張 清

（威海市職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東威海 264213）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，通過計算機(jī)和自動化控制的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中最基礎(chǔ)的裝備，并日益向著高精度化、高智能化和網(wǎng)絡(luò)化等趨勢發(fā)展。我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)雖然有了相對明顯的進(jìn)步，但是相比國際先進(jìn)水平仍有較大差距，國產(chǎn)機(jī)床的故障率明顯較高，國外機(jī)床的性能和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)機(jī)床。因此要對數(shù)控機(jī)床的可靠性尤其是數(shù)控機(jī)床裝配的可靠性進(jìn)行重點(diǎn)研究，通過提高零部件的質(zhì)量，加強(qiáng)基于元動作數(shù)控機(jī)床裝配可靠性控制技術(shù)的研究，為我國數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展提供新動力，提高我國數(shù)控機(jī)床的國際、國內(nèi)市場競爭力。

1 數(shù)控機(jī)床裝配可靠性內(nèi)涵分析

1.1 數(shù)控機(jī)床可靠性定義

所謂數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床在規(guī)定時間和條件下完成或保持相關(guān)的規(guī)定工作的能力和性能。數(shù)控機(jī)床的可靠性不僅與各個部件的可靠性有直接關(guān)聯(lián)，更與數(shù)控機(jī)床裝配的可靠性密切相關(guān)，裝配可靠性是數(shù)控機(jī)床可靠性中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的可靠性無法用儀表測量，必須對數(shù)控機(jī)床在各個生產(chǎn)階段的相關(guān)性能進(jìn)行試驗(yàn)、分析和研究，得出數(shù)控機(jī)床可靠性研究的正確資料。數(shù)控機(jī)床的可靠性研究涉及廣泛，包括設(shè)計方案和安裝使用、維護(hù)維修及修復(fù)報廢等整個生產(chǎn)和使用過程。

1.2 數(shù)控機(jī)床可靠性控制特點(diǎn)

具體表現(xiàn)在以下3 種：①數(shù)控機(jī)床具有很高的加工精度和加工質(zhì)量，能夠準(zhǔn)確且快速地加工出各種形狀復(fù)雜且品種繁多的產(chǎn)品零件；②機(jī)床自動化程度高，提高了生產(chǎn)效率，同時大大減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動時間；③數(shù)控機(jī)床可以一次性完成多種復(fù)雜的孔型和淺拉伸成型加工，通過簡單的模具組合進(jìn)行加工，節(jié)省模具費(fèi)用，縮小產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品加工范圍和加工能力。數(shù)控機(jī)床的可靠性評價有4個指標(biāo)，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(fù)時間。

1.3 數(shù)控機(jī)床裝配的可靠性

數(shù)控機(jī)床裝配是數(shù)控機(jī)床工作的重要環(huán)節(jié)，指按照技術(shù)要求將產(chǎn)品的零件或部件進(jìn)行組合和結(jié)合使其成為產(chǎn)品的過程，包括部件裝配和總裝配。數(shù)控機(jī)床裝配的可靠性主要表現(xiàn)在按產(chǎn)品裝配的工藝原理和技術(shù)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(chǎn)過程中出現(xiàn)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(chǎn)的成本，并保證經(jīng)過裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、涂裝、包裝過的產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。對數(shù)控機(jī)床的可靠性需要深刻了解，因?yàn)檠b配可靠性是數(shù)控機(jī)床可靠性中最為關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系著機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。

2 元動作和數(shù)控機(jī)床可靠性

2.1 元動作和元動作裝配

將數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解，包括譜系、功能、運(yùn)動和動作4 個層次概念，其中結(jié)構(gòu)關(guān)系相對較獨(dú)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(jī)床運(yùn)動系統(tǒng)中最小的動作單元，是影響機(jī)床正常運(yùn)行和機(jī)床性能最重要的因素。數(shù)控機(jī)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(jìn)行作用從而實(shí)現(xiàn)了零部件的不同運(yùn)動。

元動作的構(gòu)成要素包括執(zhí)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(jìn)行數(shù)控機(jī)床裝配時最小的動作單元，元動作的構(gòu)成通過正確的元動作裝配來實(shí)現(xiàn)，保障數(shù)控機(jī)床復(fù)雜的運(yùn)行過程能夠順利進(jìn)行。元動作分為轉(zhuǎn)動和移動兩種運(yùn)動方式，前者包括數(shù)控機(jī)床的主軸、齒輪和電機(jī)的轉(zhuǎn)動等；后者指數(shù)控機(jī)床零件進(jìn)行的直線運(yùn)動，比如油缸活塞移動等。兩種運(yùn)動方式的原理不盡相同，必須根據(jù)具體運(yùn)動方式進(jìn)行合理的分析和研究。

