开式压力机可靠性分析与提高

引言锻压工业在制造业中占领着重要的地位。它广泛应用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。由于电子技术、信息技术、计算机技术的高速发展，也带动了锻压工业向着数控方向发展。它必将成为数控装备的一个重要的组成部分。压力机特点锻压生产已有悠久的历史，但采用锻压机械生产却只有百余年的历史。锻压工业在机床工业中占有着重要的地位。十九世纪三十年代，世界上出现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十年代生产了一些冲压用的液压机。二十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机及其他锻压设备得到了迅速发展。由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点，所以，工业先进的国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。[3]锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中所占的比重也越来越大。80年代中后期，锻压机械的拥有量在日本为34%，美国32.4%。随着工业的发展，压力机的品种和数量也越来越多，质量要求也越来越高，压力越来越大。它在机[16]械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用越来越显著。冲压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。近年来，曲柄压力机正向着高速和高精度的方向发展，并努力降低噪音，提高安全性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的压力机，更具有先进的水平。[17]2.1课题中开式压力机简介本课题所研究的系列压力机为干式离合开式固定台压力机，其传动系统由交流电动机经过V带带动飞轮，将能量储存于飞轮中，通过干式离合器－制动器，经过一对齿轮减速，带动曲轴连杆机构，使滑块产生上下往复运动。它典型的外形结构如图2-1所示：图2-1该系列开式压力机主要性能参数：项目单位计数参数公称力KN1600公称力行程mm6滑块行程mm180行程次数/min35-50最大装模高度mm350滑块中心至机身距离mm380主电机功率KW15使用空气压力MPa0.55净重Kg14500压力机结构框图建立系统可靠性模型建立的目的是对系统的可靠性指标进行分配、预计、评估的基础，[6]。同时可以根据可靠性模型优化系统设计。本章建立系统可靠性模型包括两部分内容：一是绘制系统可靠性框图；二是建立相应的可靠性数学模型。绘制系统可靠性框图根据不同的用途也包含两部分的内容：基本可靠性框图和任务可靠性框图的绘制可靠性框图是用图形的方法简明扼要地直观表达系统各个功能单元之间的可靠性逻辑关系。可靠性框图中的方框代表功能单元，方框之间的连接线不代表任何单元。系统内部各个单元之间的导线、连接器等应作为一个独立的单元放入方框中。可靠性框图与系统的原理图有着明显的区别，二者不能混淆。可靠性框图表示系统各个功能单元之间的可靠性逻辑关系，系统原理图表示各个功能单元之间的物理关系。可靠性框图的绘制是在分析系统结构及功能的基础上进行的3.1机床结构及功能分析压力机主要由机身，动力与传动系统，冲压系统，气动系统，PLC控制及电气系统，润滑系统，六部分组成，其组成结构图如图3-2所示，图3-1该机床工作原理图如图所示按钮加工气动系统机主控制器床指示灯、驱动系统仪表润滑系统反馈检测图3-23.1.1机身机身是压力机的主要支撑部分，主要由机身，导轨，顶模器，储气筒，工作板台，等附件构成，机床的机械精度和结构参数直接影响到工件的加工质量，特别是对导轨和工作板台的精度要求很高，这样才能保证加工精度，轴承座的加工表面精度要求较高，这样才能与轴承有效配合，油箱盖端盖的密封性也有较高要求，由于机身体主要起支撑及防护作用，机身体必须有较强的刚度保证，机身体的组成结构图如3-3所示。图3-3项目名称项名称项目名称目1垫板2上活塞3上缸体4隔板5下活塞6下缸体7下盖8轴套9O型圈10缓冲螺钉11孔用xy型密封圈12轴用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞杆16缓冲垫17管接头表3-1机身为一整体结构，中部贯通，曲轴支承在前后均为整体的铜套内，齿轮安装在机身的封闭箱体内，上有盖板，箱内注油，使齿轮浸于油内，箱底部有放油管和放油球阀，由于使用浓油润滑，出油可以过滤后接入油箱循环使用，注油的高度由机身左侧的油标确定。机身后上部左右内壁上的两个支撑板来固定电机。机身中部固定有用于储存离合器与平衡缸用气的气泵。导轨部分导轨分为左导轨和右导轨，左右两侧导轨必须保证很高的平行度。导板分为前导板，中导板和后导板，导板起衬垫作用。导轨是滑块的运动副，滑块为整个压力机的工作部，滑轨的安装必须保证高的几何精度，否则会给滑块的工作带来不利影响。