数控机床电气驱动系统可靠性思考

数控机床电气驱动系统可靠性思考

摘要:针对数控机床电气驱动系统运行稳定效果的问题,为进一步提升数控机床应用效果,要对数控机床可靠性予以优化,配合完整的建模分析模式,全面了解和确认影响系统运行可靠性的因素,完成顶事件发生概率以及底事件重要度等基础参数,依据分析结果完善故障评估流程,发挥3F技术应用优势,在完成运行看控制系统和故障树分析后开展相应反馈处理,为数控机床电气驱动系统可靠性优化予以保障。

关键词:数控机床;电气控制;驱动系统;可靠性:3F

伴随着机械制造业的高速发展,数控机床应用受到了广泛关注,要在研究电气驱动系统原理基础上,展开综合评估和分析,从而开展更加科学有效的管理方案,实现经济效益和社会效益的和谐统一。

1数控机床电气驱动系统组成

一般而言,数控机床主要包括主电机、风机、主轴箱、开式中心架、分体闭式中心架、刀架、横溜板、整体闭式中心架、尾座、排屑器等部分,依据CNC机床核心系统完成连接,并且对机床各部分予以加工任务的协调控制,维持良好的应用效能。其中,电气驱动控制系统是关键组成部分。依据系统组成结构主要分为6个子模块,具体情况如下:1)电源控制系统,主要是对机床的各个部分提供电源支持,确保工作顺利进行[1]。2)PLC输入系统,能对数控机床的逐个控制器件以及辅助器件予以状态信息的实时性收录和处理,确保任务分析中相关数据传递和控制的合理性。3)PLC输出系统,对电磁阀的关闭予以控制,从而确保相应电路的接通以及关闭都能按照应用要求和标准予以落实。4)润滑控制系统,对油泵电机结构、油温控制结构、电磁阀以及交流接触器等基础元件进行保护,确保其处于良好的应用运行状态。5)主传动控制系统,主要是对X轴、Z轴、U1轴以及U2轴予以实时性运动控制,并且保证进给控制效果的最优化。6)尾座运动控制系统,实现尾座上体控制组件、下体控制组件等结构的实时性运动控制。与此同时,要配合FMECA分析,也就是故障模式影响和危害性分析,从而及时评估各个子模块应用运行的情况,并且维持系统统一分析,有效了解系统失效的因素,以便于能开展更加合理的控制机制。

2数控机床电气驱动系统故障树分析

将分体闭式中心架作为主要研究对象。基于模块化思想实现动态故障树可靠性分析,完成定量和定型处理,并综合模块分析结果,以有效了解数控机床电气驱动系统的可靠性情况。

2.1动态故障树建模

(1)中心架运动控制系统主要包含车床的分体闭式中心架、整体闭式中心架和开式中心架,其中,开式中心架为整个系统电机提供运行动力,分布式中心架发出信号后借助限位开关、检测开光等进行信号检测,与此同时,继电器实现信号传递,就能有效对数控机床中心架横移和升降予以控制[2]。在建模开始前要选取具体的顶事件,本文以分体闭式中心架功能故障为顶事件完成故障书建模。与此同时,将中心架运动控制系统仅与电气驱动控制相关联、不考量人为因素作为边界条件,架设系统仅具有“故障”和“正常”两种基本形态,且各个零部件故障相互独立。(2)故障树事件代码结合分体闭式中心架电气工作原理可知,电机为其提供动力,按钮站完成信号发出,依次完成信号检测和信号传递,最后实现中心架运动控制,因此,任何环节可靠性的失衡都会造成功能故障,所以,可靠性建模要形成串联模型。为便于完成故障树建模,先要完成故障树事件代码的标注。整体设定为F1,表示分体式中心架功能故障,具体内容如下(见图1):1)A组,A1为按钮盒组件故障、A2为限位开关组件故障、A3为电磁阀组件故障、A4为插头插座组件故障、A5为接触器组件故障、A6为继电器组件故障。2)X组,X1为推拉式带灯紧停故障,X2表示自复灯故障,X3表示二位置带灯选择开关故障,X4表示横移限位开关故障,X5表示上下行程限位开关故障,X6表示接近限位开关套筒放松故障,X7为矩形插头插座故障,X8为圆形插头插座故障继电器故障。X9表示接触器1故障、X10为接触器2故障。X11表示继电器1故障、X12表示继电器2故障[3]。综上所述,X组是对A组进行细化的组别划分,以保证相应底事件重要度分析工作能更加精准有效,从而维持整体故障评估分析工作的实效性,有序控制建模流程,从而发挥故障树的应用优势[4]。(3)故障树模型依据各级事件代码代表的事件完成建模,并且按照相应的关系和属性情况进行故障树相应单元的匹配处理,具体故障树模型见图1。在确定数控机床电气驱动控制系统结构中的顶事件后,就要进行底事件重要度的分析,主要是对累积故障分布情况予以评估,由于其本身属于指数分布,因此,假设工作任务时间为600h,就能对各个元器件的故障概率予以初步推算。其中,电磁阀故障重要度居于首位,其次分别为继电器、横移限位开关、按钮盒组件类。由此可知,分体闭式中心架子系统中影响其运行可靠性的关键零件就是电磁阀[5]。

