【正文】 化器件；同時要制定各項試驗方法，對元器件、零部件進行篩選和檢驗，并建立起現(xiàn)代質(zhì)量保證體系，增強質(zhì)量理念。在工藝上應(yīng)對元器件進行大樣本、嚴格的篩選，對關(guān)鍵部件和整體系統(tǒng)進行出廠前的可靠性早期試驗，盡可能排除早期故障，提高產(chǎn)品的可靠性。、影響及危害度分析從表32統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，降低前3個子系統(tǒng)的故障是提高該型號數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。為了給可靠性設(shè)計和評價提供相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，本文針對某型號數(shù)控組合機床進行了故障模式、影響及危害度分析(FMECA),分析結(jié)果見表36。表36 某型號數(shù)控組合機床FMECA表部位名稱故 障 模 式故 障 影 響冷卻和潤滑系統(tǒng)液、氣、油部件、元件損壞系統(tǒng)不能正常工作1元器件功能喪失系統(tǒng)不能正常工作1多軸箱緊固件松動主軸工作不正常零部件損壞主軸不轉(zhuǎn)動、工作不正常1溫升過高機床工作不正常電氣系統(tǒng)線路電纜短路機床不能啟動1線路電纜斷路機床不能啟動1元器件功能喪失機床不能啟動1排屑系統(tǒng)液、氣、油部件、元件損壞系統(tǒng)不能正常工作1電器開關(guān)位置設(shè)置不當運動部件沒有到位信號溫升過高機床工作不正常PLC系統(tǒng)元器件功能喪失燒壞1動力頭和滑臺液、氣、油滲漏液壓油滲漏緊固件松動機床不能正常工作1{, , , , , } 通過上述FMECA分析可見，電氣系統(tǒng)、多軸箱、PLC系統(tǒng)部位危害度較大，是影響該專用數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。其次，冷卻和潤滑系統(tǒng)、動力頭和滑臺也是薄弱環(huán)節(jié)，需要引起足夠的重視。從模式危害度來看，在所分析的子系統(tǒng)中，元器件功能喪失或零部件損壞對各子系統(tǒng)的危害度是最大的，零部件損壞或元器件功能喪失主要是質(zhì)量差或設(shè)計不合理造成的，而這些元器件主要是通過外購或外協(xié)方式獲得的，所以需要加強對元器件的可靠性篩選、檢驗和加強外購、外協(xié)件質(zhì)量管理，采用先進的可靠性設(shè)計方法，對可靠性進行合理的分配[81]，是提高數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。 數(shù)控組合機床是單件生產(chǎn)的復雜制造裝備，主軸及其組件是其核心部件，所以主軸早期可靠性是數(shù)控組合機床可靠性研究的關(guān)鍵組成部分。本節(jié)通過對某型數(shù)控組合機床主軸早期故障實驗前主軸變形數(shù)據(jù)的分析，建立了主軸早期可靠性變形控制圖，用來監(jiān)控主軸早期可靠性。根據(jù)該控制圖中變形變化的趨勢分析，判斷主軸是否存在潛在的故障，進而在不損壞機床主軸的前提下，消除主軸早期故障，提高機床可靠性。該方法對單件生產(chǎn)的數(shù)控組合機床主軸的早期故障排除及試驗具有實際指導意義。 控制圖的建立一、變形控制圖建立方法該控制圖適用范圍計量數(shù)據(jù)屬于離散性隨機變量，若隨機變量服從正態(tài)分布，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計知識易證亦服從正態(tài)分布，如果非正態(tài)分布，根據(jù)中心極限定理可證近似服從正態(tài)分布[77]。本節(jié)數(shù)據(jù)經(jīng)過正態(tài)檢驗，其分布服從正態(tài)分布。所以根據(jù)此測量數(shù)據(jù)建立變形控制圖[82].變形控制圖（1）圖的控制線設(shè)過程處于穩(wěn)態(tài)，～，可證～，為樣本容量。如果已知，則圖的控制線為： (31)若未知，需要對其數(shù)值進行估計，則有： (32)根據(jù)主軸變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計表37的數(shù)據(jù)可以求出的估計值，設(shè)數(shù)據(jù)表的總平均值為：則 = k為樣本數(shù) 根據(jù)表37中第一行數(shù)據(jù)為例可求得： =(+)/2=(+)/2=同理可以求得，依據(jù)表37數(shù)據(jù)有： 極差為 依據(jù)表37中第一行數(shù)據(jù)為例可求得： ==同理可以求得，平均極差為 依據(jù)表37數(shù)據(jù)有： 則根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計可知 (33) 查表38可得=，所以有： 這樣可以根據(jù)公式(32)求得圖的控制線。 