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1、對(duì)超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的介紹,機(jī)械工程 李志偉,什么是超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床 本次實(shí)習(xí)的任務(wù)和進(jìn)展 對(duì)改進(jìn)超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的一些構(gòu)想,超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床（簡(jiǎn)稱(chēng)為核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床）是專(zhuān)門(mén)用來(lái)加工核電轉(zhuǎn)子輪槽的關(guān)鍵設(shè)備 。,現(xiàn)代機(jī)械制造向著高效率、高速度、高質(zhì)量和高精度發(fā)展，同時(shí)隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷完善，超大型設(shè)備的研發(fā)和制造越來(lái)越受到國(guó)家的重視.,核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床是加工核電轉(zhuǎn)子輪槽的關(guān)鍵設(shè)備，它性能的好壞直接決定著核電轉(zhuǎn)子的加工精度和是否能正常的投入實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。,由于核電轉(zhuǎn)子零件價(jià)值量高，焊接毛坯就要8000多萬(wàn)，精車(chē)完成后價(jià)值差不

2、多達(dá)到1個(gè)億，因此要求機(jī)床有較高的精度和精度保持性、有較高的可靠性和加工效率。,由于超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的研究，歸屬于2011年高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專(zhuān)項(xiàng)的項(xiàng)目二（重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵設(shè)備）之課題14（轉(zhuǎn)子軸向輪槽銑床）。,本課題自主開(kāi)發(fā)研制的國(guó)產(chǎn)化核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床，將滿足能源動(dòng)力領(lǐng)域中百萬(wàn)等級(jí)核電轉(zhuǎn)子軸向輪槽加工需要，在核電設(shè)備轉(zhuǎn)子制造行業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用。,課題將圍繞2臺(tái)核電轉(zhuǎn)子輪槽銑樣機(jī)，進(jìn)行整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、大扭矩高剛性主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、帶阻尼技術(shù)的重載滾動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、高精度分度回轉(zhuǎn)裝置和重型支撐裝置的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、核電轉(zhuǎn)子輪槽銑加工工藝研究

3、和輪槽成形刀具設(shè)計(jì)技術(shù)、核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床熱變形規(guī)律及對(duì)策、核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床的檢測(cè)和補(bǔ)償技術(shù)等進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。,西南科技大學(xué)承擔(dān)對(duì)核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床熱變形規(guī)律及對(duì)策研究/核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行可靠性分析。 其中包含三個(gè)具體的研究?jī)?nèi)容：,1.實(shí)現(xiàn)超重載轉(zhuǎn)子輪槽銑床現(xiàn)場(chǎng)可靠性考核方法 2.提高超重載轉(zhuǎn)子輪槽銑床的可靠性和加工穩(wěn)定性 3.對(duì)機(jī)床加工的熱變形規(guī)律進(jìn)行研究，提出熱變形預(yù)測(cè)和補(bǔ)償方法,解決的主要技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題：,1.核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床可靠性設(shè)計(jì) 在機(jī)床設(shè)計(jì)階段，建立可靠性分配設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和可靠性綜合設(shè)計(jì)方法。 2.核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床可靠性制造 通過(guò)關(guān)鍵工序

4、、工藝過(guò)程和關(guān)鍵配套件、外購(gòu)件的可靠性保證來(lái)實(shí)現(xiàn)超重載轉(zhuǎn)子輪槽銑床可靠性制造。在產(chǎn)品制造、裝配等工藝過(guò)程，對(duì)關(guān)鍵制造工序和裝配工序建立可靠性保證體系。,3.核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床運(yùn)行可靠性 將核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床早期故障暴露和消除在機(jī)床投入實(shí)際生產(chǎn)之前，要在產(chǎn)品樣機(jī)總裝后進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)有針對(duì)性的暴露產(chǎn)品潛在故障，研究和分析故障源，確切診斷故障模式和故障部位，進(jìn)行故障部位、模式、原因分析，研究和開(kāi)發(fā)故障糾正的技術(shù)措施，消除隱患，既能排除早期故障，又能促使可靠性增長(zhǎng)。,根據(jù)可靠性試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝等方面的改進(jìn)，提高產(chǎn)品可靠性指標(biāo)，使項(xiàng)目產(chǎn)品可以達(dá)到或接近國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品可靠性水平。

