论文部分内容阅读
摘要：机床主轴系统是机床的核心功能部件之一。用于对金属铸件和其他产品进行一系列切割操作，以获得符合要求的最终零件。这里，我们通过故障树分析法掉数控车床主轴系统分析，结合经验，列出了三种具体类型的常见原因，希望能给读者一些有用的参考。
关键词：数控车床；主轴故障；故障树分析
【中图分类号】THB7 【文献标识码】A 【文章编号】2236—1879（2017）16—0202—01
数控机床主轴驱动系统包括主轴驱动，主轴电机，主轴位置检测装置，变速箱和主轴。数控机床主轴驱动系统是主驱动系统，其性能直接决定了工件的表面质量，其自身结构复杂：机、电、气联动，故障率高，其可靠性将直接影响到数控机床的安全性和生产效率。因此，在数控机床的维护保养中，主轴故障诊断非常重要。在本文中，利用故障树分析法对数控机床的故障进行了分析。
故障树分析（FaultTreeAnalysis，FTA）是复杂系统可靠性分析的有效工具。在传统的故障树分析法中，将底部事件的发生概率视为精确值是不完全正确的。本文通过将模糊集理论引入到故障树分析中。通过专家调查方法获得底部事件的发生概率，并将其描述为模糊数。顶点事件概率的概率分布通过模糊数的规则获得。
1.故障树的建立
一般数控车床主驱动系统采用交流主轴电机。主轴箱只有一个主轴，仅使用一组三联三角皮带，通过交流变速电机实现无级变速，无需使用传动齿轮。主轴由一对滑轮和齿形带同步驱动，齿形皮带的弹性由螺丝调节。在具有液压缸的主轴后端，将主轴控制在液压卡盘上进行固定或松开。根据主轴系统的结构和特点，本文以主轴系统故障视为顶事，建立故障树，如图1所示。由图可得主轴系统故障树的结构函数并化简，最终得到：
G001=B01+B02+……+B13+B14
从而可得到该故障树的13个最小割集，即{B01}、{B02}、{B03}……、{B13}、{B14}。由这13个最小割集组成了该故障树的薄弱环节。
2.模糊故障树分析
在故障树分析中，当故障事件发生的概率不能确定并且有一些模糊信息可用时，可以使用模糊数学理论来表示具有模糊数的故障树发生概率。在本文中，使用三角模糊数来表示故障事件发生的概率。为了方便起见，三角模糊数A可以表示为A=（（m-α），m，（m+β）），则其入集合Ah是区间数，可以表示为Aλ=[（m-α）+αλ，（β+m）-βλ。由于篇幅限制，这里省去中间计算过程，将λ从0到1的取值带入公式进行计算，可以容易的得到模糊数PG001在不同置信水平λ下的概率区间，见表1。
3主轴损坏的主要表现
①主轴在運行时噪音较大，但仍然能够以低速工作，提高速度，噪音增大，工件表面会产生振纹，速度增加后不能正常加工工件。
②主轴操作正常，有时偶尔会有严重的声音，当加工件振动时会发出声响，加工不能进行，盘动主轴，可感觉到轴承不光滑。
③主轴锁定，不能运行。
④在实际生产中发现五主轴组件的故障是四个带有四个CNC主轴组件的机架。⑤使用切削液加工不锈钢的车床出现故障的频率较高。
4具体故障分析
以上只是采用纯数学的方法对主轴的故障概率做了模糊分析，我们根据多年来接触到的数控机床主轴故障，总结了以下三类原因。
3.1主轴损坏是轴承腐蚀，磨损造成的。经过分析，主轴前部有迷宫式水箱，轴孔更紧密，固定环收集到液体和排出功能中，较的切削液浸入是不可能的，轴承和筒壁腐蚀，是极少水分，水汽渗透加上轴承润滑不足导致腐蚀，轴承腐蚀会加速轴承磨损，由于高速主轴轴承热容易造成原油稀释，甩离轴承而造成损耗。生产厂家表示主轴是免维护主轴，无需加油，但拆卸20F主轴后（四年无维护），轴承已基本没有油。我们认为，由于可以实现拆卸，可以在一定时间内加油维护，能够大大延长使用寿命，但拆装调试技术有一定难度，不能成功确定，我们将在未来的工作中加大探索力度。
