基于元动作的数控机床装配可靠性控制技术

张 清

（威海市职业中等专业学校，山东威海 264213）

0 引言

随着科学技术的发展和互联网技术的应用，通过计算机和自动化控制的数控机床已经成为现代制造业中最基础的装备，并日益向着高精度化、高智能化和网络化等趋势发展。我国的数控机床技术虽然有了相对明显的进步，但是相比国际先进水平仍有较大差距，国产机床的故障率明显较高，国外机床的性能和可靠性远远高于国内机床。因此要对数控机床的可靠性尤其是数控机床装配的可靠性进行重点研究，通过提高零部件的质量，加强基于元动作数控机床装配可靠性控制技术的研究，为我国数控机床的快速发展提供新动力，提高我国数控机床的国际、国内市场竞争力。

1 数控机床装配可靠性内涵分析

1.1 数控机床可靠性定义

所谓数控机床的可靠性是数控机床在规定时间和条件下完成或保持相关的规定工作的能力和性能。数控机床的可靠性不仅与各个部件的可靠性有直接关联，更与数控机床装配的可靠性密切相关，装配可靠性是数控机床可靠性中最为关键的环节。数控机床的可靠性无法用仪表测量，必须对数控机床在各个生产阶段的相关性能进行试验、分析和研究，得出数控机床可靠性研究的正确资料。数控机床的可靠性研究涉及广泛，包括设计方案和安装使用、维护维修及修复报废等整个生产和使用过程。

1.2 数控机床可靠性控制特点

具体表现在以下3 种：①数控机床具有很高的加工精度和加工质量，能够准确且快速地加工出各种形状复杂且品种繁多的产品零件；②机床自动化程度高，提高了生产效率，同时大大减轻工作人员的劳动强度，节省劳动时间；③数控机床可以一次性完成多种复杂的孔型和浅拉伸成型加工，通过简单的模具组合进行加工，节省模具费用，缩小产品生产成本，提高了产品加工范围和加工能力。数控机床的可靠性评价有4个指标，即精度保持时间、平均无故障间隔时间、固有可用度及平均修复时间。

1.3 数控机床装配的可靠性

数控机床装配是数控机床工作的重要环节，指按照技术要求将产品的零件或部件进行组合和结合使其成为产品的过程，包括部件装配和总装配。数控机床装配的可靠性主要表现在按产品装配的工艺原理和技术要求，正确选择装配工艺方法，确定装配的组织形式，拟定装配工艺过程，对生产过程中出现的问题及时解决并提出合理化建议，合理安排装配顺序和工序，提高装配劳动效率并缩短装配周期。同时降低装配生产的成本，并保证经过装配、调整、检验、涂装、包装过的产品符合质量要求。对数控机床的可靠性需要深刻了解，因为装配可靠性是数控机床可靠性中最为关键和重要的环节，关系着机械制造业产品质量的好坏。

2 元动作和数控机床可靠性

2.1 元动作和元动作装配

将数控机床进行结构化分解，包括谱系、功能、运动和动作4 个层次概念，其中结构关系相对较独立且能够完成一定动作目的、不能再分解的动作单元是元动作。元动作是机床运动系统中最小的动作单元，是影响机床正常运行和机床性能最重要的因素。数控机床整体的可靠性就是依靠每个元动作的可靠性来支撑，多个元动作进行作用从而实现了零部件的不同运动。

元动作的构成要素包括执行件、支撑件和紧固件、中间件和动力源4 个部分。元动作装配指进行数控机床装配时最小的动作单元，元动作的构成通过正确的元动作装配来实现，保障数控机床复杂的运行过程能够顺利进行。元动作分为转动和移动两种运动方式，前者包括数控机床的主轴、齿轮和电机的转动等；后者指数控机床零件进行的直线运动，比如油缸活塞移动等。两种运动方式的原理不尽相同，必须根据具体运动方式进行合理的分析和研究。

2.2 基于元动作可靠性装配技术和装配工艺提取

基于元动作可靠性装配技术和装配工艺是从产品PFMA 结构化分解出发进行研究，相较传统装配工艺，以可靠性控制为侧重点，其根本目的是为了预防和减少故障，进一步提高产品的可靠性，编制的方法也较为复杂。基于元动作可靠性装配技术包括以下几个步骤：①根据PEMA 结构化进行产品结构化分解从而得出基本元动作装配单元；②对每一个元动作或元动作装配单元进行故障分析，找出故障原因和解决方法；③研究出数控机床装配的可靠性控制点和控制措施，进一步提高可靠性驱动装配工艺。