2.2 基于元動作可靠性裝配技術(shù)和裝配工藝提取

基于元動作可靠性裝配技術(shù)和裝配工藝是從產(chǎn)品PFMA 結(jié)構(gòu)化分解出發(fā)進(jìn)行研究，相較傳統(tǒng)裝配工藝，以可靠性控制為側(cè)重點(diǎn)，其根本目的是為了預(yù)防和減少故障，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性，編制的方法也較為復(fù)雜。基于元動作可靠性裝配技術(shù)包括以下幾個步驟：①根據(jù)PEMA 結(jié)構(gòu)化進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jìn)行故障分析，找出故障原因和解決方法；③研究出數(shù)控機(jī)床裝配的可靠性控制點(diǎn)和控制措施，進(jìn)一步提高可靠性驅(qū)動裝配工藝。

3 基于元動作的數(shù)控機(jī)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(shù)控機(jī)床的故障原因主要包括設(shè)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(shù)控機(jī)床故障的最大問題，嚴(yán)重影響了數(shù)控機(jī)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(jié)構(gòu)故障2 種。從故障統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，占整機(jī)故障比例最多的是自動換刀系統(tǒng)故障，占總故障的20%以上；其次是數(shù)控轉(zhuǎn)臺故障和托盤交換架故障，分別占17%和11%，以上這3 大系統(tǒng)故障是加工中心可靠性保障的薄弱環(huán)節(jié)，在數(shù)控機(jī)床維修和保養(yǎng)實(shí)際工作中應(yīng)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(guān)鍵部位故障，若是則對數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行影響較大，應(yīng)該重點(diǎn)維修。對于關(guān)鍵故障應(yīng)該利用灰色聚類分析法進(jìn)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(guān)鍵故障要根據(jù)故障次數(shù)、時間和造成的損失危害程度等統(tǒng)一進(jìn)行統(tǒng)計和計量，對于故障次數(shù)頻繁且造成損失較大的重點(diǎn)維修或提前進(jìn)行干預(yù)和預(yù)防，其他故障可視情況進(jìn)行故障后維修。

4 基于元動作的裝配可靠性控制技術(shù)

4.1 裝配可靠性監(jiān)控系統(tǒng)

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

4.2 裝配現(xiàn)場可靠性監(jiān)控流程

裝配現(xiàn)場可靠性監(jiān)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(chuàng)建裝配進(jìn)度和可靠性卡，對裝配進(jìn)度和可靠性進(jìn)行監(jiān)督管理；②為關(guān)鍵裝配工藝添加特殊工藝可靠性檢驗(yàn)記錄卡，對于關(guān)鍵裝配工藝進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究；③對ERP 或者手工創(chuàng)建的指令進(jìn)行接收并創(chuàng)建可靠性和進(jìn)度跟蹤卡，并根據(jù)生產(chǎn)訂單下達(dá)生產(chǎn)指令；④將本批次生產(chǎn)中使用的零部件和待裝材料配套入庫，并建立生產(chǎn)批次配套表；⑤根據(jù)配套表領(lǐng)料生產(chǎn)，生產(chǎn)后填寫可靠性控制表格并簽字；⑥最后檢驗(yàn)人員檢查裝配工序，不合格的裝配建立拒收單。裝配現(xiàn)場可靠性監(jiān)控流程是一個完整的整體，共同實(shí)現(xiàn)了基于元動作裝配的可靠性。

4.3 裝配可靠性監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計模塊

（1）可靠性數(shù)據(jù)采集模塊，將文字進(jìn)行信息編碼成為數(shù)字或符號，通過圖形編碼、自動識別儀和人工識別對相關(guān)信息進(jìn)行識別并分析處理?？煽啃詳?shù)據(jù)流程為，首先掃描產(chǎn)品的條形碼，檢看產(chǎn)品是否有缺陷，如無缺陷則確認(rèn)操作碼，如有缺陷則將其放入維修區(qū)維修。

（2）可靠性數(shù)據(jù)管理模塊，對采集和經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的過程，包括匯總、存檔、調(diào)用及維護(hù)等，該模塊是裝配可靠性監(jiān)控系統(tǒng)最重要的組成部分，其中數(shù)據(jù)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(jiān)控和預(yù)測的基礎(chǔ)上，對于數(shù)控機(jī)床裝配的數(shù)據(jù)進(jìn)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(tǒng)管理模塊，對裝配可靠性的信息進(jìn)行發(fā)布從而保障信息的準(zhǔn)確和真實(shí)，對于用戶信息、密碼信息和一些其他相關(guān)信息進(jìn)行管理，對于數(shù)控機(jī)床的裝配設(shè)施進(jìn)行有效的參數(shù)設(shè)置等。

5 總結(jié)

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