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施了可靠性提升計劃，通過分析影響刀庫可靠性運行的內部因素和外部因素，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保期內的刀庫故障進行梳理，從內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，包括結構設計、裝配制造及質量控制等問題，為刀庫供應商、機床設計部門及機床制造部門的工作改進提供有力的數據支撐，保證刀庫性能的穩定，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據進行梳理，我們發現2018年共發生刀庫故障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。刀庫供應商問題稱為內部影響因素，可通過向供應商提出改進建議，要求供應商進行完善；機床結構設計問題和制造問題為外部影響因素，由機床設計和生產制造部門進行改進優化。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%；機床設計也存在較多問題，占比28.23%。同時還需要加強機床生產過程的控制，提升產品的安裝合格率。

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，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的安裝、增加鎖緊結構，同時需要改進帶動刀倉旋轉的電動機上的剎車裝置；ATC機構改進點較多，主要故障點為換刀機構和凸輪箱，根據故障次數，建議刀庫廠家將對刀臂和凸輪箱進行整體考量，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、刀庫自動門防護設計和電氣設計等。這些因素機床廠內部可以在一定程度上加以控制，從而促進設計、制造以及質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%。機械設計可以改進刀庫自動門結構，將變頻刀庫改為普通刀庫，進而降低相應故障率；電氣設計可以改進PLC的控制邏輯，彌補電氣控制參數的漏洞，增加對制造現場電氣工藝的指導來提升出廠機床的可靠性，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，機床制造過程中質量管控不到位引起的故障總數19起，占比15.32%。工藝和質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與檢驗。售后服務部門在安裝刀庫和垂直軸驅動電動機后，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為18起，占比14.52%，這方面也需要引起相應的重視，加強客戶培訓和宣導。

3．2019—2020年刀庫可靠性統計

在供應商、設計和生產部門進行了相應的改進后，我們繼續對2019年和2020年的臥式加工中心刀庫故障問題進行跟蹤，統計數據表明，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

在實施了刀庫專項改進計劃后，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

根據公司生產部門發布的2018—2020年售后維修統計數據（見圖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，刀庫供應商的改進取得了較大成效。

2）2019年和2020年機床設計方面的改進也取得了較大效果，故障次數由2018年的35起，降低到2019年的23起，隨著時間效應的顯現，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，進一步得出2018—2020年刀庫故障因素比重統計，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量的控制。

圖6　2018—2020年刀庫故障因素比重統計

4．結束語

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，為刀庫供應商、機床設計部門和生產部門提供詳細的數據支撐，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。