3 基于元动作的数控机床装配故障分析与控制

3.1 基于元动作装配故障模式分析

数控机床的故障原因主要包括设计、装配、使用和外购件问题，其中装配故障占总故障的45%以上，可以说是数控机床故障的最大问题，严重影响了数控机床装配的可靠性。元动作装配故障主要包括元动作装配故障和元动作结构故障2 种。从故障统计的数据来看，占整机故障比例最多的是自动换刀系统故障，占总故障的20%以上；其次是数控转台故障和托盘交换架故障，分别占17%和11%，以上这3 大系统故障是加工中心可靠性保障的薄弱环节，在数控机床维修和保养实际工作中应予以重视。

3.2 基于元动作装配故障维修与控制

首先需要确定故障的部位，利用主次图法来确定是否为关键部位故障，若是则对数控机床正常运行影响较大，应该重点维修。对于关键故障应该利用灰色聚类分析法进行聚类分析，找出合理的元动作装配单元故障的维修方法。针对非关键故障要根据故障次数、时间和造成的损失危害程度等统一进行统计和计量，对于故障次数频繁且造成损失较大的重点维修或提前进行干预和预防，其他故障可视情况进行故障后维修。

4 基于元动作的装配可靠性控制技术

4.1 装配可靠性监控系统

装配在现代化制造业中的比例占到30%以上，但是现在很多企业尤其是一些中小企业还在沿用传统的装配模式，使得装配可靠性无法及时得到保障。传统的装配模式以人工记录为主，无法保障数据的真实性并有效保存，使得数控装配的消息传递不及时，不利于及时发现和解决装配中出现的各种问题。同时没有对记录数据有效利用，浪费资源又加大装配生产成本。因此，需要进行装配可靠性监控系统的研究，利用现代信息化技术管理和采集所有装配信息，及时进行信息的共享和反馈，建立装配监控数据平台。

4.2 装配现场可靠性监控流程

装配现场可靠性监控流程的建立可以真正提高元动作装配的可靠性：①为装配工艺创建装配进度和可靠性卡，对装配进度和可靠性进行监督管理；②为关键装配工艺添加特殊工艺可靠性检验记录卡，对于关键装配工艺进行重点分析和研究；③对ERP 或者手工创建的指令进行接收并创建可靠性和进度跟踪卡，并根据生产订单下达生产指令；④将本批次生产中使用的零部件和待装材料配套入库，并建立生产批次配套表；⑤根据配套表领料生产，生产后填写可靠性控制表格并签字；⑥最后检验人员检查装配工序，不合格的装配建立拒收单。装配现场可靠性监控流程是一个完整的整体，共同实现了基于元动作装配的可靠性。

4.3 装配可靠性监控系统功能设计模块

（1）可靠性数据采集模块，将文字进行信息编码成为数字或符号，通过图形编码、自动识别仪和人工识别对相关信息进行识别并分析处理。可靠性数据流程为，首先扫描产品的条形码，检看产品是否有缺陷，如无缺陷则确认操作码，如有缺陷则将其放入维修区维修。

（2）可靠性数据管理模块，对采集和经过分析处理的数据进行管理的过程，包括汇总、存档、调用及维护等，该模块是装配可靠性监控系统最重要的组成部分，其中数据的存储和组织具有多线索和时序性。

（3）可靠性分析与控制模块，在监控和预测的基础上，对于数控机床装配的数据进行评价和控制的过程，找出影响装配可靠性的因素从而加以解决。

（4）系统管理模块，对装配可靠性的信息进行发布从而保障信息的准确和真实，对于用户信息、密码信息和一些其他相关信息进行管理，对于数控机床的装配设施进行有效的参数设置等。

5 总结

基于元动作的数控机床装配可靠性控制技术可以大大提高数控机床装配的可靠性，从而极大提升数控机床装配的工作效率，提高现代化制造业的制造水平。但是数控机床装配的可靠性内容广泛，需要从元动作和元动作装配的定义出发，找出数控机床装配故障问题，并从建立数控机床监控系统的角度来获得装配可靠性提升的办法。