楊争(zhēng)鋒

（農産品加工(gōng)智(zhì)能裝備星創天地）

1　簡述

1.1 機械故障診斷研究(jiū)的目的

數(shù)控高(gāo)速沖床是在自動沖壓生成線(xiàn)上完成闆料高效率、高精密沖壓加工的自動化沖壓設備(bèi)。随着技術(shù)的不斷進步，數控高速沖床日趨智能化和精密化，對其可靠性的要求也越來越高(gāo)。當前，我(wǒ)國國産數控高速沖床的可靠性水平與國外發達工(gōng)業國家的相比具有較大差距，而産品的(de)可靠性直接影響産(chǎn)品的市場(chǎng)競争力。因此,提高國産數(shù)控高速沖(chòng)床的可靠性水平(píng)來應對當今競争(zhēng)激烈的市場環境是(shì)我們的當務之急。故障分析是實現(xiàn)數控高速沖床可靠性(xìng)水平增長的重(zhòng)要(yào)環節。本文以國産數控高速(sù)沖床為研究對象,重點圍繞數控高速(sù)沖床的故障分析技(jì)術展開深入的研究。

1.2冷卻潤滑子(zǐ)系統故(gù)障模式分析

冷卻潤滑子(zǐ)系統是發生(shēng)故障Z為頻繁的部位,在(zài)曆史故障數據(jù)中主要表現為油冷裝置不制(zhì)冷、油管及管接(jiē)頭的漏油、潤滑油泵故障。因此，冷卻潤滑子系統是影響數控高速沖床可靠性的(de)重要因素。此外，電氣子系統與(yǔ)液壓(yā)鎖緊(jǐn)子系統也是(shì)故障頻率較高的(de)的故障部位。

2　高速沖床

國内外(wài)對數控機床的研發，主要面向高檔次，包(bāo)括高速、高精、多軸聯動複合加工等(děng)，但是随着複合功能的增多和密集技術的引(yǐn)入，故(gù)障隐患增多，先進功能和性能不能(néng)維持，先進性也就失去其意義。因此，提高數控機床的可靠性水平，尤其是國産數控機床的可靠性水平，提高國産數控(kòng)機床在國内的市場占(zhàn)有率和競争力是我們的當務之急。以往關于國産數控機床在可靠(kào)性方(fāng)面(miàn)的研究主要以數控金切機床為主,而關于數(shù)控高(gāo)速沖壓設備的可靠性方(fāng)面的研究在國内卻比較匮乏。

數控高速沖床又稱數控高(gāo)速壓力機是一種(zhǒng)能高效完成闆(pǎn)材的落料、沖孔、成型等(děng)沖(chòng)壓工藝的機電(diàn)一體化産品，具有柔性好，生産效率高，加工精度穩定的(de)優點。高速沖床的基本工作原理是(shì)利用調速電機、皮(pí)帶、飛輪帶動(dòng)曲柄(bǐng)滑塊機構工作，此結構(gòu)将飛輪的旋(xuán)轉運動變成滑塊的(de)往複運動，将(jiāng)飛輪儲(chǔ)存的能量轉換為模具的沖壓(yā)能,進而實現闆(pǎn)材的高速沖壓(yā)成形。在級進模和自(zì)動送料裝(zhuāng)置等輔助機械的配合下,數控(kòng)高速沖床能高效的(de)進行自動化沖壓作業。近些年(nián)來,随着電子、通訊、計算機、家電及汽車工業的不斷發(fā)展，對沖壓零件的需求量越來越(yuè)大，如中小型電(diàn)機的定轉子矽鋼片、刮(guā)臉刀、IT芯(xīn)片等，這些沖壓零件很适合在數控高速(sù)沖床上進行大批量生(shēng)産。市場的需求帶(dài)動了數(shù)控高速沖床的不斷發展，國(guó)産數(shù)控高速沖床在速度、噸位(wèi)、精度等方面都有了長足(zú)的進步。但(dàn)是，根(gēn)據課題組調研獲得的國(guó)産數(shù)控高(gāo)速沖床可靠性水平評估(gū)結(jié)果,我(wǒ)國具有代表性的國(guó)産某型(xíng)數控高速沖床的平均故障間隔時間(MTBF）大約為(wéi)325小時，與國外900小時的(de)水平相去甚遠。國産數控高速沖(chòng)床的可靠性(xìng)水平(píng)低下(xià)，先進的功(gōng)能和性能(néng)得不到維持，失去了先進性的意義，并且易出故障的産品将嚴重影響其在用戶中(zhōng)的口碑及其市場(chǎng)的占有率。

3　故障(zhàng)分析(xī)

