數(shù)控機床可靠性技術(shù)的研究

劉玉宏蘇州高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇蘇州　215007

數(shù)控機床可靠性技術(shù)的研究

劉玉宏
蘇州高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇蘇州215007

數(shù)控機床一直都是裝備制造業(yè)中很重要的設(shè)備，可以說，一個國家的數(shù)控機床的水平從一定程度上反映了這個國家制造業(yè)的水平。雖然由于我國改革開放以來經(jīng)濟水平和綜合國力的不斷提高，我國的國產(chǎn)數(shù)控機床的技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展，在精度、速度和復(fù)合加工這些方面都有了很大的提高，但是與國外先進的數(shù)控機床相比仍存在著較大的差距。我國只有繼續(xù)加強對數(shù)控機床可靠性的研究，才能進一步打開國際市場，增加市場占有率。

數(shù)控機床；數(shù)控技術(shù)；可靠性研究；技術(shù)分析

就我國國內(nèi)的使用機床技術(shù)而言，首先起步就比較晚，錯過了發(fā)展的最優(yōu)時機。所以我國目前不像國外那些機床跨國公司掌握了很多先進的技術(shù)，并且把這些先進的技術(shù)作為其企業(yè)的核心競爭力，不會外傳。這對我國數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展起到了很大的影響作用。我國現(xiàn)在必須大力發(fā)展數(shù)控機床可靠性技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)的人員，引進先進的設(shè)備，并且積累相關(guān)技術(shù)。提高了我國數(shù)控技術(shù)，才能促進我國的裝備制造業(yè)的發(fā)展，為我國發(fā)展做出一定的貢獻。

1　數(shù)控機床的相關(guān)概念

1.1數(shù)控技術(shù)

通過數(shù)字控制的方法來實現(xiàn)自動控制某一個工作過程的技術(shù)稱之為數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)不僅涉及對位置、速度和角度這些機械量的控制，還涉及到對機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量的控制。

1.2數(shù)控機床

數(shù)控機床的全稱是數(shù)字控制機床，所以顧名思義，就是通過一些特定的數(shù)字符號來實現(xiàn)自動化控制的機床。這種既能控制數(shù)學符號和編碼并能把它們進行編譯，然后將編譯后的代碼用數(shù)字表示出來并通過信息載體輸入數(shù)控裝置的系統(tǒng)就是程序控制。數(shù)控機床發(fā)出相應(yīng)的控制信號，在程序控制系統(tǒng)接收到后會控制機床自動的按照圖紙的尺寸和形狀來加工零件。

1.3數(shù)控機床可靠性和相應(yīng)指標

數(shù)控機床可靠性指的是數(shù)控機床在規(guī)定的時間內(nèi)和特定的條件下完成加工相應(yīng)產(chǎn)品的能力。而評判一個數(shù)控機床好壞的指標主要包括平均無故障時間MTBF、平均故障修復(fù)時間MTTR。其中平均無故障時間MTBF是一個定量指標，通過產(chǎn)品從一次故障到第二次故障所用的時間。平均故障修復(fù)時間MTTR就是系統(tǒng)修復(fù)一次其各個環(huán)節(jié)所用的總時間。主要包括確認失效的時間、修復(fù)的時間、得到配件的時間、記錄任務(wù)的時間、維修團隊反應(yīng)的時間和設(shè)備到重新投入使用所需要的時間等。平均故障修復(fù)時間的值和系統(tǒng)可靠性成反比，也就是說，當平均故障修復(fù)所需要的時間越少，其可靠性就越高。

2　數(shù)控機床可靠性技術(shù)

2.1可靠性設(shè)計

我國的數(shù)控機床需要加強可靠性設(shè)計，才能減少其在運行過程中的故障次數(shù)，提高設(shè)備的利用率。因為數(shù)控機床的設(shè)計好壞會直接的影響其故障發(fā)生率的高低，所以就需要數(shù)控機床的設(shè)計師在設(shè)計數(shù)控機床的時候嚴格的按照相關(guān)的標準進行設(shè)計，盡量避免出現(xiàn)設(shè)計的缺陷而給將來數(shù)控機床的使用造成麻煩。由此可見數(shù)控機床的可靠性設(shè)計很重要，可以通過把相關(guān)的要求分配到相應(yīng)的子系統(tǒng)中去，之后得到二元模糊分配比，再通過對其故障的復(fù)雜性、故障的危害性和技術(shù)水平的矩陣分析來得到相應(yīng)子系統(tǒng)的可靠性分配值的方法來提高可靠性設(shè)計的準確性。

2.2可靠性建模

進行數(shù)控機床可靠性評價和可靠性設(shè)計的前提就是可靠性建模。從20世紀60年代開始，美國相繼頒布了一系列的規(guī)定了可靠性設(shè)計、可靠性建模和可靠性試驗的方法的標準，之后通過相關(guān)的實驗，通過建立數(shù)控機床的可靠性模型最終估算出了數(shù)控機床平均故障間隔工作時間。數(shù)控模型主要有貝塔分布、對數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布和極值分布等，通過這些模型模擬出的函數(shù)和經(jīng)驗分布的方差進行比較，選出最優(yōu)的模型。當然，在我國數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展過程中，我國也出臺了如MILSTD781、MIL-HDBK-217這些可靠性標準，主要利用了函數(shù)模型中的正態(tài)分析函數(shù)與威布爾分布函數(shù)來進行對數(shù)據(jù)的處理，從而得到了可以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息的可靠性建模。然而在數(shù)控機床實際工作的時候，極易出現(xiàn)由于延長數(shù)控機床的工作時間，而降低其可靠性從而增加數(shù)控機床的故障率的現(xiàn)象。雖然可以通過可靠性建模來對數(shù)控機床的可靠性進行預(yù)測與描述，但是往往與實際運行的結(jié)果存在著很大的差距。

