CN107097169A - 一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺，包括先确定托盘交换架装配的可靠性控制点，再根据可靠性控制点制定可靠性控制措施的步骤，其特征在于，所述可靠性控制点采用如下步骤确定：A、元动作的分解：根据“功能（Function）‑ 运动（Motion）‑ 动作（Action）的结构化分解原则，简称FMA分解，将托盘交换架逐步分解到运动单元层和元动作单元层，并构建托盘交换架的基本元动作装配单元；B、确定关键故障；C、确定关键运动故障单元；D、确定关键故障基本事件；E、关键元动作单元的确定；F、可靠性控制点的确定。本发明具有能够有效减少托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性等优点。

Description

一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺

技术领域

本发明涉及机械装配技术领域，特别的涉及一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺。

背景技术

一个可靠性高的装配工艺方案不仅能够提高产品质量，还能降低产品整个生命周期过程的成本，所以装配工艺方案可靠性的高低直接影响着产品的好坏和生产厂商的效益。为了提高产品可靠性，国内制造厂家普遍采用购买国外高质量的零部件方式。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整机可靠性起着非常重要的作用。因此要想提高产品的可靠性可以从提高产品的装配可靠性方面入手。

卧式加工中心机床是复杂的机、电、液、气一体化系统，主要由主机（包括：床身、立柱、主轴箱、工作台）、两工位托盘自动交换、刀具自动交换（刀库、机械手）、主轴恒温冷却、液压站、冷却箱以及电控部分组成。

在卧式加工中心机床中，托盘交换架是卧式加工中心的重要功能部件，它的主要功能是在机床加工时将已加工工件与待加工毛坯进行位置交换，从而实现将待加工毛坯送入加工位，并对其自动定位，同时将已加工工件送离加工工位。整个过程实现机床快速切换已加工零件和未加工零件，提高了机床的加工速度。托盘交换架的主要结构包括以液压升降油缸为动力的托盘升降机构和以液压旋转缸为动力的凸轮机构传动的托盘旋转机构。工作时，先通过液压升降油缸将托盘升起，再通过旋转液压油缸带动凸轮机构旋转以实现托盘的旋转运动。托盘共有两个，两个托盘以中间支撑柱为中心对称分布，工作时，两个托盘分别放置加工工件和待加工毛坯，待加工工件加工完以后，托盘交换架将已加工好工件从加工区移出，毛坯进入加工区。托盘交换后一个托盘放置在回转工作台上，并在加工区进行加工，另一个放置在手动装卸工位上用于工件的装卸。

作为卧式加工中心的重要功能部件，托盘交换架的可靠性对整机的可靠性影响极大，机床工作时要求托盘交换架升降、旋转灵活，噪声小，下降位置准确，能达到设计要求的可靠性指标。统计结果显示，机床故障中很大部分表现为托盘交换架故障，其中，多数故障的产生与装配工艺不完善或装配过程不良有关。而托盘交换架是一个复杂的串联系统，其功能的完成是靠其内部每一个基本的元动作配合来实现的，因此，如何保证每一个元动作正常可靠的运行，使托盘交换架能够正常的运动以及实现应有的功能动作，成为亟待解决的问题。

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：如何提供一种能够有效减少该卧式加工中心托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性的基于元动作分解的托盘交换架装配工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺，其特征在于，包括先确定托盘交换架装配的可靠性控制点，再根据可靠性控制点制定可靠性控制措施的步骤，所述可靠性控制点采用如下步骤确定：

A、元动作的分解：根据“功能（Function）- 运动（Motion）- 动作（Action）”的结构化分解原则，简称FMA分解，将托盘交换架逐步分解到运动单元层和元动作单元层，并构建托盘交换架的基本元动作装配单元；

B、确定关键故障：通过对托盘交换架的历史维修数据或试验数据进行分析，将发生频率最高的故障确定为托盘交换架的关键故障；

C、确定关键运动故障单元：将所述步骤A的运动单元层中与所述步骤B中的关键故障直接相关的运动确定为托盘交换架的关键运动故障单元；

D、确定关键故障基本事件：采用FTA对所述步骤C确定的关键运动故障单元进行故障分析，对托盘交换架的事件概率重要度和近似相对重要度分析后，得出托盘交换架的各基本事件重要度，并按照重要度从大到小排序，根据2\8原则将重要度较高的基本事件确定为关键故障基本事件；