3.1數控(kòng)機(jī)床結(jié)構

數控高速沖床(chuáng)屬于複雜的機電一體化(huà)産品(pǐn)，由大量的零部件組(zǔ)成。圖1所示為一種國(guó)産閉式雙點數控高速沖床的(de)生産(chǎn)線實(shí)物圖。

圖1數控高速沖(chòng)床生(shēng)産線(xiàn)實物圖

1. 料架；2.校平機；3.送料機；4.高(gāo)速沖床；5.控制櫃

該型數控高速沖床的特(tè)點如下:1)采用一級帶傳動，沖壓行程(chéng)次數高，沖壓加工的工作效率高;2)機(jī)身采用高強度(dù)鑄(zhù)鐵分體結構，底座和衡梁用四根拉緊螺杆拉緊，機身剛性好，角變形小;3)采用組合式幹式摩擦離合器(qì)-制動(dòng)器，噪音(yīn)小，離合扭矩大，制動角小;4)四點式曲軸支(zhī)承(chéng)結構(gòu)，可增加曲軸強度，變形小，剛性好(hǎo)，抗偏載能力好;采用滾動軸承支承(chéng)，運行穩定，發熱少，精度高;5)采用導柱(zhù)導套結構，消除連杆擺動時對滑塊産生的側向力，滑塊采用滾珠花鍵(jiàn)軸承導向，保證(zhèng)滑(huá)塊運(yùn)行精度;6)機身設有動平衡系統，可緩解機床振動(dòng)和噪音，延長模具使(shǐ)用壽(shòu)命，改善勞動環境;7)裝模高(gāo)度調節螺杆設有液(yè)壓式鎖緊裝置，确保滑塊下死點精(jīng)度;8)采(cǎi)用稀油強制循環潤滑系統(tǒng)，具有油路故障報警功能;9)采用平衡氣(qì)缸裝置，平衡滑塊與上模的重量，使(shǐ)壓力機運行更(gèng)平穩(wěn);10)采用變頻器調(diào)速電機，行程次數可調(diào);11)采用可編程控制器PC，電(diàn)子凸輪及電子凸輪控制器，人機界面，實現(xiàn)對機床的(de)自動化(huà)、數字化(huà)控制，操作方便，性能優(yōu)良。

為了正确的描述故障，準确定義故障發生的部位，找出(chū)影響系統可(kě)靠性(xìng)的關鍵部位，應對(duì)數控高速沖床進行子系統的劃分，根據相關鍛壓手冊給(gěi)出的劃分方法和故(gù)障樹分析(xī)的需要，将該?床(chuáng)劃(huà)分為8個子系統，代(dài)碼表見(jiàn)表1。

3.2冷卻潤(rùn)滑子系統故障樹(shù)

冷卻潤滑子系統為數控高速沖床的各個關鍵運動(dòng)部件提(tí)供潤滑油循環潤滑，并利用油冷機對潤滑(huá)油(yóu)進行冷卻。潤滑油泵從機床(chuáng)底部的(de)潤滑油箱吸油并建立壓力，壓(yā)力潤(rùn)?油經過濾器過濾，通過壓力閥，将油壓控制到所需壓力，由分油器将壓(yā)力潤滑油輸出到各個潤滑點，潤滑點主要包括滑(huá)塊(kuài)的導柱導套，曲(qǔ)軸上的(de)軸承組件，動平(píng)衡滑塊等，Z後經潤滑油回路(lù)回到油箱。當潤滑油壓超出規定的壓力(lì)區間時，機床油壓(yā)檢測(cè)報警會被觸發。油冷機同時對油箱的潤滑油(yóu)進行循環冷卻，并具有溫度檢測與報警功能。冷卻(què)潤滑(huá)子系統的故障樹見圖2。

圖2冷(lěng)卻潤(rùn)滑(huá)子系統的(de)故障樹

4　高速沖床冷卻潤滑子(zǐ)系統故障診斷采用的技術手(shǒu)段

4.1油液理化性能分析

監測由于添加劑損耗或基礎油衰變引起(qǐ)的油品物理或化學性(xìng)能指标的變化程(chéng)度，來監測設備的潤滑狀況以及設備潤滑不良而引起的故障。

4.2磨損微粒檢測技術

通(tōng)過對油液中攜帶的(de)磨損微粒的尺寸、形貌、含量等狀态(tài)，實現對設備磨損狀态的(de)監測與診斷。

高速沖床的冷卻潤滑子系統(tǒng)故障主要涉及磨(mó)損微粒檢測技術，總(zǒng)結為油(yóu)液分析技術(shù)。

4.3油樣分析

1、了解被測(cè)設備的情況

（1）機器的機構及潤(rùn)滑方式:摩擦副相對運動的類(lèi)型、潤滑方式等。

（2）摩擦副(fù)材料的性能:材料成分，熱處理情況，表面硬(yìng)度。

（3）機器運行條(tiáo)件:轉速、載荷、溫度、有否異常等。

（4）設備運轉曆史及維修保養情況:上次大修時間。原因、措施等。

（5）潤滑油(yóu)性能。

2、油樣抽取(qǔ)