顶模器顶模器为选配部件，作用是在冲压过程中将模具顶出，这里介绍圆形顶出面的纯气式顶模器。顶模器的顶出功能由上活塞实现上活塞和下活塞由活塞杆联接在一起，并在各自的汽缸内，以缸体的内圆表面作为向导，做上、下运动。上活塞的上平面敷设了一层钢板，顶杆就置于其上，穿过工作台板垫板的孔和模具相连。压缩空气由汽缸底部通入，经活塞杆轴孔进入上汽缸。活塞上、下死点均装有缓冲垫，以减少冲击。整个气垫安装在机身工作台面上的一个沉孔内。顶出模的顶出力可以通过改变进入汽缸的压缩空气压力进行调整。顶模器的气源由专用储气筒及减压阀提供。气缸内活塞润滑由气路中的油雾器提供。顶模器结构图如图3-4所示。零件名称如表所示。图3-4项目名称项名称项目名称目1垫板2上活塞3上缸体4隔板5下活塞6下缸体7下盖8轴套9O型圈10缓冲螺钉11孔用xy型密封圈12轴用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞杆16缓冲垫17管接头表3-2平衡缸在机身顶部悬挂了两个平衡缸，其活塞杆与滑块体左右两侧壁相连接，以平衡滑块及上模重量，提高平衡缸的运动精度。平衡缸是机床相对独立的部件，可以将平衡缸划分到机身部分。平衡缸的缸体为薄壁筒倒装结构，调整压力机几何精度后，滑块位置偏移，靠平衡缸活塞杆与滑块相连的连接块的间隙进行补偿。平衡缸的润滑用空气管路中的油雾器实现的。其结构图如图3-5所示。零件名称如表3-2所示。图3-5项目名称项目名称项目名称1油封2O型圈3油封4O型圈5缸盖6活塞7汽缸8活塞杆9缸底表3-33.1.2动力与传动系统驱动系统压力机的动力与传动系统主要工作方式为：电动机经三角皮带、摩擦离合器—制动器及传动齿轮驱动曲轴作回传运动。电动机通过橡胶减震垫固定在支撑板上。传动齿轮采用浸油润滑。在曲轴前端部设有曲柄转角指示装置，在与曲轴同步的链轮轴尾部装有一个链轮，它将曲轴的运动同步传送给凸轮控制箱，以此发出压力机操作的各种控制信号，其结构如图3-6.图3-6项目名称项目名称项目名称1前支承压盖2O型圈3前支承4前轴承5曲轴6大齿轮7齿轮端盖8链轮9小皮带轮10电机11调整螺栓12电机底板13离合器及制动器14轴套15O型圈表3-4传动系统中主要由一个曲轴，一个传动轴，大齿轮，飞轮，电机构成，内包括6个O型圈、2个轴承，这些为易损件。离合器与制动器离合器分为干式离合器和湿式离合器，此系列压力机采用组合式气动干式摩擦离合器—制动器，活塞在弹簧力的作用下，将制动摩擦片压紧在制动摩擦盘上，使制动器处于制动状态。当压缩空气（额定为0.55Mpa）通过空气旋转接头进入汽缸时，活塞压缩弹簧，制动器脱开，离合器结合。当压缩空气通过电磁阀释放时，在弹簧力的作用下，离合器脱开，制动器结合。摩擦片的原始间隙为2毫米，材料为半金属摩擦材料。摩擦片的总允许磨损量为4毫米。干式摩擦离合器的结构图如图3-7所示。图3-7项目名称项目名称项目名称1O型圈2O型圈3油封4卸荷套5连接板6离合器与制动器7外压盖8O型圈9旋转接头10O型圈11O型圈12内压盖13O型圈14外隔套15内隔套16轴承17齿轮轴18轴套19轴承座20飞轮21制动导向销离合导向销表3-5离合及飞轮机构一共有6个O型圈，3个轴承，2个油封，这些都是易磨损件。由于离合器属于外购件，资料比较少，对其具体构造没有分析的必要。电机属于外购件，只对其整体进行分析，对其具体构造没有分析的必要。电机实物如图3-83.1.3冲压系统冲压系统是压力机的主要工作系统，通过曲轴的转动，带动滑块作上下运动，冲压系统主要分为连杆，滑块以及滑块附件等。滑块与连杆的联接部比较复杂，也很重要。滑块滑块体是一个整体铸造箱型结构，左右两侧为六面矩形导轨，滑块底面有模柄孔和“T”型槽，以紧固模具。冲压系统的结构图：3-9所示图3-9项目名称项目名称项目名称1连杆瓦2上轴瓦3下轴瓦4连杆5球头螺杆6O型圈7球形盖板8油标9球头销轴10球套11球头座12滑块体13止模螺栓14防护套15油封16方形盖板17内套18O型圈19保险器20退料器21电机表3-6液压超载保护装置滑块体内设有液压超负荷保护装置。如图3-10所示，装置具有瞬时排放高压液体压力有的特点。超载后，高压液体压力迅速排放到油箱，实现对滑块的卸载。超载后，超负荷红色信号灯亮，气动泵自动补油，当液压垫油达到所需值时，气动泵自动停止工作，气动泵工作压力位0.45-0.5Mpa之间。图3-10调模装置滑块内部安装有调模电机，可以调整模具的高度，调模电机的工作原理：电机驱动链轮，链轮与蜗杆相连，再由蜗杆带动安装在连杆上的蜗轮，实现上下移动。如图3-11，图为滑块的剖视图。图3-11项目名称项目名称项目名称1蜗轮2油封3蜗杆4轴承5油封6链轮7制动电机底板8电机9O型圈表3-73.1.4气动系统压力机的气动系统主要由顶模器管路，气动泵管路，离合器管路，平衡缸管路组成，不同支路中均设有气路必须的安全阀、调压阀等，气动系统为压力机的正常工作提供保护、平衡以及驱动离合器，是压力机非常重要的部分。气动原理图如图3-12所示。