5、可靠性試驗(yàn)過(guò)程發(fā)生故障時(shí)間的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)可靠性評(píng)估體系和評(píng)價(jià)方法，對(duì)研發(fā)的超重載轉(zhuǎn)子輪槽銑床進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。,4.核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床熱變形規(guī)律及對(duì)策研究 機(jī)床在運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程中將產(chǎn)生大量的熱，這將對(duì)機(jī)床的精度及加工造成嚴(yán)重的影響。因此在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其熱變形規(guī)律，采用相應(yīng)結(jié)構(gòu)來(lái)保持其熱平衡性，保證機(jī)床精度的穩(wěn)定性。主要研究?jī)?nèi)容為：,（1）機(jī)床熱變形的產(chǎn)生和熱源 機(jī)床在工作中受到多種熱源的影響，熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)各種不同的方式傳遞給機(jī)床，造成床身翹曲、導(dǎo)軌彎曲等，即機(jī)床熱變形，加工過(guò)程中出現(xiàn)的熱源包括（切削熱、運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱和動(dòng)力源的發(fā)熱、輻射與周?chē)h(huán)境等其他熱源）。,除了加工時(shí)的切屑熱

6、量、運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)行產(chǎn)生的熱量會(huì)影響機(jī)床的精度和工件加工精度外，核電轉(zhuǎn)子輪槽加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40天以上，機(jī)床精度受環(huán)境溫度變化影響也很大。研究機(jī)床的發(fā)熱源及發(fā)熱機(jī)理，找出規(guī)律和解決辦法也是必須的。,（2）研究熱變形對(duì)機(jī)床加工精度的影響 （3）機(jī)床熱變形的控制與防止 提高機(jī)床熱態(tài)加工精度的方法有許多，但主要可分為結(jié)構(gòu)熱優(yōu)化設(shè)計(jì)、溫度控制技術(shù)和熱補(bǔ)償技術(shù)三類(lèi)。,熱誤差補(bǔ)償技術(shù) 通過(guò)傳感器對(duì)機(jī)床在線采集數(shù)據(jù)(如熱位移或溫度)，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)建立的熱誤差模型，對(duì)誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后進(jìn)行補(bǔ)償。它的關(guān)鍵技術(shù)就是建立好的熱誤差模型和誤差補(bǔ)償策略。還可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償。,核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床可靠性具

7、體研究,由于核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床的體積較龐大，價(jià)格較昂貴，在使用條件下不確定因素較多，許多故障只有在用戶(hù)使用中才能暴露出來(lái)，機(jī)床的可靠性強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的功能維持性，所以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行暴露出的故障，才能反映發(fā)生故障的真實(shí)情況，故采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法采集故障信息。,按數(shù)控機(jī)床可靠性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)范選擇CX056和CX062輪槽銑床作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的樣本，數(shù)控系統(tǒng)配置是西門(mén)子系列，主要配套件如裝卡附件、液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)塔刀架等均為國(guó)產(chǎn)。機(jī)床已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)，每天兩班制生產(chǎn)，滿負(fù)荷工作。（注:參考機(jī)床2011年1月-12月故障記錄）,可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià),故障間隔時(shí)間分布模型的參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn) 采用定時(shí)截尾的試驗(yàn)方法