油樣抽取應保證所取出的油樣具有(yǒu)代(dài)表性。

(1)取(qǔ)樣部位

a.循環油路:選在回油管路經過過濾器之前部位;

b.非循環油路:停機後半小時(shí)内取樣，在整個(gè)油箱一半稍深處(chù)。

(2)取樣(yàng)間隔

視機器(qì)的重要性、使用性、負荷特性而(ér)定。高速沖床屬于(yú)地面(miàn)液壓系統，跑合(hé)階段和失效前夕階(jiē)段(duàn)取樣間(jiān)隔為80小(xiǎo)時，正常階段取樣間隔為200小時。

(3)采樣規範

a.對某一待監(jiān)測的設備，一定要固定取樣位(wèi)置、取樣時間;

b.保證吸油器具的清潔、無污染，無殘油，無其它雜質混入(rù);

c.動作小心，不(bú)讓污染雜質帶入油樣及待監測的設備(bèi)。

(4)原始數據(jù)記錄完整

4.4 油液(yè)分析的主要方法

1.油液理化性能檢測

采用油液的物理化學化驗(yàn)方法對(duì)油液的各種(zhǒng)理化性能進行測定(dìng)。需要分析的項目:粘(zhān)度、水分、閃(shǎn)點、酸度(dù)、雜質等。

粘度（GB266-77）      水分(fèn)（GB/T260-1977）

閃點（GB/T261-1983;GB/T267-1988

酸值(zhí)（GB/T264-1983）  灰分（GB608-65）

凝點（GB/T510-1983）  機械雜質（GB/T511-1988）

2.光譜分析

通過檢測(cè)油液中所含各種元素的(de)含(hán)量，反推出含有這些元素的機械零部件的(de)磨損(sǔn)狀态。

（1）分光光(guāng)度計法(fǎ)：優(yōu)缺點

優(yōu)點:靈敏度高.準确(què)度(dù)與穩定性較好 ,對微量元(yuán)素的分析效果好，缺點:速(sù)度慢，不同(tóng)元素要配制不(bú)同的溶(róng)液。

（2）原子發射光譜(pǔ)分析(xī)法優缺點

優點(diǎn):油樣不需預處理(lǐ),分析速度快;讀數(shù)準确，重複性好，分析容量(liàng)大。缺點:價格昂(áng)貴，安裝條件較(jiào)嚴格，實驗(yàn)費用(yòng)高;與鐵譜技術相(xiàng)比，探測(cè)較大粒度(dù)磨粒的靈敏度低，不(bú)能獲得磨屑形态方(fāng)面(miàn)的信息。在判斷磨損類型和預報災變發生的能力方面存在不足。

3.鐵譜分析

鐵譜分析原理：利用高梯度的強磁場将潤滑油中所含的機械磨損碎屑(xiè)按(àn)其磨粒大小(xiǎo)有序(xù)分離出來，通過(guò)對(duì)磨屑的形狀(zhuàng)、大小、成分、數量及粒(lì)度分(fèn)布等進行定性(xìng)與定量的觀察、判(pàn)斷設備磨損狀況、預報零部件的失效。優點(diǎn)：應用範圍廣，能分離出潤滑(huá)油中(zhōng)含有較寬尺(chǐ)寸範圍的磨屑。可對磨(mó)屑進行定性觀察分析和定量測量，以判斷機器的磨(mó)損程度，還可對磨屑(xiè)的組成元(yuán)素進行分析，以判斷磨屑産生的部位。缺點：對潤滑油中非鐵系顆粒的(de)檢測(cè)能力低;(2)規範化不夠，分析結果對操作人員的經(jīng)驗(yàn)有較多的依賴性(xìng);(3)對大規模設備(bèi)群的診斷工作不(bú)很适應。

4.顆粒計(jì)數法

對油樣中的顆(kē)粒(lì)進行顆粒(lì)度測(cè)量,按預選的顆粒範圍進行(háng)計數,通過與标準的對比，獲得油液污染(rǎn)度的評價。随着電子技術的發展，自動顆粒計數器具有(yǒu):計(jì)數速度快、準确度高、操作簡便等特點(diǎn)。顆粒計數器按原理可分為:遮光型、光散型、電(diàn)阻型。其中遮光型顆(kē)粒計數器應用Z廣泛。

