CN105522404A - 一种卧式加工中心端齿盘b轴转台的装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，在装配前，针对端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因编制装配工艺方案，所述端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因采用如下步骤确定：A、根据转台的功能和动作进行A1级的功能分析，确定转台的一级功能动作以及相应的功能需求；B、分别对转台的每个一级功能动作进行A2级的功能分析，得到转台的二级功能动作以及相应的功能需求；C、对所有的转台的二级功能动作和相应的功能需求进行故障分析，得到转台的潜在故障模式和故障原因。本发明具有提高端齿盘B轴转台的可靠性，降低机床早期故障率；有利于提高产品的生产效率和质量，降低产品整个生命周期过程的成本和时间等优点。

Description

一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法
技术领域
本发明涉及机床装配领域，特别的涉及一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法。
背景技术
根据国家标准GB-6583的规定，可靠性的定义为“产品在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力”，可见当产品不能满足规定的功能或者满足得不好时，可靠性便不能保证。一个好的装配工艺方案不仅能够提高产品生产效率和质量，还能降低产品整个生命周期过程的成本和时间，因此在产品和顾客需求多样化的今天，装配工艺方案的优化和改进就显得举足轻重了。为了提高产品可靠性，国内制造厂家（特别是高档数控机床制造商）普遍采用购买国外高质量的零部件，尽管这些零部件本身的可靠性水平很高，但装配完成后的产品可靠性却远远达不到国外水平，可见装配过程中的可靠性控制对提高产品整机可靠性的重要作用。装配工艺方案对于产品的设计和制造影响非常重要，国内外对于工艺方案的研究工作很多，比如曹杰、易红的《绿色产品制造工艺方案的研究》（《机械工程学报》2002年第7期）对绿色制造的工艺方案进行了决策优化；刘晓冰、杨静萍、马跃的《基于质量功能展开的特钢产品多工艺方案增量设计方法》（《计算机集成制造系统》2009年第15卷第1期）中建立了特钢产品多工艺方案增量设计质量屋模型；然而这些研究都基本上没有考虑可靠性因素。
卧式加工中心机床是复杂的机、电、液、气一体化系统，主要由机架、自动换刀装置(有刀库)、主轴系统、托盘交换系统、B轴转台及其他液压、气动与电控(数控系统）部分构成。
在卧式加工中心机床中，端齿盘结构的B轴转台是卧式加工中心机床的重要功能部件，它是机床加工时承载工件，并能绕B轴旋转的工作台，其主要结构为电机通过蜗轮蜗杆副驱动转台旋转，转台具有以液压缸为动力的升降功能，转台升起时端齿盘脱离啮合，此时转台可以旋转到数控系统设定的角度，降下时上下端齿盘啮合，啮合的端齿盘使机床切削加工时转台锁死，不再转动。该功能部件要求转台升起时旋转自如、升降灵活，噪声小，转台降下时端齿盘啮合可靠、准确。作为卧式加工中心机床的重要功能部件，其可靠性对机床整机的可靠性影响极大，根据统计结果，机床早期故障中很大部分出现在端齿盘B轴转台上，其中，绝大部分故障与装配过程中的装配方法不当有关。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够提高端齿盘B轴转台的可靠性，降低机床早期故障率的卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，有利于提高产品的生产效率和质量，降低产品整个生命周期过程的成本和时间。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，在装配前，根据端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因编制具有相应的可靠控制点和控制措施的装配工艺方案，其特征在于，所述端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因采用如下步骤确定：