管接头以及管路的装配精度需要保证，安装要紧固，避免漏气漏油等影响机床工作性能的故障。图3-12项目名称项目名称项目名称1气动二联件2吹件3储气筒（顶模器）4安全阀（顶模器）5放水阀（顶模器）6调压阀（顶模器）7离合器调压阀8压力继电器9安全阀10气动泵调压阀11电磁阀12安全双联阀13放水阀14平衡缸调压阀15安全阀16放水阀表3-8压缩空气由位于机身后下方外壁处送入，压缩空气经过空气滤清器、减压阀及油雾器后进入离合器平衡缸用储气筒及顶模器储气筒，压力为0.7Mpa压缩空气作为气源。压缩空气通过二联件进入平衡缸及离合器储气筒，离合器储气筒出口经一个双联安全电磁阀进入摩擦离合器汽缸，另一个出口经截止阀进气动泵，平衡缸储气筒出口分别通往左右两个平衡缸，顶模器储气筒只有一个出口进入顶模器。离合器储气筒上安装有安全阀和压力继电器，平衡缸储气筒装有安全阀，储气筒内的凝结水可由球阀排出。3.1.5润滑系统本系列压力机的润滑分为以下三种方式：油池浸油润滑：a）传动齿轮浸在机身的齿轮箱内，加油时可卸下油箱顶盖，油量由装在机身侧面的圆形油标指示，油箱底部设有放油阀，有线槽可将回油引入回收装置中。b）调节模高度的涡轮蜗杆装在滑块内的油池中，油池的油量由滑块前面的油标显示，涡轮蜗杆的润滑采用46号抗磨液压油，根据调模的频次，一般每3个月更换一次。c）浓油集中润滑：浓油润滑通过电动泵润滑。电动浓油泵由PLC控制（加油时间设定：开机加油，由递进式分配检测开关发出8个循环动作后，油泵停止工作，机床再动作3000次，如此循环），无需人工操作。浓油采用0号极压理基脂润滑脂。油枪分散润滑，主要有以下几处：制动电机处链条，浓油，6个月；凸轮控制器处链条，浓油，6个月；连杆内螺纹，46号抗磨液压油，3个月；飞轮内轴承，浓油，6个月；离合器导向套，46号抗磨液压油，每班一次；平衡缸活塞导向处，手动稀油润滑，每周一次；图3-12为机床浓油润滑示意图，包括PLC控制部，润滑部位表。图3-13润滑系统主要由管路，管接头，浓油泵，分油器，滤油器，油缸构成，安全装置安全装置主要包括：（1）紧急停止装置，所有的规范动作都具备紧急停止功能，在紧急状态下，按下紧急按钮，开式压力机迅速停止。（2）电机过载保护装置工作负荷应在压力机公称能力之下，以保证安全运行。当发生过载时，过载保护继电器工作，将电机迅速停止，此开关可作为电机的保护装置。（3）二度落检测装置单次规范操作中，如果滑块一行程之后在上死点位置未停车，那么二度落接近开关在上死点位置再次检测到了信号，则二度落开关开始动作，操纵面板上的“异常报警灯”也会常亮。（4）双手操作装置选择双手操作时，左右手必须在0.5秒内同时按下，压力机方可运转，否则必须放开双手，重新操作。（5）液压过载保护装置此装置在机床过荷负载的状态下瞬间作紧急停止，复位时使滑块寸动至上死点，这时，气动泵开始动作，当补油结束后，超负荷指示灯熄灭。此保护装置可保证模具及压力机的安全。光电安全装置当使用脚踏功能时，必须选用光电安全保护装置。用户需根据模具及操作方式对光电保护装置进行调整，并确保操作人员的正常操作处于保护区域。安全装置是压力机使用过程中非常重要的部分，大多数安全装置都由PLC控制，属于电控系统的一部分。3.1.6PLC控制及电气系统本系列压力机为典型的机电气一体化产品，电气系统是以主控PLC为主核心的控制系统，主要包括电机驱动电路，气控阀的驱动，各种附件、信号灯、的控制。可以大体分为：元器件、PLC、线路及按钮，这三个部分。电机控制：调速主电机正传反转电源塑壳断路器正传滑块调整电机反转油泵电机图3-14三个电机均为三相交流电机。电气控制电气由PLC控制，PLC工作原理如图程序输入单元输出单元CPU输输按钮开关指示灯入入接近开关电磁阀模模极限开关报警器组MEMORY组传感器等等周边装置电源供应器图3-15由于PLC控制的元器件很多，要分部分介绍。a）按钮指示灯控制光负连连紧气高双脚反异电荷续续急压低联踏馈常保检预停停监速阀开信复护测置止止测故关号位障电源PLC润单寸连吹超光二润负异滑次动续件程电度滑荷常故信指控落故指指障号示制障示示监离合器控制测图3-16b）阀、部件控制润气计吹凸安光双滑动数料轮全电联油泵器阀控双安阀泵控制联全辅制器电装助阀磁置控阀制PLC图3-173.2机床结构框图建立基本可靠性框图是一个全串联框图，它用以估计产品及其组成单元引起的维修及后勤保障要求。因此构成产品的所有单元都应包括在框图内，包括产品所有用于储备工作模式的单元，因为构成产品的任何单元发生故障后均需要维修及后勤保障。基本可靠性框图的基本信息是根据由文件所规定的构成产品的所有单元取得，并受产品配置所控制。因此，所规定的配置基线应是基本可靠性框图的依据。基本可靠性框图的详细程度应根据可以获得可用信息的产品层次（系统；分系统；设备组件或零部件级）而定，而且其故障率或MTBF等效参数可用来估算维修及[35]后勤保障对产品设计的影响。绘制压力机框图包括以下主要工作：1）框图标题——每个可靠性框图都应该有一个标题，该标题说明框图的层次，工作方式，任务说明等。2）方框顺序——基本可靠性框图中的方框的相对位置时没有物理意义的，但是，为了表示工作过程中事件发生的顺序，应按一定的逻辑顺序排列。