8、，收集了核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床40條故障數(shù)據(jù)，當(dāng)故障間隔時(shí)間服從指數(shù)分布時(shí)，記 ，t0，采用矩法估計(jì)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，d檢驗(yàn)法進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。,故障部位分析,1 故障部位統(tǒng)計(jì) 將機(jī)床分為20個(gè)子系統(tǒng)。本次試驗(yàn)過(guò)程有14個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，累計(jì)故障數(shù)40個(gè)，每個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)與頻率見(jiàn)表1,,由表1可看出國(guó)產(chǎn)超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的電器系統(tǒng)是發(fā)生故障最頻繁的部位，故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他子系統(tǒng)，主要是因?yàn)殡娖髟骷蓜?dòng)而造成接觸不良；液壓系統(tǒng)的故障主要是因?yàn)橐?、油滲漏；裝卡附件的故障，主要是因?yàn)槔瓧U與卡盤(pán)內(nèi)套連接的螺紋松動(dòng)等原因；刀具夾緊系統(tǒng)的故障主要是因?yàn)榈都軆?nèi)部機(jī)械錯(cuò)位和刀架編碼錯(cuò)誤

9、。,2 故障模式分布 機(jī)床的故障模式分為損壞型、松動(dòng)型、滲漏或堵塞型、失調(diào)型、功能型、狀態(tài)型、工藝型和其它型等8大類(lèi)。結(jié)合一年的故障記錄，每種故障模式發(fā)生故障的次數(shù)與頻率見(jiàn)表2,,由表2看出，最頻繁的故障模式是運(yùn)動(dòng)部件誤動(dòng)作和不能正常操作，依次為工作精度超標(biāo)，液、油滲漏，元器件功能喪失，主軸失調(diào)和轉(zhuǎn)位、移位不到位等。,3 故障原因分析 為了探尋產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，產(chǎn)生故障涉及到的環(huán)節(jié)和職能部門(mén)，對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)床按產(chǎn)品生命周期過(guò)程進(jìn)行分類(lèi)，即將發(fā)生故障的原因分為設(shè)計(jì)、制造、裝配、外購(gòu)/外協(xié)和用戶(hù)使用。每類(lèi)故障的頻率見(jiàn)表3,從表3可看出，外購(gòu)/外協(xié)件、裝配過(guò)程、制造工藝及用戶(hù)使用不當(dāng)是造成國(guó)產(chǎn)超重型

10、核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床可靠性不高的重要原因。,4 核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床危害度分析 故障模式分析不僅是對(duì)每種故障模式發(fā)生故障的次數(shù)與頻率的數(shù)理統(tǒng)計(jì)(故障模式分布)，也是進(jìn)一步分析各種故障模式對(duì)CNC機(jī)床造成的危害程度。CNC機(jī)床危害度分析是研究每一故障模式的嚴(yán)酷度等級(jí)及零部件基本故障率的綜合影響。,CNC機(jī)床發(fā)生故障的14個(gè)子系統(tǒng)，其危害度依次為電氣系統(tǒng)CR1、裝卡附件CR2、CNC系統(tǒng)CR3、轉(zhuǎn)塔刀架CR4、液壓系統(tǒng)CR5、主軸組件CR6、防護(hù)裝置CR7、主軸箱CR8、主傳動(dòng)系統(tǒng)CR9、X軸進(jìn)給系統(tǒng)CR10、電源CR11、Z軸進(jìn)給系統(tǒng)CR12、初始化模塊CR13和伺服控制單元CR14。,零部

11、件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障致使該零部件發(fā)生故障的危害度CRij，計(jì)算公式為 零部件i對(duì)整機(jī)的危害度為: CR =,CR =,為零部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障的概率，計(jì)算公式為: 依據(jù)試驗(yàn)紀(jì)錄得到14個(gè)了系統(tǒng)(零部件i)出現(xiàn)各種故障模式(故障模式j(luò))的次數(shù)可以求出 ,如表4所示。 表示發(fā)生故障造成損傷，稱(chēng)為條件概率。當(dāng) = 1. 0時(shí)，肯定發(fā)生損傷； =0. 5時(shí)，可能發(fā)生損傷； =0. 1時(shí)，很少發(fā)生損傷； =0時(shí)，表示無(wú)影響。,入表示零部件i的基本故障率，本文為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的平均故障率,5 機(jī)床危害度統(tǒng)計(jì)及分析 記錄超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的累積工作時(shí)間為576