A、根据端齿盘B轴转台的功能和动作，采用SADT分析方法进行A1级的功能分析，确定端齿盘B轴转台的一级功能动作以及相应的功能需求；
B、采用SADT分析方法分别对端齿盘B轴转台的每个一级功能动作进行A2级的功能分析，得到端齿盘B轴转台的二级功能动作以及相应的功能需求；
C、采用FMEA分析方法对所有的端齿盘B轴转台的二级功能动作和相应的功能需求进行故障分析，得到端齿盘B轴转台的潜在故障模式和故障原因。
使用时，对端齿盘B轴转台进行二级功能分析，建立起相应的SADT模型，可以准确找出直接影响产品功能的功能动作。对直接影响产品功能的功能动作进行FMEA分析，可以得到影响产品正常工作的潜在故障模式和故障原因。这样，在端齿盘B轴转台的装配工艺方案中，针对潜在故障模式和故障原因编制相应的可靠控制点和控制措施，装配过程中，安装装配工艺方案进行装配，可以避免和减少潜在故障的发生，提高端齿盘B轴转台的可靠性。采用上述方法装配的端齿盘B轴转台的故障率较低，精度较高，节省了维修成本和维修时间，有利于提高产品的生产效率和质量。
作为优化，所述步骤A中的一级功能动作包括：
端齿盘B轴转台的放松：通过液压系统向夹紧油缸加压进油使夹紧油缸的碟形弹簧压缩，从而使端齿盘B轴转台放松；
端齿盘B轴转台的转动：通过驱动电机带动蜗杆蜗轮副使端齿盘B轴转台转动；
端齿盘B轴转台的定位：通过光栅尺的读数反馈给数控系统实现对蜗轮蜗杆副的驱动电机的闭环控制，从而实现端齿盘B轴转台的定位；
端齿盘B轴转台的夹紧：通过夹紧油缸向液压系统的释压使夹紧油缸的碟形弹簧复位，从而使端齿盘B轴转台夹紧；
所述步骤A中的功能需求为转动灵活、分度精确。
作为优化，所述端齿盘B轴转台的放松的二级功能动作为夹紧油缸工作，对应的功能需求为油路畅通和油压稳定；所述端齿盘B轴转台的转动的二级功能动作为蜗杆转动和涡轮转动，二者对应的功能需求均为转动平稳和位置精确；所述端齿盘B轴转台的定位的二级功能动作为光栅尺工作，对应的功能需求为读数准确；所述端齿盘B轴转台的夹紧的二级功能动作为夹紧油缸的碟形弹簧复位，对应的功能需求为夹紧动作可靠和夹紧力适当。
采用上述方法确定端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因，并针对故障模式和故障原因编制装配工艺方案对端齿盘B轴转台进行装配，可以提高端齿盘B轴转台的可靠性，降低机床早期故障率。
综上所述，本发明具有提高端齿盘B轴转台的可靠性，降低机床早期故障率；有利于提高产品的生产效率和质量，降低产品整个生命周期过程的成本和时间等优点。
附图说明
图1为采用本发明方法编制装配工艺的流程示意图。
图2为产品级的SADT模型的结构示意图。
图3为端齿盘B轴转台的A1级SADT模型。
图4为端齿盘B轴转台的A2级SADT模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1~图4所示，一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，在装配前，根据端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因编制具有相应的可靠控制点和控制措施的装配工艺方案，所述端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因采用如下步骤确定：
A、根据端齿盘B轴转台的功能和动作，采用SADT分析方法进行A1级的功能分析，确定端齿盘B轴转台的一级功能动作以及相应的功能需求；
B、采用SADT分析方法分别对端齿盘B轴转台的每个一级功能动作进行A2级的功能分析，得到端齿盘B轴转台的二级功能动作以及相应的功能需求；
