专利名称：一种卧式加工中心机床早期故障检测方法
技术领域：
本发明涉及一种以激发早期机床故障为目的的故障检测方法，尤其涉及一种针对 具有连续分度B轴的卧式加工中心机床，对其除电气控制外的机床其他部分进行早期故障 检测的方法。
背景技术：
具有连续分度B轴的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、连续分度B轴转台及其他液压、 气动与电控(数控系统)部分构成，其中，托盘交换系统的主要功能是实现机床加工时将已 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；而B轴转台是机床加工时承载工件，并能绕B轴旋转 的工作台。该机床能完成4轴联动加工，具有高精高效的加工特点。因该类机床结构的复杂 性，其可靠性受零部件质量、装配工艺及设计的影响，另一方面，在机床出厂前，机床制造企 业难于发现机床设计、加工、装配过程中的潜在缺陷，无法很好地保证出厂机床的可靠性。根据对机床进行跟踪统计的结果，机床出厂后在使用过程中，其失效和出现故障 的概率在时间上呈浴盆曲线分布。机床出厂之后存在一个早期失效期，这个时间段内，机床 出现故障的概率较大，这种故障称为早期故障。故申请人考虑到如果能够设计一种可以激 发机床早期故障，以在机床出厂前发现潜在缺陷的机床早期故障检测方法，则可以降低出 厂机床的早期故障率，对提高出厂机床的可靠性，具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对上述不足，提供一种可以激发机床早期故障的 卧式加工中心机床的早期故障检测方法，从而找出机床潜在缺陷，从而为提高出厂机床可 靠性创造条件。为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案
一种卧式加工中心机床早期故障检测方法，其特点在于，所述卧式加工中心机床为具 有连续分度B轴的卧式加工中心机床，本方法包括以下步骤，
(1)非切削加工试验步骤所述非切削加工试验步骤包括①对机床整机系统进行安装 和调试，使其能正常运转；②对B轴转台、托盘交换系统、刀库加载，加载方法如下B轴转台 装夹毛坯，所述毛坯质量为机床的最大加工工件质量，B轴转台的旋转速度设定为设计最高 转速，所述毛坯最大高度和最大直径不超过机床的最大加工范围；托盘交换系统的交换速 度、升降速度按设计正常加工速度选取；按刀库能承载的最大单把刀具质量选用刀具，并将 其装入刀库，装入刀库的刀具总质量不超过刀库允许的最大质量，刀具的安装位置位于使 刀库振动强度最大处；试验时换刀速度按机床设计最大换刀速度设定；③根据模拟加工工艺编写加工程序并输入系统中，所述模拟加工工艺要求机床X、Y、Z轴速度达到机床设计最 高速，机床运动部件都需要运动且要能达到设计最大运动时间；同时所述模拟加工工艺要 求刀具进行模拟加工，刀具不能触碰毛坯，只是围绕毛坯运动；④开机通电，运行数控程序， 运行时间不低于48小时，运行期间按照以下缺陷判断原则进行判断如数控系统出现故障 报警，则判断机床具有缺陷；监测液压系统，如果液压站输出液压波动超出2%、流量波动超 出0. 5%、温度超过60°C、连续运转M小时温升超过20°C或者液压站主管道到各子系统的 接头处出现泄漏，即判断具有缺陷；检测冷却系统，如果冷却系统输出压力与流量波动超出 2%，即判断具有缺陷；监视排屑系统，如果机内螺旋排屑器出现卡、堵现象或者机外排屑器 出现泄漏情况，即判断具有缺陷；监视B轴转台，如果B轴转台转动时噪声超出80分贝、出 现抖动现象、锁紧气缸出现漏气或者不能锁紧，即判断具有缺陷；监视托盘交换系统，如果 两托盘振幅最大处的振动幅值超过5mm或者托盘旋转到位时无法缓冲，即判断具有缺陷； 监测主轴系统，如果轴承位置温度超过60°C、旋转接头无法旋转或出现泄漏、前轴承支撑处 振动幅值超过0. 002mm、噪声超过65分贝、主轴锥孔吹气不通或切屑不能吹净，即判断机床 具有缺陷；