在參考文獻中[82]，考慮到樣本容量的大小，增加了與樣本容量有關(guān)的常數(shù)、由（32）式和（33）式得： (34)其中 的數(shù)值可查計量值控制圖表38所以圖的控制線也可以由公式(34)求得。首先查表得A2=，將= 和 =(34)得： (2)R圖的控制線分為兩種情況 、已知 (35)若、未知 (36) D3 D4數(shù)值由計量值控制圖系數(shù)表38查得，在樣本容量為2時，D4= D3=0[82] 帶入R圖計算公式(36)得： 二、主軸變形控制圖繪制步驟1 根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)和合理分組原則，現(xiàn)取35組數(shù)據(jù)，見統(tǒng)計表372 計算單樣本的平均值，參見統(tǒng)計表3 計算單樣本的極差，參見統(tǒng)計表4 樣本總均值與平均樣本極差： 5 計算圖和圖的參數(shù)，求取圖和圖的控制線，由控制圖判穩(wěn)原則可以判斷[82]，R圖判穩(wěn)和圖判穩(wěn)。 控制圖的分析一、根據(jù)控制圖的早期可靠性分析 早期可靠性是指設(shè)備出廠前處于早期故障實驗階段的可靠性。此階段由于存在的早期故障還沒有排除，所以可靠性相對偶然故障期來說要低。早期故障實驗目的是盡量暴露故障，發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，進而在設(shè)計、制造、裝配、關(guān)鍵工序等方面對設(shè)備加以改進，提高可靠性。而本文的目的是通過主軸變形控制圖來判斷主軸的設(shè)計、生產(chǎn)、裝配等綜合控制過程的穩(wěn)定與否，特別是對專用數(shù)控組合機床，只生產(chǎn)1臺或2臺，主軸是關(guān)鍵的部件。所以在早期故障實驗時不希望在設(shè)備損壞或造成嚴重的事故時才發(fā)現(xiàn)故障的存在，通過本文的方法可以對數(shù)控組合機床主軸的早期可靠性進行初步的預測和分析，從而建立較完善可靠的早期故障實驗規(guī)范，在設(shè)備沒有重大損壞的情況下，盡量發(fā)現(xiàn)故障，進而消除故障。提高主軸的早期可靠性，就是提高整機的早期可靠性，就是減少設(shè)備在早期故障時的損壞率。主軸靜態(tài)變形分析 以上數(shù)據(jù)是在主軸生產(chǎn)加工、時效完成后直徑的數(shù)據(jù)。其中R圖主要用于觀察極差的正態(tài)分布的分散情況，如果出現(xiàn)控制圖不穩(wěn)定現(xiàn)象，說明主軸的質(zhì)量波動較大，不合格的概率很高。主要原因有應(yīng)力集中、材質(zhì)不均勻、加工工藝不合理等，應(yīng)根據(jù)實際情況查找原因、采取措施、消除隱患、提高數(shù)控組合機床的早期可靠性。圖主要用于觀察正態(tài)分布均值的變化，如果出現(xiàn)控制圖不穩(wěn)定現(xiàn)象，說明主軸變形情況比較嚴重，其不合格的概率高。導致的原因是加工過程中存在異因、設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理或是時效不充分等，使質(zhì)量過程失去控制。如果不穩(wěn)定是由偶因變異大引起的，不是該控制圖討論的問題。主軸動態(tài)變形分析 主軸裝配成主軸組件后，對變形進行測量，以測量數(shù)據(jù)繪制控制圖。如果R圖不穩(wěn)定，可以推斷裝配過程異因波動大，說明裝配公差超標，嚴重影響主軸的精度，應(yīng)改善裝配工藝。如果圖不穩(wěn)定，在主軸各組成零件質(zhì)量合格的情況下，說明裝配工藝不合理，使主軸軸徑值變異大，將影響主軸動態(tài)精度。早期可靠性概率分析 由于圖和R圖服從正態(tài)分布，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計知識可知，如果控制圖穩(wěn)定，既過程處于穩(wěn)態(tài)，%，%除以2，%[82]，根據(jù)小概率事件原理可知，主軸早期故障試驗前的可靠性很高（實際中不單純依靠變形，還要考慮其他因素，如主軸的剛度等）。根據(jù)控制圖判斷主軸早期故障試驗前的可靠性具有實際意義。此方法亦可應(yīng)用于其它關(guān)鍵另部件的可靠性分析。