C、采用FMEA分析方法对所有的端齿盘B轴转台的二级功能动作和相应的功能需求进行故障分析，得到端齿盘B轴转台的潜在故障模式和故障原因。
可靠性的目的之一是保证产品具有正常的功能，如图1所示，可靠性装配工艺方案可从功能出发，从功能分析得到产品的功能动作和相应的功能需求，然后用FMEA对最后一级的“元动作”和相应的功能需求进行可能的故障分析，得到相应的故障模式和故障原因，最后针对这些故障原因在工艺方案中采取可靠性控制点和控制措施。
功能分析（SADT）：由Ross在上世纪70年代提出的结构分析和设计技术（StructuredAnalysisandDesignTechnique,SADT）常用于零部件的功能分析中，并且在软件工程、航空、制造业等领域得到了广泛应用。根据可靠性驱动的装配工艺方案的概念要求，首先应该对产品进行功能分析。因此利用SADT方法对可靠性驱动的装配工艺进行功能分析，建立起相应的SADT模型（如图2所示）。模型中间的产品功能（如图2所示）可以为决策信息的转化或者为物质的转化，因此作为决策信息或者物质转化的输入流和输出流是不同的，该方法基于零部件的功能分解，得到该产品功能的动作，每个产品功能如图2所示，包括几个输入流和输出流，在可靠性装配工艺方案分析中输入流包括“产品功能的动作（Havingtodoofthefunction,HDF）”，“产品功能的需求（Requirementofthefunction,RF）”和“产品功能的控制（Functioncontrol,FC）”，输出流（Outputofthefunction,OF）表示产品功能的结果。
从图2可知，该产品功能与其动作有一定的联系，为了给下一步的FMEA分析提供依据，需要从该产品功能的需求（RF）分析得到动作的需求（RF）。并且动作又分为一级动作、二级动作甚至三级动作等，一级动作主要是指实现基本功能的最直接动作，二、三级动作主要是指具体的某零件（小单元）的动作（如卧式加工中心的端齿盘B轴转台的转动是其一级动作，蜗杆和蜗轮的转动则是二级动作）。将最后一级动作定义为“元动作”。其中SADT模型可以用An（n=1，2，…表示动作级别）来表示分解的层次级别，A1表示产品级的功能分析，得到的为一级功能动作。因此为了得到完整的“元动作”粒度的SADT模型需要对图1所示的产品级模型继续进行分解，通过对“元动作”和相应的功能需求（RF）的进行故障分析实现产品的可靠性控制。
故障分析（FMEA）：FMEA是一种保证质量和可靠性的预防性方法，是一种自下而上的分析方法，通过对零部件的分析得到可能影响产品正常工作的潜在故障，或者通过风险系数（RiskPriorityNumber,RPN）评定故障对于产品可靠性和质量的影响程度，对影响程度较高的故障采取重点控制。
为了尽可能全面的分析故障模式和原因，FMEA分析通常需要设计和维修部门团队协作完成，并且将产品的维修记录作为FMEA分析的依据之一。在装配工艺方案中，对SADT分析的最后一级的“元动作”和功能需求(RF)进行FMEA分析，得到潜在的故障模式和故障原因，针对这些故障原因采取相应的可靠性控制点和控制措施，这些措施为制定详细的装配工艺提供了依据，并且为了提高产品的可靠性，这些措施也必须在装配工艺文件中得到体现。
采用上述方法确定端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因，并针对故障模式和故障原因编制装配工艺方案对端齿盘B轴转台进行装配，可以提高端齿盘B轴转台的可靠性，降低机床早期故障率。
下面采用上述步骤确定卧式加工中心端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因，根据端齿盘B轴转台的功能和动作进行SADT分析，得到A1级的SADT模型如图3所示，其中详细描绘了端齿盘B轴转台的输入流HDF、RF、FC和输出流OF。
由图4可知，端齿盘B轴转台的第一级功能动作包括：
端齿盘B轴转台的放松：通过液压系统向夹紧油缸加压进油使夹紧油缸的碟形弹簧压缩，从而使端齿盘B轴转台放松；
端齿盘B轴转台的转动：通过驱动电机带动蜗杆蜗轮副使端齿盘B轴转台转动；