如果按照上述缺陷判断原则未判断出机床具有缺陷，则切削加工出第一个标准检验工 件，并继续进行下述步骤(2)，其中所述第一个标准检验工件需要选择至少具有一个中心 孔、一个工件定位后呈横平竖直正方形的四周表面、一个工件定位后呈倾斜的正方形的四 周表面、一个外圆表面和数个内孔的工件；
(2)切削加工试验步骤所述切削加工试验步骤包括①调试机床并对B轴转台、托盘 交换系统、刀库加载；加载方法和步骤(1)加载方法相同；②根据切削加工工艺编写加工程 序并输入系统中，所述切削加工工艺要求机床X、Y、Z轴速度达到机床设计最高速，机床运 动部件都需要运动且要能达到设计最大运动时间；同时所述切削加工工艺要求刀具进行实 际切削加工，并一直连续加工直至毛坯件被切削到无法继续加工为止；④开机通电，运行数 控程序，运行期间按照以下缺陷判断原则进行判断如数控系统出现故障报警，则判断机床 具有缺陷；监测液压系统，如果液压站输出液压波动超出2%、流量波动超出0. 5%、温度超过 60°C、连续运转M小时温升超过20°C或者液压站主管道到各子系统的接头处出现泄漏，即 判断存在缺陷；检测冷却系统，如果冷却系统输出压力与流量波动超出2%，即判断存在缺 陷；监视排屑系统，如果机内螺旋排屑器出现卡、堵现象或者机外排屑器出现泄漏情况，即 判断存在缺陷；监视B轴转台，如果B轴转台转动时噪声超出80分贝、出现抖动现象、锁紧 气缸出现漏气或者无法锁紧，即判断机床具有缺陷；监视托盘交换系统，如果两托盘振幅最 大处的振动幅值超过5mm或者托盘旋转到位时无法缓冲，即判断机床具有缺陷；监测主轴 系统，如果轴承位置温度超过60°C、旋转接头不能旋转或者出现泄漏、前轴承支撑处振动幅 值超过0. 002mm、噪声超过65分贝、主轴锥孔吹气不通或者切屑不能吹净，即判断机床具有 缺陷；
如果按照上述试验方法完成了切削加工试验，并按照上述缺陷判断原则未判断出机床 存在缺陷，则切削加工出第二个标准检验工件，并继续进行下述步骤(3)，其中所述第二个 标准检验工件的加工要求和第一个标准检验工件相同；
(3)精度检验步骤分别检测第一个标准检验工件和第二个标准检验工件的加工精度 并比较，如果加工精度误差超出许可范围，则判断机床具有缺陷。
上述技术方案的步骤(3)中所述的加工精度误差许可范围，根据如下的表1进行 判断
表1标准检验工件加工后的检测项及其标准值
权利要求
1. 一种卧式加工中心机床早期故障检测方法，其特征在于，所述卧式加工中心机床为 具有连续分度B轴的卧式加工中心机床，本方法包括以下步骤，(1)非切削加工试验步骤所述非切削加工试验步骤包括①对机床整机系统进行安装 和调试，使其能正常运转；②对B轴转台、托盘交换系统、刀库加载，加载方法如下B轴转台 装夹毛坯，所述毛坯质量为机床的最大加工工件质量，B轴转台的旋转速度设定为设计最高 转速，所述毛坯最大高度和最大直径不超过机床的最大加工范围；托盘交换系统的交换速 度、升降速度按设计正常加工速度选取；按刀库能承载的最大单把刀具质量选用刀具，并将 其装入刀库，装入刀库的刀具总质量不超过刀库允许的最大质量，刀具的安装位置位于使 刀库振动强度最大处；试验时换刀速度按机床设计最大换刀速度设定；③根据模拟加工工 艺编写加工程序并输入系统中，所述模拟加工工艺要求机床X、Y、Z轴速度达到机床设计最 高速，机床运动部件都需要运动且要能达到设计最大运动时间；同时所述模拟加工工艺要 求刀具进行模拟加工，刀具不能触碰毛坯，只是围绕毛坯运动；④开机通电，运行数控程序， 运行时间不低于48小时，运行期间按照以下缺陷判断原则进行判断如数控系统出现故障 报警，则判断机床具有缺陷；监测液压系统，如果液压站输出液压波动超出2%、流量波动超 出0. 