3.2主轴若是带材料架，则更容易损坏。因为，材料架及所放置材料在主轴高速旋转时增加了主轴的负担，现场发现，部分棒料仍然是直线，而有些棒料则可以明显的看到有所弯曲，材料架上的材料在主轴旋转中的高速抖动（越长抖动越厉害），对于变形较大的棒料，开机后便有很大的抖动，虽然出现这种情况后操作人员会停机然后更换棒料，但材料抖动已经对主轴造成了较大的损害。
3.3还有一类情况对主轴的损害较多，就是经常加工不锈钢零件的机床主轴损坏较多，我们和厂方进行了分析，认为虽然机床精度高，性能先进，但其刚度不强，不能承受较强的切割力和振动，不锈钢切割大大难于铜、铝等材料的切割。因此，在实际生产调度中，合理分配处理，尽量避免采用高精度机床加工不锈钢零件。
3.4切削液对主轴系统造成损坏。我们认为生产应尽可能使用切削油，在使用切削液时必须按标准进行配比，确保切削液防锈润滑，冷却性能好。加工时，水头开到够用即可，吹屑避免对着挡环等接缝处，减少渗水的机会，先停水再停机，并空载10？ 20分钟排出水，蒸发进入主轴的蒸汽。对于“51”等长假期的发布，如果没有加工任务，最好以较低的速度运行机器，至少定期给数控系统通电，最好每天都应该通电一次，因为机床的各部件由于油脂凝固，灰尘均匀生锈并影响其静态，动态传动性能，降低机器的精度，油系堵塞是一个很大的麻烦，且确保在启动之前空载20至30分钟。
4结束语
机床主轴是机床的关键部件，它的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有直接的影响。在提高主轴系统刚度、主轴组件精度的同时，有必要对机床主轴进行可靠性分析，找出主轴系统主要故障模式和薄弱环节，进而采取相应措施提高其可靠性和使用寿命。
本文通过引入模糊集理论，实现了数控车床主轴故障树的定量分析。根据用户及工程技术人员日常的经验，总结出部分糊信息，通过运用模糊故障树理论，展开了数控对机床主轴故障的定量分析，得出在不同置信水平下机床主轴发生故障的概率区间，随后又列举了最为常见的主轴损坏的三类原因，希望能为读者解决及避免数控机床主轴故障提供一些帮助。
关键词：数控车床；主轴故障；故障树分析
【中图分类号】THB7 【文献标识码】A 【文章编号】2236—1879（2017）16—0202—01
数控机床主轴驱动系统包括主轴驱动，主轴电机，主轴位置检测装置，变速箱和主轴。数控机床主轴驱动系统是主驱动系统，其性能直接决定了工件的表面质量，其自身结构复杂：机、电、气联动，故障率高，其可靠性将直接影响到数控机床的安全性和生产效率。因此，在数控机床的维护保养中，主轴故障诊断非常重要。在本文中，利用故障树分析法对数控机床的故障进行了分析。
故障树分析（FaultTreeAnalysis，FTA）是复杂系统可靠性分析的有效工具。在传统的故障树分析法中，将底部事件的发生概率视为精确值是不完全正确的。本文通过将模糊集理论引入到故障树分析中。通过专家调查方法获得底部事件的发生概率，并将其描述为模糊数。顶点事件概率的概率分布通过模糊数的规则获得。
1.故障树的建立
一般数控车床主驱动系统采用交流主轴电机。主轴箱只有一个主轴，仅使用一组三联三角皮带，通过交流变速电机实现无级变速，无需使用传动齿轮。主轴由一对滑轮和齿形带同步驱动，齿形皮带的弹性由螺丝调节。在具有液压缸的主轴后端，将主轴控制在液压卡盘上进行固定或松开。根据主轴系统的结构和特点，本文以主轴系统故障视为顶事，建立故障树，如图1所示。由图可得主轴系统故障树的结构函数并化简，最终得到：
G001=B01+B02+……+B13+B14
从而可得到该故障树的13个最小割集，即{B01}、{B02}、{B03}……、{B13}、{B14}。由这13个最小割集组成了该故障树的薄弱环节。
2.模糊故障树分析