3）方框含义——可靠性框图中的每一个方框都应该进行标志。为避免混淆，对具有许多方框的框图应按照有关编码系统的统一规定的代码进行标志。应该专门说明在可靠性框图中未包括的产品中的硬件或功能单元。4）框图假设——在绘制基本可靠性框图过程中，所做的假设为：方框代表对产品可靠性有影响的单元或功能；各方框之间的所有连线不具有可靠性值，只用来表示各方框的连接关系；框图中的任何一个单元或功能故障将使整个产品发生故障；就故障概率而言，框图中一个方框所表示的单元或功能不受其他方框的影响；产品中的软件和操作人员的动作假设完全可靠，且人员与产品之间不存在相互影响的问题。根据绘制压力机基本可靠性框图的内容以及进行的机床结构及功能分析，采[36~37]取从整体到局部，逐步分解、细化的方法绘制开式压力机的基本可靠性框图。开式压力机整体基本可靠性框图机身动力与传动冲压系统气动系统电气与控制润滑系统R(M)R(S)R(C)R(G)R(V)R(L)图3-18<1>开式压力机机身可靠性框图机身体导轨顶模器平衡缸附件（MS）(MD)QPF(M)(M)(M)图3-19子系统机身体导轨顶模器平衡缸功能附件编码MSMDMQMPMF表3-9（1）机身体子系统可靠性框图床身后轴承冲盖板输出轴后罩储气筒压力表孔端盖安装板M01M02M03M05M06SSSSSM04SSM01图3-20零件编码表零件床身后轴承冲盖板输出轴孔盖板后罩储气筒压力表安装板编码MS01MS02MS03MS04MS05MS06MS07表3-10（2）导轨子系统基本可靠性框图左导轨右导轨导轨导板MDGMDB前导板中导板后导板图3-21导轨系编码零件左导轨右导轨前导板中导板后导板编码MDG01MDG02MDB03MDB04MDB05表3-113）顶模器顶模器分三个部分：上腔，下腔，杆系顶模器框图垫板上活塞轴用上缸体xy型密封圈隔板缓冲螺钉O型圈活塞杆轴套螺母O型圈上腔下腔杆系MQSMQXMQG下活塞下缸体下盖孔用xy型密封圈缓冲垫管接头图3-22顶模器编码表上腔：零件垫板上活塞上缸体隔板O型圈缓冲螺钉轴用xy型密封圈编码MQS01MQS02MQS03MQS04MQS05MQS06MQS07表3-12下腔：零件下活塞下缸体下盖孔用xy型密封圈管接头缓冲垫编码MQX01MQX02MQX03MQX04MQX05MQX06表3-13杆系：零件活塞杆轴套螺母O型圈编码MQG01MQG02MQG03MQG04表3-143）平衡缸平衡缸框图汽缸缸底缸盖油封O型圈缸体运动系MPGMPD活塞杆活塞O型圈油封图3-23平衡缸编码表缸体：零件汽缸缸底缸盖油封O型圈编码MPG01MPG02MPG03MPG04MPG05表3-15运动系零件活塞杆活塞O型圈油封编码MPD01MPD02MPD03MPD04表3-16功能附件功能附件框图打料棒打料座放油管放油球阀二度落支架图3-24附件编码表零件打料棒打料座放油管放油球阀二度落支架编码MF01MF02MF03MF04MF05表3-17<2>动力传动系统动力传动系统子系统框图传动系统离合系统电机系统SCSLSD图3-25（1）传动系统框图前支承端盖万向节前支承链轮前轴承O型圈曲轴齿轮端盖大齿轮曲轴齿轮飞轮轴SCQSCF轴套V带轴承座卸荷套O型圈油封齿轮轴飞轮图3-26传动系统编码表曲轴齿轮：零件前支承前支承前轴承曲轴大齿轮齿轮O型圈链轮端盖端盖编码SCQ01SCQ02SCQ03SCQ04SCQ05SCQ06SCQ07SCQ08表3-18飞轮轴：零件轴套轴承座O型圈齿轮轴飞轮油封卸荷套V带编码SCF01SCF02SCF03SCF04SCF05SCF06SCF07SCF08表3-19（2）离合系统框图制动导向销离合导向销外压盖连接板离合器与制动器O型圈旋转接头离合飞轮SLHSLF轴承内压盖内隔套O型圈外隔套油封图3-27离合系统编码表离合编码表：零件制动导向销离合导向销离合器与制动器旋转接头O型圈连接板外压盖编码SLH01SLH02SLH03SLH04SLH05SLH06SLH07表3-20飞轮编码表：零件轴承内压盖内隔套外隔套O型圈油封编码SLF01SLF02SLF03SLF04SLF05SLF06表3-213）电机系框图电机调整螺栓小皮带轮SD01SD02SD03图3-28<3>冲压系统冲压系统子系统框图连杆系滑块系调模系CLCLCL图3-29（1）连杆系框图连杆瓦上轴瓦下轴瓦连杆球头螺栓油封防护套方形盖板O型圈图3-30连杆系零件编码表零件连杆瓦上轴瓦下轴瓦连杆球头螺栓O型圈方形盖防护油封板套编码CL01CL02CL03CL04CL05CL06CL07CL08CL09表3-22（2）滑块系框图球形盖板油标球头销轴内套止模螺栓滑块体球头座球套O型圈保险器退料器图3-31滑块系零件编码表零件球形盖板油标球头销轴内套止模螺栓滑块体编码CH01CH02CH03CH04CH05CH06零件球头座球套O型圈保险器退料器编码CH07CH08CH09CH10CH11表3-23（3）调模系框图涡轮蜗杆油封x2O型圈调模电动电机底板轴承链轮图3-32调模系零件编码表零件涡轮蜗杆油封O型圈掉模电链轮轴承制动电机机底板