數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)研究

龔中東

摘 要：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備，其可靠性在很大程度上影響著產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文簡(jiǎn)要闡述了數(shù)控機(jī)床可靠性研究中的主要問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；可靠性；可靠性技術(shù)

1前言

數(shù)控機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，是裝備制造業(yè)的“工作母機(jī)”，科技含量高、造價(jià)高昂，是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展水平及現(xiàn)代化程度、綜合國(guó)力的重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)裝備，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的需求量大增，機(jī)床消費(fèi)量、機(jī)床進(jìn)口量多年來(lái)一直呈不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。目前我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在精度、速度、多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工等方面取得了明顯進(jìn)步，但機(jī)床的可靠性與國(guó)際水平還具有較大的差距，這也是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床一直徘徊在低端市場(chǎng)，在中高端市場(chǎng)占有率低的主要原因。數(shù)控機(jī)床的可靠性是其品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，可靠性差表示機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)和使用過(guò)程中發(fā)生故障的頻率高、周期短，其性能和功能無(wú)法維持，降低了其使用價(jià)值。

2數(shù)控機(jī)床可靠性研究存在的主要問(wèn)題

近些年來(lái)，國(guó)產(chǎn)機(jī)床的可靠性水平正在穩(wěn)步增長(zhǎng)，但是與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比差距依然明顯。歸納起來(lái)，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的可靠性研究與應(yīng)用仍然存在如下主要問(wèn)題：一是企業(yè)尚未建立起完善的產(chǎn)品可靠性保障體系，技術(shù)成果和資源整合不夠；二是數(shù)控機(jī)床可靠性的技術(shù)體系不夠完善，可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審、可靠性標(biāo)準(zhǔn)制定、可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)建立、可靠性管理實(shí)施等方面還需進(jìn)一步加強(qiáng)；三是數(shù)控機(jī)床的可靠性設(shè)計(jì)工作基本上沒(méi)有在企業(yè)的設(shè)計(jì)部門開(kāi)展，主機(jī)和功能部件等缺乏可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù)、規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)的積累，導(dǎo)致產(chǎn)品的固有可靠性水平先天不足；四是機(jī)床的可靠性試驗(yàn)工作不夠充分，載荷譜和故障失效及使用維修等基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還不能滿足可靠性研究的需要；五是現(xiàn)有技術(shù)成果的應(yīng)用主要局限在部分科技攻關(guān)的新產(chǎn)品上，推廣應(yīng)用途徑尚不暢通。

究其原因，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是缺乏有效的可靠性管理，決策層對(duì)可靠性的認(rèn)識(shí)不足或存在著認(rèn)識(shí)誤區(qū)；二是缺乏有效的可靠性技術(shù)與正確的可靠性方法，僅依靠長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累與推斷，難以從根本上解決可靠性問(wèn)題；三是缺乏可靠性指導(dǎo)與培訓(xùn)以及專業(yè)技術(shù)人員，制約了可靠性工程的實(shí)施。在數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究中也曝露出企業(yè)的一些問(wèn)題，有些機(jī)床產(chǎn)品廠家對(duì)于可靠性的重視和投入依然不足，表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、試驗(yàn)等各環(huán)節(jié)與可靠性技術(shù)聯(lián)系不夠緊密或沒(méi)有聯(lián)系。因?yàn)榭煽啃允强紤]了時(shí)間因素的質(zhì)量，因此加深對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)的全面認(rèn)識(shí)與深入推廣可靠性技術(shù)，無(wú)疑是提高機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的必經(jīng)之路。

3數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)

面向機(jī)床全生命周期的可靠性技術(shù)體系的主要內(nèi)容包括：可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)、系統(tǒng)可靠性、可靠性管理等。

可靠性數(shù)據(jù)分析是可靠性工作進(jìn)程之中的重要環(huán)節(jié)之一。在產(chǎn)品研制階段，根據(jù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與參數(shù)評(píng)估的結(jié)果，尋找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，以求得到滿意的可靠性水平；在產(chǎn)品生產(chǎn)階段，根據(jù)鑒定驗(yàn)收試驗(yàn)、制造工藝過(guò)程的結(jié)果，評(píng)估其可靠性是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，為生產(chǎn)決策提供管理信息；在產(chǎn)品使用階段，采集分析現(xiàn)場(chǎng)可靠性數(shù)據(jù)，找出產(chǎn)品早期失效的根源，加強(qiáng)可靠性篩選，充分探究產(chǎn)品各使用階段的故障原因，進(jìn)行可靠性分析與評(píng)估，逐漸改進(jìn)故障率高的產(chǎn)品，使之達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的指標(biāo)。

可靠性設(shè)計(jì)包括了可靠性指標(biāo)體系、可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、產(chǎn)品研發(fā)與可靠性保障、動(dòng)態(tài)與漸變可靠性設(shè)計(jì)、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性靈敏度設(shè)計(jì)以及可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)。