但是根據(jù)另部件性質(zhì)的不同，對于數(shù)據(jù)的采集和控制圖都應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整和變化。二、分析結(jié)論本節(jié)論述了基于主軸變形數(shù)據(jù)控制圖的建立方法，通過控制圖分析了專用數(shù)控組合機床主軸早期故障試驗前的可靠性，同時也分析了主軸可能潛在的故障和原因，為整機早期故障實驗提供了一個前期理論分析模型，該方法已經(jīng)在某設(shè)備公司得到應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟效益。該控制圖適用于早期故障試驗前的可靠性分析和過程質(zhì)量控制，對故障的準確預測還需進一步深入研究。表37數(shù)控組合機床主軸變形數(shù)據(jù)及統(tǒng)計表序號觀測值備注12345678910110121314151617181920212223242526272829303132333435Σ注：以上數(shù)據(jù)為主軸大端端部外徑尺寸??????????????????????????????????? 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 R控制圖 ???????????????????????????????????1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 控制圖表38計量值控制圖系數(shù)表樣本大小均值控制圖級差控制圖控制界限系數(shù)中心線系數(shù)控制界限系數(shù)A1A2d21/d2D3D4203040506078910 故障數(shù)據(jù)是故障分析的基礎(chǔ)，本章對數(shù)控組合機床的故障部位、故障模式、故障原因及故障原因分類做出了詳細分析，給出了相應(yīng)的代碼。并依據(jù)故障數(shù)據(jù)，建立了數(shù)控組合機床故障數(shù)據(jù)庫。研究結(jié)果表明，該型號數(shù)控組合機床故障多發(fā)部位為排屑系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及多軸箱（%），電氣系統(tǒng)與冷卻和潤滑系統(tǒng)（%）、動力頭和滑臺（%）等。其中排屑系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及多軸箱故障最頻繁，電氣系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)居其次，%。降低前3個子系統(tǒng)的故障是提高該型號專用數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。本章對數(shù)控組合機床進行了FMECA分析，找出了產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié), 電氣系統(tǒng)、多軸箱、PLC系統(tǒng)部位危害度較大。是影響該專用數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。而元器件功能喪失或零部件損壞對各子系統(tǒng)的危害度是最大的，所以提高元器件的質(zhì)量，采用先進的可靠性設(shè)計方法是提高數(shù)控組合機床可靠性的關(guān)鍵。本章首次應(yīng)用控制圖法對數(shù)控組合機床主軸早期故障試驗前的可靠性進行了分析，對主軸靜態(tài)和動態(tài)變形進行了討論，給出了可靠性定性分析結(jié)果。106 第四章 數(shù)控組合機床可靠性管理第四章 數(shù)控組合機床可靠性管理我國數(shù)控機床可靠性研究已經(jīng)取得了長足進展，在關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用示范上獲得了重要突破和較好的經(jīng)濟效益，而專用數(shù)控組合機床可靠性的研究則剛剛起步。本文的故障分析表明,數(shù)控組合機床發(fā)生故障的主要影響因素有外購件、外協(xié)件問題、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題、工藝規(guī)程不合理問題及設(shè)計方法問題等。這些問題均需通過可靠性管理方法加以解決。數(shù)控組合機床可靠性管理是企業(yè)建立質(zhì)量管理體系中實施質(zhì)量管理和質(zhì)量控制的一項重要內(nèi)容。做好設(shè)計階段、生產(chǎn)階段、使用階段的可靠性管理是保障產(chǎn)品可靠性螺旋式上升，滿足顧客需要和期望的重要管理方法[20]。 數(shù)控組合機床可