编码CT01CT02CT03CT04CT05CT06CT07CT08<4>气动系统表3-24气动系统结构图参看，图3-气动系统总框图调压阀安全阀储气筒放水阀调压阀安全阀储气筒放水阀顶模器气路平衡缸气路离合器与气气动二联件吹件动泵气路GDGPGEGCLG电磁阀安全阀压力继电器吹件阀离合器调压阀气动泵调压阀电磁阀（液压过载）安全双联阀气动泵放水阀储气筒图3-33气动系统编码表顶模器气路（GD）零件调压阀安全阀储气筒放水阀编码GD01GD02GD03GD04平衡缸气路（GP）零件调压阀安全阀储气筒放水阀编码GP01GP02GP03GP04离合器与气动泵气路（GL）零件压力继电器安全阀电磁阀离合器调压阀气动泵调压阀编码GL01GL02GL03GL04GL05零件电磁阀（液压过安全双联阀储气筒放水阀气动泵载）编码GL06GL07GL08GL09GL10表3-25<5>润滑系统润滑系统结构图参看3-润滑系统框图曲轴前轴承左前导轨连杆轴承左中导轨右后导轨曲轴后轴承右中导轨左后导轨右前导轨管路、接头浓油泵分油器滤油器浸油润滑油缸LGLBLFLYLJLU调模涡轮蜗杆传动齿轮LJDLGC图3-34润滑子系统编码子系统管路、接浓油泵分油器滤油器浸油润滑油缸头编码LGLBLFLYLJLU管路、接头子润滑系统编码子系统右后导轨曲轴后轴承右中导轨左后导轨右前导轨编码LG01LG02LG03LG04LG05子系统左中导轨连杆轴承左前导轨曲轴前轴承编码LG06LG07LG08LG09表3-26<6>电气控制系统电气系统子系统框图PLC电源电机控制回路仪表、指示灯回路VPVDVJVZ控制变压器阀、部件控制回路按钮回路线路、插头VBVFVNVX图3-35电气控制子系统编码：子系PLC电源统控制变压器电机控制仪表、指示灯按钮线路、插头阀、部件控制编码VPVDVBVJVZVNVXVF表3-27（1）电机控制回路框图交流接触器调速器主电机滑块调整油泵电机塑壳断路器电机回路回路回路中间继电器图3-36电机控制回路子系统编码子系统塑壳断路器主电机回路滑块调整电机回路油泵电机回路编码VJSVJDVJHVJU表3-28（2）指示灯、仪表控制回路VZ光电保护气压监测双联阀故障反馈信号负荷监测光电控制超程指示吹件信号润滑故障监测润滑故障负荷指示异常指示图3-37指示灯、仪表回路子系统编码：子系统光电保护气压监测双联阀故反馈信润滑故障监光电控障号测制编码VZ01VZ02VZ03VZ04VZ05VZ06子系统超程指示光电控制负荷监测润滑故负荷指示异常指障示编码VZ07VZ08VZ09VZ10VZ11VZ12表3-29子系统回路包括了传感器，接近开关，指示灯，仪表，线路，接头等，由于过于复杂，在这里就不一一分析了（3）按钮控制回路框图连续预置连续停止紧急停止高低速脚踏板开关二度落离合器控制异常复位连续寸动单次图3-38按钮控制回路（VN）子系统编码：零件连续预置连续停止紧急停止高低速脚踏板开关编码VN01VN02VN03VN04VN05零件异常复位单次寸动连续二度落编码VN06VN07VN08VN09VN10表3-30（4）阀、部件控制回路框图润滑油泵气动泵控制阀计数器吹料阀凸轮控制器显数器双联阀辅助控制光电安全装置安全双联电磁阀调模保护器图3-39阀、部件控制回路（VF）子系统编码表子系统润滑油泵气动泵控制阀计数器吹料阀显数器编码VF01VF02VF03VF04VF09子系统凸轮控制器双联阀辅助控制光电安全装置安全双联电磁阀调模保护器编码VF05VF06VNF7VF08VF10表3-31控制回路子系统中，沿用零部件的名字，如润滑油泵、气动泵控制阀等，但是回路中不包括这些部件，回路子系统只是包括线路、接头、继电器等，部件在相对系统中也被划分。可靠性数据收集4.1概述随着可靠性及维修性工作的深入开展，可靠性数据的收集工作越来越显示出其重要的价值和作用。人们更深刻地体会到：有效的信息和数据是开展可靠性、维修性、保障性分析的基础，是决策的依据。4.1.1可靠性数据收集的目的收集可靠性数据是为了在产品寿命周期内有效的利用数据，为改进产品的设计，生产提供信息，为生产管理提供决策依据，为保证产品的可靠性服务。具体的说，其目的如下：（1）根据可靠性数据提供的信息，改进产品的设计，制造工艺，提高产品的固有可靠度，并为新技术的研发，新产品的设计特供信息。（2）根据现场使用提供的数据，改进产品的维修性，使产品结构合理，维修方便，提高产品的使用可靠度。（3）根据可靠性数据预测系统的可靠性与维修性，开展系统的可靠性设计和维修性设计。根据可靠性数据进行产品的可靠性分析及可靠性参数的评估。4.1.2可靠性数据的收集可靠性数据分为试验数据和现场数据，试验数据主要是在产品的研制阶段和生产阶段获取。而我们这次国家科技重大专项收集的是机床产品已经投入使用阶段，属于现场数据。可靠性数据的收集应有周密的，我们在调研的基础上，结合机床的特点，制订了针对开式压力机的可靠性数据收集的程序和方法。（1）根据数控车床故障记录表对每台受试机床进行跟踪记录。（2）由用户负责记录故障数据。一旦发生故障，立即根据故障判据和故障类型进行记录，恢复正常工作状态后继续观察。（3）进行中途检查。