眾所周知，任何產(chǎn)品都存在可靠性問(wèn)題，而且可靠性問(wèn)題貫穿于從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)生命周期，可見(jiàn)產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)各種可靠性問(wèn)題。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中，不斷經(jīng)受自身及外界氣候環(huán)境、物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境的影響，因此要保持正常工作狀態(tài)，就需要以試驗(yàn)裝置對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)訊。驗(yàn)證基本分為研發(fā)試驗(yàn)、試產(chǎn)試驗(yàn)、量產(chǎn)抽檢三個(gè)部分?？煽啃栽囼?yàn)種類很多，按試驗(yàn)進(jìn)行的地點(diǎn)來(lái)劃分，可靠性試驗(yàn)可以分為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；按試驗(yàn)的目的，可靠性試驗(yàn)可分為工程試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)兩大類；按試驗(yàn)對(duì)象的破壞情況來(lái)劃分，可靠性試驗(yàn)可分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。

可靠性增長(zhǎng)是通過(guò)逐步修改產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中的缺陷，改進(jìn)和消除產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，不斷提高產(chǎn)品可靠性的工程項(xiàng)目。任何產(chǎn)品在研制初期都要經(jīng)過(guò)反復(fù)的研發(fā)設(shè)計(jì)---分析計(jì)算---修改設(shè)計(jì)或試驗(yàn)---改進(jìn)---再試驗(yàn)的過(guò)程，才能使產(chǎn)品可靠性與其他性能不斷提高，直到滿足要求?？梢?jiàn)，可靠性增長(zhǎng)過(guò)程是在可靠性數(shù)據(jù)處理、可靠性分析與可靠性試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)分析與試驗(yàn)使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和使用缺陷不斷暴露，然后經(jīng)過(guò)改進(jìn)消除產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品不斷趨于完善，從而使產(chǎn)品的可靠性和其他性能不斷提高的過(guò)程。可靠性增長(zhǎng)是保證復(fù)雜產(chǎn)品投人使用后具有所需要的可靠性的一種有效的途徑，貫穿于產(chǎn)品研發(fā)與使用的各個(gè)階段?？煽啃栽鲩L(zhǎng)工作流程主要包括：產(chǎn)品故障統(tǒng)計(jì)與識(shí)別，可靠性增長(zhǎng)措施的提出與實(shí)施以及可靠性增長(zhǎng)預(yù)測(cè)和建模。

系統(tǒng)可靠性分析中采用的定量分析方法主要是：建立系統(tǒng)的可靠性模型，將系統(tǒng)可靠性的特征量（如可靠度、失效率、壽命、維修度、有效度、重要度等）表達(dá)為單元可靠性特征量的函數(shù)（或者數(shù)值關(guān)系），然后通過(guò)求得的單元可靠性特征量計(jì)算出系統(tǒng)的可靠性；系統(tǒng)故障定性分析主要是識(shí)別各子系統(tǒng)、組件、單元的失效模式及影響，查尋機(jī)械系統(tǒng)的薄弱部位。系統(tǒng)可靠性分析中常采用的分析方法主要有以下幾種：故障模式、影響及危害性分析，故障樹(shù)分析，可靠性預(yù)計(jì)與可靠性分配，隨機(jī)有限元分析等。

可靠性管理是為了確定和達(dá)到產(chǎn)品的預(yù)期可靠性指標(biāo)所需要的各項(xiàng)管理活動(dòng)的總稱，是為了確定和滿足零部件或產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性要求所進(jìn)行的一系列組織、計(jì)劃、規(guī)劃、控制、協(xié)調(diào)、監(jiān)督、決策等活動(dòng)和功能的管理?？煽啃怨芾硎菑南到y(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)制定和實(shí)施科學(xué)的計(jì)劃，組織、控制和監(jiān)督可靠性活動(dòng)的開(kāi)展，以保證用最少的資源，實(shí)現(xiàn)用戶所要求的產(chǎn)品可靠性?？煽啃怨芾戆ǎ航M織可靠性質(zhì)量保證系統(tǒng)；規(guī)定要管理的任務(wù)和相關(guān)部門和負(fù)責(zé)人員的職責(zé)；指導(dǎo)、檢查和督促分擔(dān)任務(wù)的協(xié)作單位的可靠性工作；制訂可靠性計(jì)劃并檢查督促計(jì)劃的執(zhí)行。

4結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，精細(xì)制作是提升機(jī)床可靠性的途徑之一。一旦機(jī)床企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造和裝配過(guò)程中把握好各環(huán)節(jié)的每一細(xì)節(jié)，嚴(yán)控元器件、配附件和功能部件的質(zhì)量關(guān)，避免因一些細(xì)微之處的不周密而影響整機(jī)的可靠性，數(shù)控機(jī)床的可靠性必將大幅度提升。數(shù)控機(jī)床可靠性的全面提升非一日一時(shí)之功。國(guó)外機(jī)床工業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)顯示，機(jī)床可靠性增長(zhǎng)需要人力、物力、財(cái)力的持續(xù)投人。只有對(duì)可靠性問(wèn)題高度重視，并且從產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型、零部件篩選、生產(chǎn)制造工藝、可靠性試驗(yàn)、故障數(shù)據(jù)分析及可靠性管理等方面系統(tǒng)地加以實(shí)施，機(jī)床可靠性才能不斷地提升。

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