在故障树分析中，当故障事件发生的概率不能确定并且有一些模糊信息可用时，可以使用模糊数学理论来表示具有模糊数的故障树发生概率。在本文中，使用三角模糊数来表示故障事件发生的概率。为了方便起见，三角模糊数A可以表示为A=（（m-α），m，（m+β）），则其入集合Ah是区间数，可以表示为Aλ=[（m-α）+αλ，（β+m）-βλ。由于篇幅限制，这里省去中间计算过程，将λ从0到1的取值带入公式进行计算，可以容易的得到模糊数PG001在不同置信水平λ下的概率区间，见表1。
3主轴损坏的主要表现
①主轴在運行时噪音较大，但仍然能够以低速工作，提高速度，噪音增大，工件表面会产生振纹，速度增加后不能正常加工工件。
②主轴操作正常，有时偶尔会有严重的声音，当加工件振动时会发出声响，加工不能进行，盘动主轴，可感觉到轴承不光滑。
③主轴锁定，不能运行。
④在实际生产中发现五主轴组件的故障是四个带有四个CNC主轴组件的机架。⑤使用切削液加工不锈钢的车床出现故障的频率较高。
4具体故障分析
以上只是采用纯数学的方法对主轴的故障概率做了模糊分析，我们根据多年来接触到的数控机床主轴故障，总结了以下三类原因。
3.1主轴损坏是轴承腐蚀，磨损造成的。经过分析，主轴前部有迷宫式水箱，轴孔更紧密，固定环收集到液体和排出功能中，较的切削液浸入是不可能的，轴承和筒壁腐蚀，是极少水分，水汽渗透加上轴承润滑不足导致腐蚀，轴承腐蚀会加速轴承磨损，由于高速主轴轴承热容易造成原油稀释，甩离轴承而造成损耗。生产厂家表示主轴是免维护主轴，无需加油，但拆卸20F主轴后（四年无维护），轴承已基本没有油。我们认为，由于可以实现拆卸，可以在一定时间内加油维护，能够大大延长使用寿命，但拆装调试技术有一定难度，不能成功确定，我们将在未来的工作中加大探索力度。
3.2主轴若是带材料架，则更容易损坏。因为，材料架及所放置材料在主轴高速旋转时增加了主轴的负担，现场发现，部分棒料仍然是直线，而有些棒料则可以明显的看到有所弯曲，材料架上的材料在主轴旋转中的高速抖动（越长抖动越厉害），对于变形较大的棒料，开机后便有很大的抖动，虽然出现这种情况后操作人员会停机然后更换棒料，但材料抖动已经对主轴造成了较大的损害。
3.3还有一类情况对主轴的损害较多，就是经常加工不锈钢零件的机床主轴损坏较多，我们和厂方进行了分析，认为虽然机床精度高，性能先进，但其刚度不强，不能承受较强的切割力和振动，不锈钢切割大大难于铜、铝等材料的切割。因此，在实际生产调度中，合理分配处理，尽量避免采用高精度机床加工不锈钢零件。
3.4切削液对主轴系统造成损坏。我们认为生产应尽可能使用切削油，在使用切削液时必须按标准进行配比，确保切削液防锈润滑，冷却性能好。加工时，水头开到够用即可，吹屑避免对着挡环等接缝处，减少渗水的机会，先停水再停机，并空载10？ 20分钟排出水，蒸发进入主轴的蒸汽。对于“51”等长假期的发布，如果没有加工任务，最好以较低的速度运行机器，至少定期给数控系统通电，最好每天都应该通电一次，因为机床的各部件由于油脂凝固，灰尘均匀生锈并影响其静态，动态传动性能，降低机器的精度，油系堵塞是一个很大的麻烦，且确保在启动之前空载20至30分钟。
4结束语
机床主轴是机床的关键部件，它的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有直接的影响。在提高主轴系统刚度、主轴组件精度的同时，有必要对机床主轴进行可靠性分析，找出主轴系统主要故障模式和薄弱环节，进而采取相应措施提高其可靠性和使用寿命。
本文通过引入模糊集理论，实现了数控车床主轴故障树的定量分析。根据用户及工程技术人员日常的经验，总结出部分糊信息，通过运用模糊故障树理论，展开了数控对机床主轴故障的定量分析，得出在不同置信水平下机床主轴发生故障的概率区间，随后又列举了最为常见的主轴损坏的三类原因，希望能为读者解决及避免数控机床主轴故障提供一些帮助。