每隔一定时间，课题组负责此项工作的有关人员到现[36]场了解情况，并就具体问题进行指导。4.2故障的定义和故障的计数原则1）故障的定义及判定原则1）故障的定义①故障：产品不能执行规定功能的状态。预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源的情况下除外，故障通常是产品本身失效后的状态，但也可能在失效前就存在。②关联故障：是指数控机床床在规定条件下使用时，由于其本身质量缺陷而引起的故障。在解释试验结果或计算可靠性特征量的数值时必须计入的故障。③非关联故障：指除关联故障以外的故障，是由于误用或维修不当以及其它外界因素所引起的故障。在解释试验结果或计算可靠性特征量的数值时不应计入的故障。2）故障的判定原则①如果有若干功能丧失或性能超过了规定的界限，而且他们是由同一个原因引起的，则判为机床只产生了一个故障。②如果有一项功能丧失或性能指标超过了规定界限，而且它是由两个或更多个故障原因引起，则每一个独立的故障均判为机床的一个故障。③如果在同一个部位多次出现故障模式相同的间歇故障，则只判机床产生了一个故障。④故障模式相同，由同一个原因引起的重复发生的故障，则只判机床产生了一个故障。2）故障的计数原则数控车床的每一个故障都按关联故障或非关联故障分类。若为关联故障，则每一个故障均按一次故障计数，若属于非关联故障则不计数。②如果数控机床床有若干项功能丧失或性能指标超过了规定界限，而且不能证明它们是由于同一原因引起的，则每一项均判为数控机床的一个故障；若是由同一个原因引起的，则判为只产生了一个故障。③如果数控机床有一项功能丧失或性能指标超过了规定界线，而且它是由两个或更多独立的故障原因引起，则以独立的故障原因数判为故障数。④数控机床偶然出现失常或停运现象，但再次起动就能恢复正常工作，这种偶然事件如在72h内累计达三次，则应计为一次关联性故障；不足三次，则可作为非关联性故障处理。⑤到达寿命规定期限的配套件、耗损件的更换及超期使用的损坏不按故障计数。4.3故障记录表故障记录表有客服信息反馈表和可靠性试验记录表两种。客户服务反馈表是维修人员填写，记录机床损坏情况、配件更换情况的表格。顾客服务顾客单位联系电话名称：地址：联系人：传真：产品型号：出厂编号：出厂日期：投入使用日期：月正常工日故障年月故障作日发生日时停机时维修用时日正常工时时间时间时作时间工作类别：□机械维修□电器维修□设备维护□用户培训□安装调试1.待处理问题叙述（故障部位、现象等详细描述）公司处理意见：问题原因分析（故障原因及机理详细分析描述）设备故障分类（在分类前“□”打√）□设□机械装□电器装□机械加外购件□外协件计配配□工□□材质缺□运输防□用户使检验□其他热处理陷护□用处理情况记录：（如需更换零件，请在下列表格中注明零件的名称、编号、配套件名称及编号、出厂日期、制造商或品种）第一联：品管部第二联：销售部第三联：存根第四联：顾客序更换零件的号出厂日期制造商或品更换后零件注号编牌备名称编号123旧件接受、鉴定人：4.顾客意见或建议：（对客服人员上述问题处理以及那是否同意，并附对本产顾客签字品设计、制造的建议）单位公章顾客满意度□很满意□满意□一般□待改进服务工程师：主管签章：销售部签章：表4-1机床FMEA分析5.1机床故障分析概述随着科学技术的发展，机械设备与产品日趋复杂化、大型化和精密化。产品的使用环境变得更加严酷，因而对产品可靠性要求越来越高。产品的结构千差万别，发生的故障模式也多种多样，必须根据产品的故障模式，研究其故障机理和提出改进措施。对于本文所研究的压力机来说，必须根据具体结构、故障模式进行故障分析，找出其薄弱环节和潜在的弱点，并把故障分析的结果反映给设计、制造及使用单位，以便从设计、制造、使用和维护等各方面采取对策和措施提高产品的可靠性。故障模式及影响分析（FMEA：FaultModeandEffectAnalysis）是可靠性研究的一个重要内容，也是产品可靠性改进设计的重要方法和措施之一。这种方法于50年代初期开始应用于飞机操纵系统，并取得良好效果。60年代后期逐渐走向成熟，发展成为故障模式、影响及危害度分析法（FMECA：FaultMode、EffectandCriticalityAnalysis）。所谓故障模式影响分析(FMEA)就是通过对产品各组成单元的各种故障模式及其对产品功能的影响进行分析，提出可以采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种方法。而故障模式、影响与危害度分析(FMECA)，是“在系统设计过程中，通过对系统各组成单元潜在的各种失效模式及其对系统功能的影响与产生后果的严重程度进行分析，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计方法”，是在FMEA的基础上再加一层任务，即判断这种故障模式影响程度有多大，使分析量化。通过FMEA可达到下面的目的：能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方案。