基于任務的數(shù)控機床可靠性分配技術研究

李原良

【摘??要】目前，數(shù)控機床是現(xiàn)代制造的關鍵部分之一，但伴隨數(shù)控、制造技術的快速進步，傳統(tǒng)數(shù)控體系結構已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的弊端，嚴重制約了業(yè)界競爭力的增強。在這樣的背景下，數(shù)控機床便開始引入開放式體系，以更方便地應用新技術、換代升級等，但隨之這種結構卻表現(xiàn)出可靠性、抗干擾問題。為此，就數(shù)控機床，探討了基于任務基本結構的可靠性、抗干擾方面的設計，僅供參考。

【關鍵詞】數(shù)控機床;可靠性;分配技術

引言

在裝備制造業(yè)中，數(shù)控機床技術水平?jīng)Q定著一個國家的制造業(yè)的發(fā)展水平，提高數(shù)控機床可靠性水平，可以減少數(shù)控機床出現(xiàn)故障時的損失。對于可靠性的研究，威布爾分布是工程研究中最常用的分布之一，被廣泛應用于這種壽命試驗的數(shù)據(jù)處理。

1、數(shù)控機床概述

數(shù)控機床是通過科學技術編程實現(xiàn)的系統(tǒng)集成產(chǎn)品。最后，在實際應用過程中，加載相關的數(shù)字信息抑制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)指令的識別和移動。然后對相關信息和數(shù)據(jù)進行編程，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和信息的重組操作。在編輯數(shù)控機床的數(shù)據(jù)編碼時，應注意具體的生產(chǎn)要求，編輯和抑制指令，確保具體信息的枚舉符合實際的生產(chǎn)操作要求。對于數(shù)控機床，信號傳輸也是必要的。以保證機床的實際操作具有監(jiān)督管理的作用，整個工作過程是集成的、系統(tǒng)的管理。要求可以根據(jù)數(shù)控機床的實際工作情況進行監(jiān)督管理，確保每一部分的實際工作符合生產(chǎn)需要。數(shù)控機床在運行過程中，必須控制好設備的布置和類型，保證具體處理事件中設備布置的嚴密性，對復雜事件具有較強的實際處理能力，重視小批量加工和加工。以及轉(zhuǎn)換和約束的形式。在短時間內(nèi)對零件進行調(diào)整和修理。先進的數(shù)控機床還可以對整個電子設備進行監(jiān)控，在實際生產(chǎn)過程中實現(xiàn)自動控制，保證生產(chǎn)功能和質(zhì)量。

2、數(shù)控機床可靠性設計軟件結構

2.1、軟件系統(tǒng)的結構及功能

本軟件系統(tǒng)一共包括三個功能模塊：故障數(shù)據(jù)記錄、故障數(shù)據(jù)的查改刪、和機床可靠性評估。故障數(shù)據(jù)記錄模塊記錄了機床故障的具體信息，包括發(fā)生故障的時間和故障類型等;故障數(shù)據(jù)的查詢、修改及刪除模塊可以對已經(jīng)記錄的機床故障信息進行查詢、修改和刪除操作;機床可靠性評估系統(tǒng)可以利用已有的機床故障信息，運用威布爾分布、最小二乘估計法和評分分配法得出最終的機床可靠性指標平均無故障工作時間MTBFs以及機床各個部件的MTBFi。

2.2、軟件系統(tǒng)的工作流程

本軟件基于歷史故障數(shù)據(jù)進行可靠性評估，工作流程如下：（1）從故障數(shù)據(jù)的記錄開始，詳細記錄每一條故障信息并存入數(shù)據(jù)文件中。（2）在數(shù)據(jù)文件中已有相關的故障信息，可以從數(shù)據(jù)文件中查詢相應的故障信息，并可以對其進行修改和刪除等操作。（3）在對數(shù)據(jù)文件完成增刪改查等一系列操作后，提取并處理數(shù)據(jù)文件中的時間和相關部件的記錄信息，對部件進行評分后可以計算得出可靠性指標數(shù)據(jù)，即機床整體的MTBFs和各部件的即MTBFi，評估結果可以指導設計人員對機床部件進行針對性地改進[1]。

3、基于任務體系的數(shù)控機床可靠性

3.1、內(nèi)部可靠性、抗干擾優(yōu)化設計

3.1.1、設計容錯、冗余

通過增設容錯元件、冗余陣列，可以增強體系的可靠性。其中的冷備份冗余系統(tǒng)，有11個工作單元，其余相同功能的單元并不會工作，僅當作后備單元。若工作單元出現(xiàn)失效問題，則后備系統(tǒng)便啟動，以維持系統(tǒng)正常作業(yè)，但冷備份單元卻并不可靠。而在熱備份體系中，各備份單元一直都是待機態(tài)，能及時切換故障，具有很好的可靠性。

