臥式加工中心用刀庫的可靠性提升

文/紐威數控裝備（蘇州）股份有限公司  李英蘭

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

一、序言

隨著(zhù)公司機床銷(xiāo)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(guò)對新出廠(chǎng)機床在質(zhì)保期內的刀庫故障進(jìn)行梳理，從內部影響因素和外部影響因素兩個(gè)角度來(lái)詳細分析影響刀庫可靠性的若干問(wèn)題，包括結構設計、裝配制造及質(zhì)量控制等問(wèn)題，為刀庫供應商、機床設計部門(mén)及機床制造部門(mén)的工作改進(jìn)提供有力的數據支撐，保證刀庫性能的穩定，進(jìn)而促進(jìn)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(guò)對2018年全年臥式加工中心加維修數據進(jìn)行梳理，我們發(fā)現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，將影響刀庫穩定性的因素分為內部因素和外部因素。刀庫供應商問(wèn)題稱(chēng)為內部影響因素，可通過(guò)向供應商提出改進(jìn)建議，要求供應商進(jìn)行完善；機床結構設計問(wèn)題和制造問(wèn)題為外部影響因素，由機床設計和生產(chǎn)制造部門(mén)進(jìn)行改進(jìn)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(wèn)題引起的故障占比最高，為41.93%；機床設計也存在較多問(wèn)題，占比28.23%。同時(shí)還需要加強機床生產(chǎn)過(guò)程的控制，提升產(chǎn)品的安裝合格率。

2.1 內部影響因素分析與控制

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

表1 刀庫故障內部影響因素分析

由表1統計可知，刀庫自身問(wèn)題引起的故障總數為52起，占比41.93%，在刀庫故障總量中占據了最大份額。由此可見(jiàn)，刀庫自身可靠性的提升將極大促進(jìn)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(jìn)刀倉上信號開(kāi)關(guān)的安裝、增加鎖緊結構，同時(shí)需要改進(jìn)帶動(dòng)刀倉旋轉的電動(dòng)機上的剎車(chē)裝置；ATC機構改進(jìn)點(diǎn)較多，主要故障點(diǎn)為換刀機構和凸輪箱，根據故障次數，建議刀庫廠(chǎng)家將對刀臂和凸輪箱進(jìn)行整體考量，從結構上更換品牌。

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(dòng)門(mén)防護設計和電氣設計等。這些因素機床廠(chǎng)內部可以在一定程度上加以控制，從而促進(jìn)設計、制造以及質(zhì)保等部門(mén)工作的改進(jìn)。除此之外，客戶(hù)使用也是需要改善的方向之一，減少客戶(hù)使用過(guò)程中的誤操作、違規操作，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(jiàn)表2～表4。

表2 刀庫故障外部影響因素分析（機床設計）

由表2可知，機床電氣設計或機械設計引起的故障總數35起，占比28.23%。機械設計可以改進(jìn)刀庫自動(dòng)門(mén)結構，將變頻刀庫改為普通刀庫，進(jìn)而降低相應故障率；電氣設計可以改進(jìn)PLC的控制邏輯，彌補電氣控制參數的漏洞，增加對制造現場(chǎng)電氣工藝的指導來(lái)提升出廠(chǎng)機床的可靠性，從設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(guò)程中質(zhì)量管控不到位引起的故障總數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(xiàn)的指導與檢驗。售后服務(wù)部門(mén)在安裝刀庫和垂直軸驅動(dòng)電動(dòng)機后，需要重新校準換刀點(diǎn)，表3中由于第二參考點(diǎn)位置變動(dòng)引起的卡刀現象較多，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(hù)使用）

由表4可知，由客戶(hù)自身問(wèn)題引起的故障總數為18起，占比14.52%，這方面也需要引起相應的重視，加強客戶(hù)培訓和宣導。

3．2019—2020年刀庫可靠性統計

在供應商、設計和生產(chǎn)部門(mén)進(jìn)行了相應的改進(jìn)后，我們繼續對2019年和2020年的臥式加工中心刀庫故障問(wèn)題進(jìn)行跟蹤，統計數據表明，該改進(jìn)取得了良好的效果。在2019年和2020年機床銷(xiāo)量實(shí)現較大躍升的前提下，刀庫的故障次數和故障率反而得到了大幅下降，說(shuō)明上述可靠性提升措施是切實(shí)有效的。

2019—2020年公司機床銷(xiāo)量取得巨大提升，統計數據如圖3所示。根據圖3可知，2019年和2020年在保修期內的機床數量均大于2018年。

圖3 2018—2020年保修期內的機床臺數

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

圖4 2018—2020年臥式加工中心刀庫維修統計

3.1 2018—2020年刀庫故障次數的統計分析

根據公司生產(chǎn)部門(mén)發(fā)布的2018—2020年售后維修統計數據（見(jiàn)圖5），得到以下信息。

圖5　2018—2020年售后維修統計數據

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

2）2019年和2020年機床設計方面的改進(jìn)也取得了較大效果，故障次數由2018年的35起，降低到2019年的23起，隨著(zhù)時(shí)間效應的顯現，2020年降低到了5起。

3.2 2018—2020年刀庫故障因素的占比統計分析

根據圖5的數據，進(jìn)一步得出2018—2020年刀庫故障因素比重統計，如圖6所示。隨著(zhù)刀庫可靠性改善工作的推進(jìn)，刀庫自身問(wèn)題和機床設計在刀庫故障中的占比越來(lái)越小，機床裝配和客戶(hù)使用不當造成的故障占比越來(lái)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計

4．結束語(yǔ)

通過(guò)對影響臥式加工中心刀庫故障的因素進(jìn)行詳細的分析總結，為刀庫供應商、機床設計部門(mén)和生產(chǎn)部門(mén)提供詳細的數據支撐，以便找準問(wèn)題改進(jìn)的方向，從而快速、精準、有效地解決問(wèn)題，有力地推動(dòng)此類(lèi)機床可靠性水平的提升。