臥式加工中心用刀庫的可靠性提升

文/紐威數(shù)控裝備（蘇州）股份有限公司  李英蘭

【內(nèi)容摘要】：針對臥式加工中心的刀庫部件實施了可靠性提升計劃，通過分析影響刀庫可靠性運行的內(nèi)部因素和外部因素，實施分項改進，使得刀庫運行的可靠性得到了有效改善，進而促進了整機可靠性水平的提升。

一、序言

隨著公司機床銷量的增加，故障率也在逐年增加，因此降低機床故障率，提升其可靠性水平顯得愈加緊迫。以對刀庫可靠性水平要求較高的臥式加工中心機床為例，通過對新出廠機床在質(zhì)保期內(nèi)的刀庫故障進行梳理，從內(nèi)部影響因素和外部影響因素兩個角度來詳細分析影響刀庫可靠性的若干問題，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配制造及質(zhì)量控制等問題，為刀庫供應(yīng)商、機床設(shè)計部門及機床制造部門的工作改進提供有力的數(shù)據(jù)支撐，保證刀庫性能的穩(wěn)定，進而促進機床整機可靠性的提升。臥式加工中心用刀庫如圖１所示。

圖1 臥式加工中心用刀庫

二、刀庫故障的影響因素分析

通過對2018年全年臥式加工中心加維修數(shù)據(jù)進行梳理，我們發(fā)現(xiàn)2018年共發(fā)生刀庫故障124起，主要包括卡刀、掉刀、亂刀和倒/回刀等故障，為了方便歸納，將影響刀庫穩(wěn)定性的因素分為內(nèi)部因素和外部因素。刀庫供應(yīng)商問題稱為內(nèi)部影響因素，可通過向供應(yīng)商提出改進建議，要求供應(yīng)商進行完善；機床結(jié)構(gòu)設(shè)計問題和制造問題為外部影響因素，由機床設(shè)計和生產(chǎn)制造部門進行改進優(yōu)化。刀庫故障的不同影響因素的占比如圖2所示。

圖2 刀庫故障影響因素占比

由圖2可知，臥式加工中心刀庫故障中，刀庫自身問題引起的故障占比最高，為41.93%；機床設(shè)計也存在較多問題，占比28.23%。同時還需要加強機床生產(chǎn)過程的控制，提升產(chǎn)品的安裝合格率。

2.1 內(nèi)部影響因素分析與控制

內(nèi)部影響因素，是指刀庫自身因素。刀庫主要由刀倉和ATC換刀機構(gòu)這兩部分組成，內(nèi)部影響因素分析見表1。

表1 刀庫故障內(nèi)部影響因素分析

由表1統(tǒng)計可知，刀庫自身問題引起的故障總數(shù)為52起，占比41.93%，在刀庫故障總量中占據(jù)了最大份額。由此可見，刀庫自身可靠性的提升將極大促進機床整體可靠性的提升。上述故障中，針對刀倉部分主要需要改進刀倉上信號開關(guān)的安裝、增加鎖緊結(jié)構(gòu)，同時需要改進帶動刀倉旋轉(zhuǎn)的電動機上的剎車裝置；ATC機構(gòu)改進點較多，主要故障點為換刀機構(gòu)和凸輪箱，根據(jù)故障次數(shù)，建議刀庫廠家將對刀臂和凸輪箱進行整體考量，從結(jié)構(gòu)上更換品牌。

2.2 外部影響因素控制

外部影響因素是指除了刀庫自身之外，影響刀庫有效運行的其他機床因素，包括：機床主軸、刀庫自動門防護設(shè)計和電氣設(shè)計等。這些因素機床廠內(nèi)部可以在一定程度上加以控制，從而促進設(shè)計、制造以及質(zhì)保等部門工作的改進。除此之外，客戶使用也是需要改善的方向之一，減少客戶使用過程中的誤操作、違規(guī)操作，對提升機床有效運行具有重要意義。外部影響因素的具體分析見表2～表4。

