(tài)監(jiān)測方式主要有離線定期監(jiān)測、在線監(jiān)測離線分析的監(jiān)測、在線監(jiān)測。對于泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)類運(yùn)動設(shè)備，主要有以下四個方面的監(jiān)測診斷工作[5]:(1) 振動監(jiān)測振動可以敏銳地發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)或往復(fù)機(jī)械異常指標(biāo)和故障，通過對振動信號的采樣和數(shù)據(jù)處理，就可以把握機(jī)器的劣化程度和異?，F(xiàn)象，使機(jī)器和零部件的壽命得以******限度使用，并且分清故障性質(zhì)，方便地決定維修時間和范圍，延長了檢修周期，確保機(jī)器正常運(yùn)行。振動診斷主要有簡易診斷和精密診斷兩種模式。作為設(shè)備診斷技術(shù)中*********的技術(shù)，振動監(jiān)測已在生產(chǎn)現(xiàn)場廣為應(yīng)用，是目前最常用的診斷手段，主要用于對運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的水平、垂直、軸向振動進(jìn)行定量測量，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障。目前對取得的振動信號的分析方法有“頻譜”、“到頻譜”、“振動加速度包絡(luò)”等。振動測量是最有效判斷運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)的方法之一。(2) 溫度監(jiān)測在工業(yè)生產(chǎn)中，“溫度”這一參數(shù)約占測量總量的50%左右。因此，設(shè)備或生產(chǎn)過程的溫度（或稱熱狀態(tài)）監(jiān)測是設(shè)備診斷技術(shù)的一個重要部分。利用溫度監(jiān)測，可以迅速準(zhǔn)確找出設(shè)備的過熱故障點(diǎn)，提供機(jī)械設(shè)備預(yù)知維修的有關(guān)信息，并在產(chǎn)品檢驗、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮顯著作用，是開展設(shè)備診斷工作的一個重點(diǎn)項目。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外測溫儀器大量應(yīng)用于溫度監(jiān)測診斷設(shè)備故障領(lǐng)域中。紅外測溫技術(shù)是溫度監(jiān)測工作的一個專門技術(shù)領(lǐng)域，它在生產(chǎn)實踐中不斷發(fā)展而日趨完善，逐漸滲透到工業(yè)各部門中。這種技術(shù)在許多領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)成為不可替代的工具，正在由一種現(xiàn)代化的測溫技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較為全面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的實用方法。(3) 電流（功率）監(jiān)測電流或功率監(jiān)測對電機(jī)起到運(yùn)行監(jiān)護(hù)的作用，在生產(chǎn)中廣為運(yùn)用，是保護(hù)電機(jī)的重要手段，也是對電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的重要遠(yuǎn)傳參數(shù)之一。主要儀表為電流表、功率表、電壓表等。(4) 壓力監(jiān)測在化工生產(chǎn)中，整個系統(tǒng)的壓力是非常重要的。反應(yīng)和輸送過程中壓力的控的好壞不僅涉及經(jīng)濟(jì)性，更重要的是安全問題。它也是國家在設(shè)計規(guī)范和安全附屬設(shè)施中要求定期檢測的項目。主要儀表有現(xiàn)場儀表和遠(yuǎn)傳儀表。隨著精工加工中心朝著自動化和智能化的方向發(fā)展，加工中心自帶的在線監(jiān)測設(shè)備也越來越多，為了豐富設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的工具和方法，專業(yè)的離線狀態(tài)監(jiān)測工具正逐步在加工中心現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用。以本文提到的加工中心為例，測力計、振動分析儀、示波器、球桿儀、編碼器檢測儀、Profibus網(wǎng)絡(luò)診斷器及 表2監(jiān)測工具的使用 名稱 用途 應(yīng)用區(qū)域 測力計 測量主軸夾緊力 電主軸 振動分析儀 檢測設(shè)備振動情況及趨勢 電主軸、馬達(dá)、泵 示波器 檢測電網(wǎng)及用電設(shè)備的輸電穩(wěn)定性 用電設(shè)備 球桿儀 測量加工中心精度 導(dǎo)軌、滑塊、絲桿等 編碼器檢測儀 檢測編碼器信號 旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵 Profibus網(wǎng)絡(luò)診 檢測Profibus通信網(wǎng) Profibus的主從站通訊 斷器 絡(luò) 便攜式動平衡機(jī) 檢測轉(zhuǎn)子的不平衡量 主要用于電主軸 便攜式動平衡機(jī)等已經(jīng)開始投入使用，如表2所示。其中測力計和震動分析儀實物圖如圖7所示。結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測工具，在關(guān)鍵部件的專業(yè)點(diǎn)檢過程中實現(xiàn)了精確化診斷和狀態(tài)趨勢預(yù)測，發(fā)現(xiàn)了很多常規(guī)手段難以察覺的故障隱患，對設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)實現(xiàn)了助力和提升，并對備件的預(yù)防性更換周期和設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢周期進(jìn)行了優(yōu)化和微調(diào)，在降低設(shè)備故障率的同時，也減少了設(shè)備維護(hù)材料使用量和人工成本，尤其是在對電主軸、導(dǎo)軌滑塊、絲桿、泵等關(guān)鍵部件的預(yù)防性維護(hù)上效果顯著。5結(jié)語目前大多數(shù)企業(yè)采用機(jī)械化的定期設(shè)備保養(yǎng)的方法，相比傳統(tǒng)的以搶修為主的維修思路有了很大提升，但是仍存在“設(shè)備維護(hù)不足”和“設(shè)備維護(hù)過剩”的風(fēng)險，造成設(shè)備、產(chǎn)量損失和成本浪費(fèi)?；跔顟B(tài)的維修理念正逐步發(fā)展，該方法通過狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)診斷等判斷設(shè)備的劣化程度。本文將基于狀態(tài)的維修理念與設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢機(jī)制相結(jié)合，通過狀態(tài)監(jiān)測及診斷優(yōu)化設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢項目、方法及點(diǎn)檢周期。在生產(chǎn)應(yīng)用中，該維修策略起到了降低設(shè)備故障率和提升設(shè)備開工率（OEE)的效果。實踐表明：設(shè)備開工率達(dá)到90%左右，驗證了該維修策略的有效性。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！