保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑。找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式并分析其影响程度。有助于在设计评审中对有关措施、检测、设备等作出客观。能为进一步定量分析提供基础。能为进一步更改产品设计提供资料。在制造装配中为工程师提供必须注意的问题。为维修人员对在维修中遇到的问题提供参考。5.2故障模式、原因、部位及其代码的确定故障模式，就是相对于给定的规定功能，故障产品的一种状态。更确切一点说，故障模式一般是对产品所发生的，能被观察或测量到的故障现象的规范的描述。压力机的故障模式可分为损坏型、松动型、堵塞或渗漏型、失调型、动作型、功能型、工艺型以及其它型等八种类型。这几种类型故障的说明如下：损坏型。如：曲柄滑块机构连杆的断裂、平衡缸的螺栓断、线路与电缆短路或断路。松动型。如：螺栓、开关等松动。堵塞或渗漏型。如，油路堵塞、不畅、渗油、漏油。失调型。如：滑块停止位置不当。动作型。如：摩擦片无动作、自行停车、机床反转。状态型。如：摩擦片过热、噪声大。工艺型。如：零件加工精度差。其它型。上述七个方面不能包括的故障，如：误报警、润滑不良等。下表2-2是对压力机八种故障模式进行的细化。如表所示故障类型故障模式模式代码01-损坏型01-零部件损坏010102-元器件损坏010203-液、气、油部件损坏010304-电机损坏010405-常用摩擦件、密封件损坏010506-线路、电缆断路或短路010607-气动、润滑油管路、接头损坏010708-护板、护罩损坏010809-模具损坏010902-松动型01-紧固件松动020102-锁紧部件松动020203-预紧机构松动020304-零、部件松动020405-轴窜动或跳动020506-线路与电缆连续不良020607-油管、气管接口松动020703-堵塞或渗漏型01-液、气、油渗漏030102-液、气、油堵塞不畅030204-失调型01-运动部件行程不当040102-滑块停止位置不当040203-滑块动作有冲击040304-压力调整不当040405-电机过载040506-电气按钮不灵敏040607-控制线接错040708-调速不稳定040809-气压元件流量不当040910-超负荷后无法卸载041005-功能型01-运动部件无动作050102-运动部件卡死050203-运动部件过紧050304-运动部件制动失灵050405-控制按钮失效050506-仪表、指示灯失效050607-机床部分功能丧失050708-机床不能启动050806-状态型01-温升过高060102-噪声超标060203-发出异响060304-机床漏气060405-机床漏油060506-运动部件动作冲击过大060607-振动或抖动060708-元器件参数漂移060809-元器件功能丧失060910-气、液控制失灵061011-电机不能正常工作061112-机床未按指令执行061207-工艺型01-几何精度超标070102-定位精度超标070203-工作精度超标070308-其它型01-误报警080102-不能正常操作080203-润滑不良0803表5-1子系统及部件部位代码表部位代码机床部位部位代码机床部位部位代码机床部位D电机E电源L润滑系统V电控系统C冲压系统M床身S主传动系统MP平衡缸SL离合器P外接口G气动系统R其他表5-2原因代码表原因代码故障原因原因代码故障原因原因代码故障原因1断裂16间隙不适31密封件损坏2变形17压力、流量不适32元器件损坏3卡住18行程不适33零部件损坏4烧坏19堵塞34液气油部件损坏5击穿20渗漏35摩擦件损坏6磨损21压力不稳36设计不当7点蚀22漂移37装配不良8误操作23过热38加工工艺不良9错位24过压、过流39电压、电流不稳定10划伤25润滑不充分40开焊11老化26缺油41线路、气路连接不良12腐蚀27过载42干涉13窜动28开路43不明14松动29短路44其他15脱落30传感器误动作表5-35.3开式压力机故障明细表下表为整理后的故障反馈表故障现象模式故障原因原因部位代码代码代码大齿轮有裂纹101大齿轮强度不够1S不能开机104电机损坏33D传动轴断裂101传动轴强度不够1S机床使用过程中断电609PLC故障32V润滑故障103电动油泵损坏33L单次工作不计数609计数器故障32V机床漏气604平衡缸内侧活塞处漏气20MP连杆内有沙孔101连杆加工问题38C机床有异响，有铜粉落下603前支撑铜瓦磨损严重6S二联件故障103二联件漏气34G二联件故障103二联件漏气34G平衡缸漏气（左）604平衡缸不垂直37MP平衡缸气管漏气107设计不合理36MP浓油泵塑料壳裂开108设计不合理33L不能调模507连杆与球头咬死3C机床漏气604旋转接头漏气20SL机床运转时转速时快时慢408电磁调速器故障32V电机启动后不能调速507调速器损坏32V离合器发热601离合器密封圈损坏31SL机床运转声音异常603飞轮轴承故障35S润滑泵漏油605润滑泵故障20L机床声音异常603飞轮轴承异常35S开机不能工作101曲