5%、温度超过60°C、连续运转M小时温升超过20°C或者液压站主管道到各子系统的 接头处出现泄漏，即判断具有缺陷；检测冷却系统，如果冷却系统输出压力与流量波动超出 2%，即判断具有缺陷；监视排屑系统，如果机内螺旋排屑器出现卡、堵现象或者机外排屑器 出现泄漏情况，即判断具有缺陷；监视B轴转台，如果B轴转台转动时噪声超出80分贝、出 现抖动现象、锁紧气缸出现漏气或者不能锁紧，即判断具有缺陷；监视托盘交换系统，如果 两托盘振幅最大处的振动幅值超过5mm或者托盘旋转到位时无法缓冲，即判断具有缺陷； 监测主轴系统，如果轴承位置温度超过60°C、旋转接头无法旋转或出现泄漏、前轴承支撑处 振动幅值超过0. 002mm、噪声超过65分贝、主轴锥孔吹气不通或切屑不能吹净，即判断机床 具有缺陷；如果按照上述缺陷判断原则未判断出机床具有缺陷，则切削加工出第一个标准检验工 件，并继续进行下述步骤(2)，其中所述第一个标准检验工件需要选择至少具有一个中心 孔、一个工件定位后呈横平竖直正方形的四周表面、一个工件定位后呈倾斜的正方形的四 周表面、一个外圆表面和数个内孔的工件；(2)切削加工试验步骤所述切削加工试验步骤包括①调试机床并对B轴转台、托盘 交换系统、刀库加载；加载方法和步骤(1)加载方法相同；②根据切削加工工艺编写加工程 序并输入系统中，所述切削加工工艺要求机床X、Y、Z轴速度达到机床设计最高速，机床运 动部件都需要运动且要能达到设计最大运动时间；同时所述切削加工工艺要求刀具进行实 际切削加工，并一直连续加工直至毛坯件被切削到无法继续加工为止；④开机通电，运行数 控程序，运行期间按照以下缺陷判断原则进行判断如数控系统出现故障报警，则判断机床 具有缺陷；监测液压系统，如果液压站输出液压波动超出2%、流量波动超出0. 5%、温度超过 60°C、连续运转M小时温升超过20°C或者液压站主管道到各子系统的接头处出现泄漏，即 判断存在缺陷；检测冷却系统，如果冷却系统输出压力与流量波动超出2%，即判断存在缺 陷；监视排屑系统，如果机内螺旋排屑器出现卡、堵现象或者机外排屑器出现泄漏情况，即 判断存在缺陷；监视B轴转台，如果B轴转台转动时噪声超出80分贝、出现抖动现象、锁紧 气缸出现漏气或者无法锁紧，即判断机床具有缺陷；监视托盘交换系统，如果两托盘振幅最大处的振动幅值超过5mm或者托盘旋转到位时无法缓冲，即判断机床具有缺陷；监测主轴 系统，如果轴承位置温度超过60°C、旋转接头不能旋转或者出现泄漏、前轴承支撑处振动幅 值超过0. 002mm、噪声超过65分贝、主轴锥孔吹气不通或者切屑不能吹净，即判断机床具有 缺陷；如果按照上述试验方法完成了切削加工试验，并按照上述缺陷判断原则未判断出机床 存在缺陷，则切削加工出第二个标准检验工件，并继续进行下述步骤(3)，其中所述第二个 标准检验工件的加工要求和第一个标准检验工件相同；(3)精度检验步骤分别检测第一个标准检验工件和第二个标准检验工件的加工精度 并比较，如果加工精度误差超出许可范围，则判断机床具有缺陷。
全文摘要
本发明公开了一种卧式加工中心机床早期故障检测方法，首先进行非切削加工试验，主要是在工作环境较恶劣的情况下，机床较长时间地进行X轴、Y轴、Z轴及B轴与刀库换刀等动作，且机床负载了极限质量的模拟加工毛坯和刀具，以发现明显的装配缺陷；这之后，再进行切削加工试验，在机床受到切削抗力的情况下，并在比较恶劣的工况下，发现其潜在缺陷；最后，在工件切削完毕后，通过切削标准检验工件进行精度检验，以对机床精度衰减情况进行量化，判断是否精度衰减过快。本方法使用时，可以在卧式加工中心机床出厂前对其进行早期故障试验激发，判断其是否存在早期故障。
文档编号B23Q17/00GK102059587SQ20101060431
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者任显林, 何文辉, 张根保, 李平, 涂林, 王国强, 许智 申请人:中国计量学院, 四川普什宁江机床有限公司, 重庆大学