2.2模块化分析

在完成建模工作后,就要结合模块化思想对象应内容予以全面阐释,结合搜索算法完成静态模块和独立动态模块的划分,应用决策图完成静态分析,配合逻辑约束和时间约束求解的方式分析动态模块,综合分析结果,实现分体闭式中心架动态故障树模块化评估。首先,要进行动态故障树的预处理,使用预处理技术就是为了优化分析速度,保证故障树模块化。其次,匹配模块搜索算法后,搜索模块的时间和规模会呈现出线性关系。最后,按照基本流程落实具体工作。1)深度优化,并从左到右完成动态故障树的处理。2)依次记录对应的被访问事件[6]。3)依次记录被访问事件的首次步数和末尾访问步数。4)检查顶事件和底事件首次末尾次数的情况。5)完成底事件组成模块动态独立树和底事件组成模块静态独立树的评估。6)完成所有事件的分析结束搜索模块算法。

2.3故障树分析结果

在对分体闭式中心架进行动态故障树故障模式分析后,依据顺序重要度分析,就能明确了解导致顶事件发生的故障模型,并且评估故障动态特性,以维持模块化思想动态故障树分析方法的准确性,实现特殊复杂系统故障特性和可靠性联系的评估目的。另外,在顶事件发生概率计算后可知,分体闭式中心架功能故障的发生概率不足1%,对其进行细化后了解到,底事件原动态故障树概率重要度的关键零件就是电磁阀等,要对其应用效能予以关注,从而保证整体系统运行的可靠性[7]。

3数控机床电气驱动系统可靠性故障处理建议

3.13F技术内容

在3F技术体系内,主要涉及故障模式、故障产生影响以及故障危害性评估等工作,并完成故障时分析、故障报告生成以及相应纠正机制,所以,3F技术是提升产品质量可靠性的重要技术方案,也正是基于此,可靠性工程中广泛应用3F技术作为分析工具,包括航空航天、电子产品等领域[8]。由图2可知,在产品整个应用过程中融合3F技术,能在完善可靠性管理工作的基础上,优化整体时间和经济成本,为产品可靠性的优越性增长提供保障。