端齿盘B轴转台的定位：通过光栅尺的读数反馈给数控系统实现对蜗轮蜗杆副的驱动电机的闭环控制，从而实现端齿盘B轴转台的定位；
端齿盘B轴转台的夹紧：通过夹紧油缸向液压系统的释压使夹紧油缸的碟形弹簧复位，从而使端齿盘B轴转台夹紧；
对应的功能需求为转动灵活、分度精确。
对图3的A1级SADT模型进行进一步分解，可得端齿盘B轴转台的A2级模型如图4所示。
由图4可知夹紧油缸工作、蜗杆转动、蜗轮转动、光栅尺工作和碟簧工作为A2级SADT模型的功能动作（HDF），由于A2级为端齿盘B轴转台SADT模型的最后一级，因此上述功能动作同时又为端齿盘B轴转台的“元动作”。利用上一级功能动作的功能需求进行分解可得“元动作”粒度的相应功能需求。具体为：所述端齿盘B轴转台的放松的二级功能动作为夹紧油缸工作，对应的功能需求为油路畅通和油压稳定；所述端齿盘B轴转台的转动的二级功能动作为蜗杆转动和涡轮转动，二者对应的功能需求均为转动平稳和位置精确；所述端齿盘B轴转台的定位的二级功能动作为光栅尺工作，对应的功能需求为读数准确；所述端齿盘B轴转台的夹紧的二级功能动作为夹紧油缸的碟形弹簧复位，对应的功能需求为夹紧动作可靠和夹紧力适当。
如表1所示，根据端齿盘B轴转台的“元动作”和相应功能需求（RF）进行故障模式和故障原因分析。
表1FMEA分析
由表1可知针对“元动作”粒度的功能分析和故障分析能够得到端齿盘B轴转台详细的故障模式和故障原因，通过对故障原因的控制实现端齿盘B轴转台的可靠性控制。
针对表1可能出现的故障模式和故障原因，需要采取相应的可靠性控制措施才能保证产品的可靠性，如表2所示。同时利用可靠性控制点对相应故障原因进行控制，能够为以后产品可靠性的评审和检测点提供依据。
表2装配可靠性控制措施（部分）
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，在装配前，根据端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因编制具有相应的可靠控制点和控制措施的装配工艺方案，其特征在于，所述端齿盘B轴转台的故障模式和故障原因采用如下步骤确定：
A、根据端齿盘B轴转台的功能和动作，采用SADT分析方法进行A1级的功能分析，确定端齿盘B轴转台的一级功能动作以及相应的功能需求；
B、采用SADT分析方法分别对端齿盘B轴转台的每个一级功能动作进行A2级的功能分析，得到端齿盘B轴转台的二级功能动作以及相应的功能需求；
C、采用FMEA分析方法对所有的端齿盘B轴转台的二级功能动作和相应的功能需求进行故障分析，得到端齿盘B轴转台的潜在故障模式和故障原因。
2.如权利要求1所述的卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，其特征在于，所述步骤A中的一级功能动作包括：
端齿盘B轴转台的放松：通过液压系统向夹紧油缸加压进油使夹紧油缸的碟形弹簧压缩，从而使端齿盘B轴转台放松；
端齿盘B轴转台的转动：通过驱动电机带动蜗杆蜗轮副使端齿盘B轴转台转动；
端齿盘B轴转台的定位：通过光栅尺的读数反馈给数控系统实现对蜗轮蜗杆副的驱动电机的闭环控制，从而实现端齿盘B轴转台的定位；
端齿盘B轴转台的夹紧：通过夹紧油缸向液压系统的释压使夹紧油缸的碟形弹簧复位，从而使端齿盘B轴转台夹紧；
所述步骤A中的功能需求为转动灵活、分度精确。
3.如权利要求2所述的卧式加工中心端齿盘B轴转台的装配方法，其特征在于，所述端齿盘B轴转台的放松的二级功能动作为夹紧油缸工作，对应的功能需求为油路畅通和油压稳定；所述端齿盘B轴转台的转动的二级功能动作为蜗杆转动和涡轮转动，二者对应的功能需求均为转动平稳和位置精确；所述端齿盘B轴转台的定位的二级功能动作为光栅尺工作，对应的功能需求为读数准确；所述端齿盘B轴转台的夹紧的二级功能动作为夹紧油缸的碟形弹簧复位，对应的功能需求为夹紧动作可靠和夹紧力适当。
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