表2 刀庫故障外部影響因素分析（機床設(shè)計）

由表2可知，機床電氣設(shè)計或機械設(shè)計引起的故障總數(shù)35起，占比28.23%。機械設(shè)計可以改進刀庫自動門結(jié)構(gòu)，將變頻刀庫改為普通刀庫，進而降低相應(yīng)故障率；電氣設(shè)計可以改進PLC的控制邏輯，彌補電氣控制參數(shù)的漏洞，增加對制造現(xiàn)場電氣工藝的指導(dǎo)來提升出廠機床的可靠性，從設(shè)計源頭降低機床故障率。

表3 刀庫故障外部影響因素分析（機床裝配）

由表3可知，機床制造過程中質(zhì)量管控不到位引起的故障總數(shù)19起，占比15.32%。工藝和質(zhì)保有必要加強對主軸箱上帶輪松緊度以及管路接線的指導(dǎo)與檢驗。售后服務(wù)部門在安裝刀庫和垂直軸驅(qū)動電動機后，需要重新校準換刀點，表3中由于第二參考點位置變動引起的卡刀現(xiàn)象較多，因此需要予以特別的重視。

表4 刀庫故障外部影響因素分析（客戶使用）

由表4可知，由客戶自身問題引起的故障總數(shù)為18起，占比14.52%，這方面也需要引起相應(yīng)的重視，加強客戶培訓(xùn)和宣導(dǎo)。

3．2019—2020年刀庫可靠性統(tǒng)計

在供應(yīng)商、設(shè)計和生產(chǎn)部門進行了相應(yīng)的改進后，我們繼續(xù)對2019年和2020年的臥式加工中心刀庫故障問題進行跟蹤，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，該改進取得了良好的效果。在2019年和2020年機床銷量實現(xiàn)較大躍升的前提下，刀庫的故障次數(shù)和故障率反而得到了大幅下降，說明上述可靠性提升措施是切實有效的。

2019—2020年公司機床銷量取得巨大提升，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖3所示。根據(jù)圖3可知，2019年和2020年在保修期內(nèi)的機床數(shù)量均大于2018年。

圖3 2018—2020年保修期內(nèi)的機床臺數(shù)

在實施了刀庫專項改進計劃后，刀庫的故障次數(shù)由2018年的124起，降低至2019年的88起。而2019年在保修期內(nèi)的機床臺數(shù)遠大于2018年，2020年雖然降幅縮小，但刀庫可靠性提升的趨勢沒有改變。2018—2020年臥式加工中心刀庫維修統(tǒng)計如圖4所示。

圖4 2018—2020年臥式加工中心刀庫維修統(tǒng)計

3.1 2018—2020年刀庫故障次數(shù)的統(tǒng)計分析

根據(jù)公司生產(chǎn)部門發(fā)布的2018—2020年售后維修統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見圖5），得到以下信息。

圖5　2018—2020年售后維修統(tǒng)計數(shù)據(jù)

1）2019年和2020年刀倉和ATC換刀機構(gòu)的絕對故障次數(shù)得到較大幅度下降，刀庫故障內(nèi)部影響因素得到控制，刀庫供應(yīng)商的改進取得了較大成效。

2）2019年和2020年機床設(shè)計方面的改進也取得了較大效果，故障次數(shù)由2018年的35起，降低到2019年的23起，隨著時間效應(yīng)的顯現(xiàn)，2020年降低到了5起。

3.2 2018—2020年刀庫故障因素的占比統(tǒng)計分析

根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)，進一步得出2018—2020年刀庫故障因素比重統(tǒng)計，如圖6所示。隨著刀庫可靠性改善工作的推進，刀庫自身問題和機床設(shè)計在刀庫故障中的占比越來越小，機床裝配和客戶使用不當造成的故障占比越來越高，必須更加注重對裝配制造質(zhì)量的控制。

圖6　2018—2020年刀庫故障因素比重統(tǒng)計

4．結(jié)束語

通過對影響臥式加工中心刀庫故障的因素進行詳細的分析總結(jié)，為刀庫供應(yīng)商、機床設(shè)計部門和生產(chǎn)部門提供詳細的數(shù)據(jù)支撐，以便找準問題改進的方向，從而快速、精準、有效地解決問題，有力地推動此類機床可靠性水平的提升。