5.磁塞法

将一(yī)個永磁或電磁的磁(cí)塞探頭插入潤滑(huá)系統(tǒng)的管路中，收集、探測油液系統中在用潤(rùn)滑油所含的磁性顆粒。借(jiè)助(zhù)于放大鏡和人眼觀察、分析(xī)被采集的磁性顆粒的(de)大小、數量、形狀等特征，簡易判斷(duàn)設備磨損狀态。

5　故障(zhàng)防治措施

通由數(shù)控(kòng)高速沖床(chuáng)的故(gù)?樹分析結果可?冷卻潤滑子系統在子系統重要度排序(xù)中位列，是重要度Z高的子系統，即對機床可靠性影響Z大。因此，按子系統重要度的高低，對冷卻潤滑子系統提出可靠性保障及改進措施。

通過數控高速沖床故障(zhàng)樹(shù)分析,給出(chū)了冷卻潤滑子系統故障樹底事件的重要度排序。根據排序結果可以看出，底事件“油冷(lěng)裝置不制冷”、“接(jiē)頭漏油”、“油管漏(lòu)油”的概率重要度的排(pái)序靠前。在數控高(gāo)速沖床曆史(shǐ)故障數據的統計中,冷卻潤滑子(zǐ)系統在故(gù)障部位統計中為故障頻(pín)率(lǜ)Z高的子系統，該統計結(jié)果與(yǔ)故障樹分析結果相符。

冷卻(què)潤滑(huá)子系統在故(gù)障模式統計中主要(yào)的故障模式為“液(yè)、氣、油滲(shèn)漏”和“油冷(lěng)裝置無制冷”。在危害(hài)性矩陣(zhèn)中屬于危(wēi)害(hài)性程度較高的故障模式。所以為故障模式“油冷裝置不制冷”、“接頭(tóu)漏油(yóu)”及“油管(guǎn)漏油”提出如下可靠性保障及改進措施建議:

表2可靠性保障及改進措施

6總結

本文針對數控(kòng)高速沖床的結構進行了簡單介紹(shào)，之後對高速(sù)沖(chòng)床的子系(xì)統進行分類介紹，然後進行了(le)冷卻潤滑子系(xì)統的(de)故障分析與研究。介(jiè)紹了常見的油液分析技術在高速沖床冷卻潤(rùn)滑子系統故障診斷中的應用。總(zǒng)結了一般油液分(fèn)析(xī)的方法步驟及(jí)優缺點，并且針對(duì)危害(hài)較大的兩種故障提出(chū)了針對性防治措施。但(dàn)要切實提高數控高速(sù)沖床的可靠性(xìng)水平還存在一些不足需要(yào)進一步(bù)完善,存在一些難題需要進一步探索。

參考文獻

[1]劉水(shuǐ)平,朱彩蓮,楊壽智.數控沖床中常用檢測元件的故障分析與維修[J].機床與液壓,2015,43(20):183-186.

[2]陳太瓊.數(shù)控轉塔沖床(chuáng)的維護保養[J].中國設備工程,2011(02):36-38.

[3]張罡,石為人. 故障樹分析法在數控機床故障診斷系統中的應用(yòng)[C]//.2004全國虛拟儀器大會(huì)論文集（二）,2009:56-59.

[4]張英(yīng)芝,賈亞洲,杜慶林,朱黎輝.數控沖床故障分(fèn)析(xī)[J].機床與液壓,2004(09):187-188.

[5]張英芝,賈亞(yà)洲,張學文,杜慶林.數控沖(chòng)床的故障概率分布模型[J].吉林(lín)大學學報(工學版),2004(02):264-267.DOI:10.13229/j.cnki.jdxbgxb2004.

[6]張(zhāng)根保,孫(sūn)曉丁(dīng),鞠萍華,張會傑,程岩松.某高速沖床潤滑系統環境适(shì)應性研究[J].鍛壓技術,2013,38(03):85-89.

[7]黃兆哲.數控高速沖床的故障分析與研究[D].吉林大(dà)學,2013.

[8]李(lǐ)太福.高速沖床主傳動系統可(kě)靠(kào)性設計技術研究[D].南京理工(gōng)大學,2012.

[9]戴明凡.油液分析光譜儀研制關鍵技術及光譜數據分析研究[D].中國計量大學,2020.DOI:10.27819/d.cnki.gzgjl.2020.000120.[10]

[10]龐新宇,闫宗慶.機械設備智能化油液分析技術研究現狀[J].液壓(yā)與氣動,2020(09):56-66.

[11]楊仕(shì)通. 基于油液分析的工程機械狀态檢測(cè)技術研究[D].石家莊鐵道大學(xué),2018.