E、关键元动作单元的确定：根据步骤D所确定的关键故障基本事件对所述步骤C确定的关键运动故障单元中的元动作单元进行分析，将与关键故障基本事件相关的元动作单元确定为关键元动作单元；

F、可靠性控制点的确定：根据步骤D中的关键故障基本事件，以及所述步骤A中与关键元动作单元相对应的基本元动作装配单元，确定托盘交换架的可靠性控制点。

采用上述装配工艺，先根据元动作单元分解原则确定托盘交换架的可靠性控制点，然后提出有针对性的可靠性控制措施，能够有效减少该卧式加工中心托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性。同时利用可靠性控制点对相应故障进行控制，能够为以后产品可靠性的评审和检测点提供依据。

综上所述，本发明具有能够有效减少托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性等优点。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为托盘交换架升降油缸部分结构图。

图3为本发明对某型号卧式加工中心托盘交换架的FMA分解元动作单元的分解图。

图4为本发明对某型号卧式加工中心托盘交换架的升降油缸活塞升降元动作装配单元的分解图。

图5为本发明对某型号卧式加工中心托盘交换架的关键运动故障构建的故障树。

图6为托盘交换架基于元动作分解的可靠性控制措施。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1所示，一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺，包括先确定托盘交换架装配的可靠性控制点，再根据可靠性控制点制定可靠性控制措施的步骤，所述可靠性控制点采用如下步骤确定：

A、元动作的分解：根据“功能（Function）- 运动（Motion）- 动作（Action）”的结构化分解原则，简称FMA分解，将托盘交换架逐步分解到运动单元层和元动作单元层，并构建托盘交换架的基本元动作装配单元；

B、确定关键故障：通过对托盘交换架的历史维修数据或试验数据进行分析，将发生频率最高的故障确定为托盘交换架的关键故障；

C、确定关键运动故障单元：将所述步骤A的运动单元层中与所述步骤B中的关键故障直接相关的运动确定为托盘交换架的关键运动故障单元；

D、确定关键故障基本事件：采用FTA（故障树分析法）对所述步骤C确定的关键元动作单元进行故障分析，对托盘交换架的事件概率重要度和近似相对重要度分析后，得出托盘交换架的各基本事件重要度，并按照重要度从大到小排序，根据2\8原则将重要度较高的基本事件确定为关键故障基本事件；

E、关键元动作单元的确定：根据步骤D所确定的关键故障基本事件对所述步骤C确定的关键运动故障单元中的元动作单元进行分析，将与关键故障基本事件相关的元动作单元确定为关键元动作单元；

F、可靠性控制点的确定：根据步骤D中的关键故障基本事件，以及所述步骤A中与关键元动作单元相对应的基本元动作装配单元，确定托盘交换架的可靠性控制点。

采用上述装配工艺，先根据元动作单元分解原则确定托盘交换架的可靠性控制点，然后提出有针对性的可靠性控制措施，能够有效减少该卧式加工中心托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性。同时利用可靠性控制点对相应故障进行控制，能够为以后产品可靠性的评审和检测点提供依据。

其中，FMA结构化分解法中最后一层元动作结构单元为：结构关系相对独立、能够实现一定动作目标或达到一定目的，可控可分析且不需要（也不能）再细分的动作单元，且元动作结构单元构成要素为：机架、动力源、执行件、中间传动件和紧固件五部分。

所述元动作装配单元具体定义为：在装配过程中，由一个实现元动作的基准件为装配基础，可以独立组装、达到规定的元动作技术要求，并能够实现该元动作规定功能的一组零件组成的独立组件。 元动作装配单元划分节本原则为：