3.23F技术应用过程

1.设计阶段

第一,要结合实际设计要求和可靠性评估指标,确定研究对象,保证研究内容后可靠性优化处理方案都能落实到位,最大程度上提高数控机床电气驱动系统的可靠性。第二,明确电磁阀可能存在的故障类型,并依据具体情况分析故障可能对产品产生的影响,也就是说,要完成预期分析,从而明确可靠性失衡会造成的情况,从而针对性地开展可靠性优化处理工作,保证系统综合应用质量最优化。第三,结合故障模式进行RPN数值的排序分析,按照影响情况将RPN数值分为三个基本等级,主要包括:S,表示严酷度;O,表示故障发生概率的等级情况;D,表示故障探测度的具体级别。为了保证整体分析效果的最优化,要在RPN数值对比过程中对故障情况进行综合分析,若是故障RPNi在100以上,或者是故障的严酷度在9以上,则认定为故障模式是最高风险,需要相关人员立即采取对应的改进机制。并且,高风险故障模式改进过程中,要重新评定RPNi数值,将其和故障模式进行对比反馈,确保其数值达到可接受的范围内停止操作,从而确保故障模式分析、危害性分析、故障树分析以及故障报告纠正处理等工作都能落实到位[10]。综上所述,在对电磁阀进行可靠性RPNi数值处理后,将电磁阀无动作、电磁阀漏气视为高风险故障问题,此时需要立即采取相应的处理措施,避免可靠性失衡。第四,选择电磁阀无动作以及电磁阀漏气作为整个可靠性评估分析工作中的顶事件,依据实际情况建立匹配的故障树,从而更好地了解相关情况,以维持综合分析模式的规范性。第五,要对发生概率较高的底事件予以集中评估和分析(见表1),以保证能采取对应的纠正措施,有效降低RPNi数值,避免故障发生对其应用效果产生的影响。1)对电磁阀无动作的高概率底事件予以改造,为“接线头松动或者是线头脱落”,主要采取的方式就是装配时紧固处理,并且定期采取相应的检查机制,及时完成松动位置的加固。2)对电磁阀漏气高概率底事件予以改进,为“密封垫片损坏”,主要采取的方式就是更换处理。3)经过一系列操作后,电磁阀无动作、电磁阀漏气等情况的RPNi数值得以有效降低,严重程度从9减少到5,证明相应的改善处理机制切实有效,从而最大程度上避免此类型安全故障问题。第七,在完成相应工作后,就能及时查询电磁阀产品的潜在故障模型,配合完整的分析机制,落实科学合理的改进管控方案,维持电磁阀应用效果的基础上,确保数控机床电气驱动系统可靠性得以全面优化。

2.后续跟进阶段

在完成初步设计环节后,就要对阶段性功能予以分析,主要是开展追踪、控制等工作,从而确保试产使用中不会产生对应的故障问题。由图3可知,基本流程内容情况为:1)要在电磁阀产品试制工序中,检测人员就要对检测过程中出现的异常故障问题予以汇总,并且将其呈交到上级部门,确保故障基本信息汇总完成。2)上级部门完成分析后隔离产生故障的电磁阀,并且指派研发部门联合控制。3)若是分析后得知系统结构中造成故障的原因是线圈的断路问题,则制定对应有效的处理措施,或者是直接更换线圈、更换线圈供应商。4)要落实改进措施的评估报告,并且集中分析和处理,确保产品合格。5)要在产品试产环节和批量投产环节中落实精细化分析管理机制,保证循环重复故障模式闭环控制模块,从而及时发现问题以便于落实相应工作。6)系统满足设计目标要求,完成分析。

3.33F技术应用效果

一方面,建构电气驱动系统故障报告闭环管理模式,及时掌控故障情况,维持整体设备原件和系统管理的平衡,最大程度上提高运行的稳定性,打造可靠合理的运行环境,减少安全隐患造成的后续影响,真正意义上实现故障的归零。另一方面,3FA技术体系中,可靠性分析工作更加精细化,并且能从分析入手,进行处理和消除潜在故障的并行控制,保证闭环管理的及时性和稳定性,为设备可靠性的持续性管理予以支持,也为数控机床整体运行效率的优化提供保障。

4结束语

总而言之,在数控机床电气驱动系统管理工作中,要明确具体技术应用的合理性,基于故障树的模型分析,全面评估可能造成系统运行不稳定的因素,处于可靠性管理的考量,综合应用3F技术完成闭环控制工作,确保能最大程度上提高其运行稳定性效果,减少可靠性不足造成的隐患问题,实现经济效益和管理效益的双赢,也为数控机床行业的可持续发展奠定坚实基础。

作者:林新 单位:柳州铁道职业技术学院