2.3可靠性試驗

可靠性試驗的結(jié)果是很重要的，通過可靠性試驗可以進行故障分析、可靠性設(shè)計和構(gòu)建模型等。在進行現(xiàn)場試驗中，主要應(yīng)進行常規(guī)應(yīng)力試驗，通過大樣本試驗，可以更加全面的了解數(shù)控機床的可靠性水平，并影響著樣本的故障分析?，F(xiàn)場試驗雖然需要較長的試驗周期，有著良苦的工作環(huán)境和條件以及并不可控制的試驗條件，但是這又是目前我國唯一的可靠的試驗方法，因為我國到目前還不具有數(shù)控機床可靠性臺架試驗的能力。

3　數(shù)控機床技術(shù)的必要性

3.1數(shù)控機床市場的需求

工業(yè)化市場在我國正在蓬勃發(fā)展，很多例如煤炭、汽車和房地產(chǎn)這些行業(yè)對數(shù)控機床的需求都越來越大。現(xiàn)在機床中需求量最大的就是數(shù)控機床，我國數(shù)控機床技術(shù)這幾年來雖然有顯著的提高，數(shù)控機床的功能和硬件設(shè)施也在不斷地完善中，但是目前在國際市場仍然占不到一定的份額。但是我們也必須認識到，未來數(shù)控機床一定會得到更大量的需要，現(xiàn)在制造業(yè)的發(fā)展離不開數(shù)控機床，所以一定要通過大力發(fā)展數(shù)控機床的相關(guān)技術(shù)，來壯大和發(fā)展我國數(shù)控機床的領(lǐng)域。

3.2機床的故障率比較高

我們必須認識到，雖然近年來我國在數(shù)控機床的發(fā)展中加大投入，但是仍然不能很好地解決數(shù)控機床的可靠性、準確性和高自動化等問題。這些問題嚴重影響著我國數(shù)控機床技術(shù)的進一步發(fā)展，所以我國的數(shù)控機床目前的銷售量并不高。數(shù)控機床由于工作時間不斷的提高，會出現(xiàn)較多的故障，從而影響了其可靠性。由于很多機床加工廠商不能很好地解決自身的售后問題，使得很多的顧客在購買完數(shù)控機床后出現(xiàn)問題了并不知道如何解決。而且很多廠商的服務(wù)人員的專業(yè)素質(zhì)也比較低，不能對顧客做出良好的指導(dǎo)。又隨著各國先進的數(shù)控機床進入我國，使得我國本土制造的數(shù)控機床更不易被賣出。所以，我們必須要提高數(shù)控機床的可靠性，才能提高我國數(shù)控機床的市場占有率。

3.3數(shù)控機床可靠性技術(shù)的意義

數(shù)控機床的可靠性對我國數(shù)控機床的使用、我國數(shù)控機床市場的發(fā)展和我國人民使用數(shù)控機床的信心有著很大的影響。數(shù)控機床的技術(shù)代表著一個國家裝備制造業(yè)的水平。所以我國必須要提高數(shù)控機床的可靠性技術(shù)，這對促進我國民族事業(yè)的發(fā)展、機床事業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展以及提升我國的綜合國力都有很大作用。

4　數(shù)控機床可靠性技術(shù)試驗以及存在的問題

4.1數(shù)控技術(shù)可靠性技術(shù)試驗

目前數(shù)控機床的研究包括電主軸試驗、動力伺服刀架試驗、鏈式刀庫試驗和盤式倒庫試驗等可靠性試驗。

4.2數(shù)控機床技術(shù)中存在的問題

4.2.1缺少專業(yè)人員和研究機構(gòu)

我國目前缺少大量的具備數(shù)控機床技術(shù)的專業(yè)素質(zhì)的人員和相應(yīng)的研究機構(gòu)。在數(shù)據(jù)機床的研究中，不僅極易出現(xiàn)失誤和故障，而且耗時耗力，需要研究團隊中成員的相互幫助才能取得一定的效果。所以，針對我國目前研究成員和研究機構(gòu)相對較少的局面，我國的數(shù)控機床技術(shù)是不能得到良好的發(fā)展的。

4.2.2原始資料欠缺

我國對數(shù)控機床的研究也有了一定的時間，雖然積累的一定的數(shù)據(jù)，但是并不能滿足我國數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展。想要數(shù)控技術(shù)得到良好的發(fā)展，就需要大量的數(shù)據(jù)來進行分析，而我國的數(shù)據(jù)目前表現(xiàn)出的是覆蓋面小又缺乏普遍性，十分不利于研究的進一步深入。

［1］李南，盧曉紅，韓鵬卓，等.數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件可靠性研究綜述［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2012 （11）：105-108.

［2］王國強，張根保，陳家焱，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控機床運行監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)研究［J］.計算機應(yīng)用研究，2013，30 （12）：3682-3685.

TG5

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1674-6708（2015）152-0079-02