1、元动作装配单元可以进行独立组装，并达到规定的元动作功能的技术要求，一般情况下，要求元动作转动或移动要稳定、平稳性好，可靠性高，转动灵活等。

2、元动作装配单元必须包含除动力源（驱动元动作基础件的外部零件）外，能够正确实现该元动作运动功能的所有构件。

3、元动作装配单元在加上动力源之后可以进行独立的试验、测试及其他分析工作。

4、元动作装配单元之间应相对独立，与其他元动作装配单元联系尽可能少，不同元动作装配单元可以共用一个或几个构件；元动作装配单元根据元动作的不同，可以是一个功能部件的一部分，也可能包含整个功能部件或多个功能部件的连接部分。

使用FTA对关键故障元动作单元分析时，分析得到的可靠性控制点需与元动作装配单元相结合，将故障落实到细小的零件上，通过对细小零件的可靠性控制，达到对托盘交换架可靠性的控制。

其中，可靠性控制措施是基于元动作分解所制定的，控制措施所针对的对象为托盘交换架基本的元动作单元。托盘交换架零部件质量改善过程中，零件划分依据为元动作装配单元。

实施例：

如图2～图6所示，对现有的一款型号为THM6363A的卧式加工中心中的托盘交换架进行元动作单元分解，具体步骤如下：

（1）托盘交换架元动作单元分解：分析托盘交换架功能组的结构，将托盘交换架功能组的运动进行分解，其主要运动有：

① 托盘交换架的升降运动；

② 托盘交换架的回转运动；

③ 工作台回转运动。

在附图2的托盘交换架的结构中，完成运动①的机构为托盘上升油缸，在机床加工完零件以后，托盘升降油缸上的液压电磁阀阀门进行开合运动，液压缸内被注入液压油，活塞在液压油的作用下升高，此时两工位托盘交换装置在托盘上升油缸的提升力的作用下向上升起。完成运动②时，托盘交换装置回转油缸的电磁阀阀门打开，活塞在液压油的作用下升高，结托盘交换回转上的齿条开始带动回转装置上的齿轮移动，托盘交换架在托盘交换架回转油缸的作用下绕结构中心转动，工作台在两工位托盘交换装置上随其一直转动。两工位托盘交换装置在旋转了180°后，托盘交换装置回转油缸电磁阀阀门进行开合运动，液压缸内的液压油向油箱排出。两工位托板交换装置在重力的作用下运动，随活塞一起下降。下降到位以后，托盘交换升降油缸电磁换向阀阀门进行开合运动，液压缸开始排油，工作台跟随两工位托板交换装置下降到工作位置。完成运动③时，气动电磁阀阀门进行开合运动，气动销移动，弹簧收缩，然后工人进行手动工作台转动。

根据上述运动的分析，完成托盘交换架功能组中运动①托盘交换架的升降运动所需要的元动作：

1)液压电磁阀阀门开合；

2)升降油缸活塞移动；

3)交换架移动。

完成托盘交换架功能组中运动②托盘交换架的回转运动所需要的元动作：

1)液压电磁阀阀门开合；

2)旋转油缸活塞移动；

3)齿条齿轮移动；

4)交换架移动。

完成托盘交换架功能组中运动③工作台回转运动所需要的元动作：

1)气动电磁阀阀门开合；

2)气动销移动；

3)弹簧伸缩；

4)手动工作台转动。

利用上述对托盘交换架功能组二级运动的分析结果，建立托盘交换架运动的FMA分解过程图，如图3所示。

（2）根据售后维修记录，找出托盘交换架的主要故障模式：根据该产品生产制造公司的售后服务数据统计分析结果，托盘交换架中主要故障现象为运动不到位或超程，其中绝大部分故障为升降油缸升降不到位，在此将升降油缸升降不到位定为托盘交换架关键故障。

（3）结合（1）中机床FMA分解出的元动作单元和（2）中的关键故障，可确定托盘交换架的升降油缸升降为关键故障运动单元。在此建立关键运动故障故障树。故障树如图4所示，表1为托盘交换架故障树符号的含义。