轴断裂1S连杆磨损间隙过大302机床连杆有路不通6C连杆有沙孔101连杆工艺问题38C轴承损坏使电机定子转子摩擦设备电机烧坏104烧坏35D设备工作有异响603飞轮轴承有异响13S曲轴跳动大205前后支撑铜套间隙大37S变压器发热严重（无搭在电气）机床变压器故障601造成烧坏线圈32V机床无法启动508交流接触器损坏32V机床电机不动作611调速器损坏32V机床工作时滑块漏油605油缸漏油20L球座部位漏油605高压油缸漏油20L电气箱内接排线明火烧坏106接线不紧导致41V显数器损坏102显数器损坏32V计数器不计数609计数器损坏32V机床开机后润滑报警803电动润滑泵无压力不出油34L机床有异响，电机震动较大607电机轴承烧坏4S机床双联阀处漏气301双联阀故障34G机床超负荷后无法回位507液压泵损坏33L机床启动时噪音较大602电机损坏33D出厂前皮带轮压盖未锁紧，致使机床工作时无力611皮带轮跟转孔径变大37S夹模器油管破裂，夹模器电磁阀机床夹模器漏油107开关破裂34L机床运输过程中将操作面板撞电气箱工业插头损坏102坏32V计数器无显示609电路无异常，计数器损坏32V平衡缸漏气604密封圈损坏31MP机床电机无法启动508电机损坏33D机床启动时有异响603飞轮轴承损坏35S机床无法运行，气压不足灯亮301离合器漏气，离合器密封圈坏31SL机床使用时电机突然停止102PLC故障32V开机工作后单次冲压无反应507急停开关坏，二度落急进开关坏32V传动轴承响603轴承损坏35S飞轮轴承缺油导致飞轮轴承烧飞轮轴承有异响603坏26S储气筒无响应103储气筒机械式压力控制器损坏34G气垫无气压103气垫调压阀损坏34G脚踏无单次507转换开关损坏32V吹件上2个快速接头损坏，气垫调压阀漏气301调压阀到器表的气管缺少32G液压过载漏油605超载之后高压油缸变形严重2L经常性电机控制器断路102内部性能不稳定32D计数器不工作609输出正常，计数器损坏32V压力控制器处漏气301机械式压力控制器损坏34G机床油泵润滑指示灯常亮506油泵分油器循环指示灯损坏32V单次连续无法动作501万向节断裂1S超负荷灯亮无法正常工作410液压过载故障34G旋转接头漏气301旋转接头密封件损坏31SL机器不能启动508电机抱死33D震动剧烈，噪音很大607电机损坏33D皮带拆除后电机声音异常，电机启动后声音异常603负载后噪音更大，taco阀损坏33D平衡缸异常101平衡缸底部端盖断裂1MP正常工作中过载报警，不保压410气动泵损坏34G平衡缸拉杆磨损，铜套磨损，密平衡缸漏气604封圈磨损6MP平衡缸拉杆弯曲101正常使用中拉杆损坏2MP机床供气左平衡缸有雾气301左平衡缸密封圈损坏，导致漏气31MP机床漏气604气垫漏气，储气罐安全阀漏气34G调模时滑块没有动作501调模电机损坏33C正常操作时连杆螺丝断裂101连杆螺丝断裂1C机床调试103供气气压表损坏34G离合器调压阀无法调压103二联件和离合器调压阀故障34G弄油泵漏油605弄油泵油桶破裂34L气压无法调节301二联件漏气34G二联件漏气107二联件中间连接处损坏41G离合器晃动，声音异常603轴承间隙过大轴套磨损6SL机床不能使用101大齿轮赤断裂1S计数器不计数609计数器损坏32V调速不稳定408调速器损坏32V调速器无显示408调速器故障32V气动泵总需补充液压油301高压油缸漏油34L平衡缸活塞杆断裂101材质问题1MP机床不动作101离合器导向销断裂1SL机床无单双次连续，过载灯常亮410液压过载泵损坏34G过载保护灯常亮，过载保护器漏气301密封圈有异物，卡死或损坏31G浓油泵不出油101浓油泵电机齿轮损坏34L机床工作时飞轮异常噪声603飞轮轴承损坏35S单次无法操作，超负荷指示灯常亮410液压过载启动泵压力匮乏34G滑块高压油缸漏油605球头座上的油封漏油31C机床无法调整模具高度507调模电机损坏33C机床抖动，声音异常607皮带轮松14S机床有异响603离合器导柱断裂1SL离合器连接板扭曲变形，导柱折突然停机101断，摩擦片损坏1SL计数器无显示102计数器损坏32V离合器发热601压力板，连接板，离合部分变形2SL离合器连接板与飞轮的连接导向轴移位，导致连接板变形，变形之后，飞轮与离合器卡死，摩机床无法启动508擦片损坏2SL机床无法启动104电机抱死33D打开电源调模保护器跳闸102两只调模接触器吸入不能回位32V面板显示压力不足404压力继电器损坏34G机床滑块油缸漏油605滑块油封和O型圈损坏31C电机启动后总是出现润滑电动油泵本身供油无压力，无法油故障报警803给予冲床脉冲信号，出现报警34G连杆瓦上瓦内定位销及固定螺冲床闷车403丝全部断裂，上瓦有变形1C前支撑铜套抱轴导致铜套和前机床闷车403支撑轴损坏16C润滑故障一直报警803浓油泵出油压力小，调整后仍报32V警，PLC11ch输出点损坏机床在无冲压状态下出现高压油缸油封在高压状态下不超负荷801能封油，有渗漏31L平衡缸漏气301平衡缸拉杆变形2MP交流接触器断电后不能正常复交流接触器故障102位32V平衡缸与滑块不垂