12、0 h(雙班制)，由(4)式算得發(fā)生故障的14個(gè)子系統(tǒng)的平均故障率。14個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生的故障模式及其危害度見(jiàn)表4,,由表4可見(jiàn)，電器系統(tǒng)危害度最高，其次是裝卡附件、刀具裝夾系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、主軸組件、防護(hù)裝置、主軸箱、主傳動(dòng)系統(tǒng)、X軸進(jìn)給系統(tǒng)、電源、Y軸進(jìn)給系統(tǒng)、初始化模塊、伺服控制單元。其中，電氣系統(tǒng)、裝卡附件、刀具裝夾系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)是其最薄弱的環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行可靠性改進(jìn)。,6 機(jī)床平均間隔時(shí)間與固有可用度 綜上分析可得超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)為： MTBF= h 平均維修時(shí)間MTTR和固有可用度 平

13、均維修時(shí)間的觀測(cè)值是維修時(shí)間的總和與修復(fù)的產(chǎn)品數(shù)之比。該型數(shù)控車(chē)床平均維修時(shí)間觀測(cè)值按下式求得: MTTR=,固有可用度又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)有效度，它綜合了可靠度和維修度的廣義可靠性特征量，其表達(dá)式為： = 可見(jiàn) 越大，表示整機(jī)有效工作程度越高。增大固有可用度的途徑是增大MTBF并減小MTTR。,核電轉(zhuǎn)子輪槽銑床可靠性改進(jìn)措施,通過(guò)上述分析，對(duì)超重型核電轉(zhuǎn)子專(zhuān)用數(shù)控軸向輪槽銑床的可靠性有了一定認(rèn)識(shí)，提出一些可靠性設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。,1.電氣設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)用戶(hù)的要求，不斷地增加新模塊，全部電氣件要經(jīng)過(guò)多次層層選擇，凡是用戶(hù)反饋意見(jiàn)中發(fā)現(xiàn)易出故障的電氣件，堅(jiān)決換掉，重新選擇新件。改進(jìn)

14、工件及刀具的冷卻系統(tǒng)，冷卻油可隨不同的刀具位置而調(diào)節(jié)，這樣既提高了冷卻工件及刀具的可靠性，又節(jié)約了冷卻油。改進(jìn)潤(rùn)滑系統(tǒng)，采用阻尼系統(tǒng)對(duì)各不同的潤(rùn)滑點(diǎn)按比例進(jìn)行精確供油，使?jié)櫥_(dá)到最佳效果。,2.數(shù)控機(jī)床的許多故障與關(guān)鍵工序和裝配過(guò)程密切相關(guān)，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平，必須對(duì)關(guān)鍵工序和裝配過(guò)程采取有力的措施?？刂萍庸ぴO(shè)備的精度，定期檢查設(shè)備的精度；用模具、檢具控制主軸的配合而和主要加工而的尺寸、形狀精度；關(guān)鍵工序道道檢查；定期校對(duì)量具、檢具精度。電氣裝配應(yīng)采取的措施有:裝配時(shí)，核對(duì)每件元件、器件的型號(hào)、規(guī)格；接線中，核對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置與牢固度以及接頭號(hào)碼的正確性；進(jìn)行接地絕緣電阻檢測(cè)和安全試驗(yàn)。,3.關(guān)鍵配套件的可靠性保證措施。關(guān)鍵配套件的可靠性保證措施主要包括配套件優(yōu)選原則、采購(gòu)方針、入庫(kù)和裝配前檢驗(yàn)和篩選等。,