3.1.2、有效隔離

在計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)?I/O回路中，除了濾波外還要進行隔離，以隔斷輸入/輸出聯(lián)系，抵御干擾信號?連接CNC的I/O端采用光電隔離，以分開I/O電路與地線，分別使用電源，并單向輸送信息，以防干擾信號饋入輸入端?連接電磁鐵?電磁閥的地方采用繼電器隔離，實現(xiàn)機械接觸[2]。

3.1.3、調(diào)整、保護內(nèi)部電源

在計算機數(shù)控系統(tǒng)中，計算機電源一般通過多級濾波結合電壓集成調(diào)整器來調(diào)整，以快速適應交流電壓波動，能很好地保護過、欠電壓。同時，還就控制軸、相應模塊，單獨予以供電，以免影響它們間的電壓波動。

3.2、數(shù)控機床機械結構設計

在討論數(shù)控機床機械結構設計時，必須明確機械結構的主要內(nèi)容是主軸零件，其次是傳動機構和支撐件。這三個方面的設計需要有一定的可靠性，提高制造精度，以滿足數(shù)控機床在應用過程中的穩(wěn)定性和抗振動、幾何精度要求。傳動結構和傳動系統(tǒng)的應用主要是幫助數(shù)控機床實現(xiàn)更好的自動化控制，其中主軸部件是機械結構的關鍵內(nèi)容，其質(zhì)量決定了速度。根據(jù)國外的機械生產(chǎn)市場，天線混合陶瓷角接觸軸承是近年來發(fā)展起來的。應用速度快，綜合性能強，最高轉(zhuǎn)速可達30000r＼/min，因此，在國內(nèi)機械設計過程中，為了提高主軸旋轉(zhuǎn)精度，保證主軸及零件的加工速度，必須選擇在選擇主軸承時，盡量使軸承精度高，以保證支撐導軌、移動導軌體和滑塊的位置處于精確狀態(tài)。結合額定載荷實現(xiàn)數(shù)控機床靜液壓導軌的高效率，在這一內(nèi)容的開發(fā)過程中，國外已逐步采用塑料粘合導軌和涂塑導軌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾動導軌。同時，為了滿足塑料復合導軌在應用過程中的高精度和高轉(zhuǎn)速，選用圓弧齒。步進齒帶、張緊輪的安裝，通過工程塑料的低密度生產(chǎn)，保證了皮帶輪的傳動軸可以直接安裝在電機上，從而有效地減少了傳動過程中產(chǎn)生的過量，在應用支架時數(shù)控機床的部件，主要考慮的是床身和立柱，因此。必須提高相應機組的質(zhì)量剛度。人造花崗巖是最常用的?；◢弾r能保證尺寸的穩(wěn)定性，并具有一定的抗腐蝕性[3]。

3.3、部件可靠性評估

機床可靠性指標的分配就是要將系統(tǒng)總的可靠度指標MTBFs分配給機床的各個部件，確定每個部件的可靠度指標MTBFi的過程。在缺乏設備可靠性數(shù)據(jù)的情況下，采用評分分配法進行初步分配是一個較為合理的方法，可根據(jù)具體情況請有經(jīng)驗的工程人員對各環(huán)節(jié)、各單元的重要性進行打分，分數(shù)越高說明情況越不理想[4]。

3.4、外部抗干擾優(yōu)化設計

在數(shù)控機床中，地線有多種形式。有小信號電路、邏輯回路及其直流電源一起形成的工作地，也有電磁閥、繼電器及其運行驅(qū)動電源一起形成的功率地，但不可混接以上兩者?此外，系統(tǒng)中一切金屬構件的安全地必須接到大地上，且接地電纜的宜A>10mm2，且控制地電阻在1Ω以下?而布線時必須分開強?弱電，輸入?輸出線，脈沖?電平線?輸入信號，通過金屬屏蔽線，分開后再通過金屬管走線等就?外置PLC，既應單獨供電，也應專門安裝地線，便能串聯(lián)其他設備再接地。

結束語

因此，為了提高國內(nèi)市場占有率，在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中，必須運用科學技術手段向精密化、集成化、自動化、智能化方向發(fā)展。這是新時代發(fā)展的良好機遇。面對激烈的國際市場競爭，必須以生產(chǎn)質(zhì)量為主要研究內(nèi)容，優(yōu)化制造技術的發(fā)展趨勢，提高數(shù)控機床機械結構設計的有效性[5]。

參考文獻：

[1]錢曉琴.數(shù)控機床的預測性維護探討[J].南方農(nóng)機，2019，50（21）：124.

[2]李桂玉.基于DMS—PSO的數(shù)控機床切削過程工藝參數(shù)優(yōu)化模型求解策略[J].電子測試，2019（22）：131-132.

[3]孫銀娟.替換法在數(shù)控機床電氣維修中的實踐[J].中國設備工程，2019（21）：67-68.

[4]徐田恬，高洪.基于可靠性分析的數(shù)控機床維修路徑研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（20）：131-132.

[5]梁曉哲.基于XK7132數(shù)控機床的DNC應用研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（20）：60-61.

（作者單位：齊重數(shù)控裝備股份有限公司）