表1 托盘交换架故障树符号的含义

元动作	含义	基本事件	含义
				D1	升降油缸升降失效	X1	液压油不干净有固体颗粒
事件或门	含义	X2	液压油温度过高
				G1	液压压力不足	X3	液压油腐蚀金属壁
G2	流量不足	X4	压力过大损坏密封圈
				G3	泄露	X5	人为错误
G4	溢流阀调阀错误或磨损	X6	管路漏油
				G5	油箱缺油	X7	电气接线错误
G6	泵故障	X8	泵疲劳损坏
				G7	过滤网堵塞	X9	过滤网长期不更换

对托盘交换架事件概率重要度和近似相对重要度分析后得出托盘交换架的各事件重要度按从大到小排序为：X9、X1、X6、X2、X5、X7、X4、X2、X8。根据2\8原则，托盘交换架的关键故障基本事件为：X9、X1、X6。

（4）根据托盘交换架的关键故障基本事件X9（过滤网长期不更换）、X1（液压油不干净）、X6（管路漏油）和托盘交换架升降油缸元动作装配单元，得到关键质量控制点，即托盘交换架可靠性控制点为进出升降油缸油管接头处，密封圈、液压油、过滤网等，该四点需要作重点控制。图3为托盘交换架升降油缸升降动作单元所对应元动作装配单元。

（5）根据提取出的可靠性控制点，按照可靠性驱动的装配工艺制订流程，制订托盘交换架基于元动作分解的的装配工艺可靠性控制措施，各装配工艺的可靠性控制措施（部分）如图6所示。

（6）将（5）中得到的可靠性控制措施加入到该型号卧式加工中心托盘交换架的原有装配工艺，即可形成该型号卧式加工中心托盘交换架基于元动作分解的装配工艺方案。

按照上述方法制定的装配工艺，可以提出有针对性的控制措施，能够有效减少该卧式加工中心托盘交换架的装配故障率，保证产品的可靠性。同时利用可靠性控制点对相应故障进行控制，能够为以后产品可靠性的评审和检测点提供依据。

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 (2)

1.一种基于元动作分解的托盘交换架装配工艺，包括先确定托盘交换架装配的可靠性控制点，再根据可靠性控制点制定可靠性控制措施的步骤，其特征在于，所述可靠性控制点采用如下步骤确定：

A、元动作的分解：根据“功能（Function）- 运动（Motion）- 动作（Action）”的结构化分解原则，简称FMA分解，将托盘交换架逐步分解到运动单元层和元动作单元层，并构建托盘交换架的基本元动作装配单元；

B、确定关键故障：通过对托盘交换架的历史维修数据或试验数据进行分析，将发生频率最高的故障确定为托盘交换架的关键故障；

C、确定关键运动故障单元：将所述步骤A的运动单元层中与所述步骤B中的关键故障直接相关的运动确定为托盘交换架的关键运动故障单元；

D、确定关键故障基本事件：采用FTA对所述步骤C确定的关键运动故障单元进行故障分析，对托盘交换架的事件概率重要度和近似相对重要度分析后，得出托盘交换架的各基本事件重要度，并按照重要度从大到小排序，根据2\8原则将重要度较高的基本事件确定为关键故障基本事件；

E、关键元动作单元的确定：根据步骤D所确定的关键故障基本事件对所述步骤C确定的关键运动故障单元中的元动作单元进行分析，将与关键故障基本事件相关的元动作单元确定为关键元动作单元；

F、可靠性控制点的确定：根据步骤D中的关键故障基本事件，以及所述步骤A中与关键元动作单元相对应的基本元动作装配单元，确定托盘交换架的可靠性控制点。

2.如权利要求1所述的基于元动作分解的托盘交换架装配工艺，其特征在于，所述步骤A中，托盘交换架的运动单元层包括托盘交换架的升降运动，托盘交换架的回转运动以及工作台回转运动；

所述托盘交换架的升降运动的元动作单元层包括电磁换向阀阀门开合、活塞移动以及交换架移动；

所述托盘交换架的回转运动的元动作单元层包括电磁换向阀阀门开合、活塞移动、齿条齿轮移动以及交换架移动；

所述工作台回转运动的元动作单元层包括电磁换向阀阀门开合、气动销移动、弹簧伸缩以及手动工作台转动。