姜天根

摘 要：隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，推動著國內(nèi)工業(yè)建設(shè)快速地成長起來。而在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，數(shù)控機床是最為重要的組成部分，也是決定工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量安全的重要保證。下面，就一起針對本文所給出的論題對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性進行一個簡單的分析與研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；關(guān)鍵部件；可靠性；研究

隨著我國數(shù)控機床的發(fā)展，使其已經(jīng)成為了當今社會工業(yè)生產(chǎn)中的重要支撐力量。它的可靠性運行安全是工業(yè)生產(chǎn)安全的保證，也是推動和促進全球經(jīng)濟一體化發(fā)展目標實現(xiàn)的必然動力。因此，目前如何保證數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件運行的可靠性已經(jīng)成為了相關(guān)部門所最為關(guān)注的問題，也是必須要徹底解決的問題。

1 數(shù)控機床

1.1 數(shù)控機床的重要性

所謂的數(shù)控機床其主要的目的就在于為制造裝備用品的企業(yè)及制造國防軍工用品的企業(yè)提供一個基礎(chǔ)的工業(yè)生產(chǎn)機構(gòu)，它是工業(yè)以及制造企業(yè)的核心力量。因此來說，數(shù)控機床的發(fā)展水平高低直接關(guān)系著國防安全以及我國經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的速度。就目前國際整體形勢來看，數(shù)控機床運行可靠性安全與否已經(jīng)成為了衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志之一。尤其是在全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展背景下，數(shù)控機床以及制造業(yè)水平的高低已經(jīng)成為國防競爭的核心與焦點。也就是說，要想在國際競爭中占有一定的地位，數(shù)控機床的發(fā)展是其重要的保障。

1.2 數(shù)控機床的發(fā)展水平

另外來說，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床在我國的使用量已經(jīng)越來越多，并且涉及到了諸多的領(lǐng)域及機構(gòu)。但同時來講，由于我國的數(shù)控機床發(fā)展較晚，因此對其運行可靠性管理方面與國外一些發(fā)達國家的數(shù)控機床可靠性管理之間還是存在著一定的差距的。這主要是因為：首先，現(xiàn)有的數(shù)控機床的可靠性運行水平與國外發(fā)達國家所使用的數(shù)控機床相比是處于絕對的劣勢地位的。其中以高檔加工中心的復(fù)合數(shù)控加工設(shè)備來說，其可靠性運行指標明顯低于國外發(fā)達國家平均的生產(chǎn)水平。其次，對于與數(shù)控機床設(shè)備相配套的其它關(guān)鍵性部件來說，檢測與報警等可靠性裝置的水平與國外發(fā)達國家的水平相比相差甚遠。因此也就是說，目前我國所使用的數(shù)控機床的相關(guān)一些配套的關(guān)鍵性部件還都必須依靠于國外發(fā)達國家所生產(chǎn)的零部件設(shè)備，從而造成了我國數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展較為緩慢的現(xiàn)狀，導(dǎo)致了我國經(jīng)濟發(fā)展水平整體下降的局面。

1.3 我國數(shù)控機床發(fā)展情況

除此之外，隨著我國數(shù)控機床的發(fā)展，人們清楚地認識到我國數(shù)控機床可靠性與國外發(fā)達國家水平之間的差異性。因此在我國十一五期間，國家已經(jīng)將數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究作為了國家發(fā)展重點目標來執(zhí)行，并納入了我國經(jīng)濟發(fā)展的整體目標中去。同時，國家還提出：要想我國經(jīng)濟發(fā)展水平快速提高，其首先的一點就是要將數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究放于首位，并且將其列入科技發(fā)展中的專項重點內(nèi)容來執(zhí)行。另外，我國在研究數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性時，要充分結(jié)合國外的數(shù)控機床可靠性分析內(nèi)容以及國內(nèi)現(xiàn)有的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性分析報告進行探尋，并尋找出提高數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性的可行性辦法及措施，從而提高數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性運行的整體水平。

2 數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究方法與現(xiàn)狀

2.1 數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究的方式

數(shù)控機床及其部件的可靠性研究是一個十分重要的環(huán)節(jié)，它是提高數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性運行水平的關(guān)鍵，也是一個促進數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件質(zhì)量安全的評定手段。因此可以說，數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性的研究可以充分地表露出產(chǎn)品從設(shè)計、制造到裝置整體過程中的問題及缺點，從而為能夠更好地設(shè)計制造出合格、高質(zhì)量的產(chǎn)品奠定了一定的基礎(chǔ)。另外，根據(jù)對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究方法的不同，可將可靠性研究分為室內(nèi)可靠性研究與現(xiàn)場跟蹤可靠性研究兩種方式。所謂的室內(nèi)可靠性研究主要是指將制造完成的關(guān)鍵部件樣品在實驗室內(nèi)利用先進的技術(shù)與科技設(shè)備進行檢測，以保證關(guān)鍵部件的生成密度、焊接接口、鋼度及彈性度等滿足數(shù)控機床的質(zhì)量要求。而現(xiàn)場跟蹤可靠性研究主要是指在數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件制造生產(chǎn)過程中，由專業(yè)人員對制造過程及產(chǎn)品的安裝等進行監(jiān)督，從而保證了數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件在制造時的質(zhì)量，以此來提高其運行時的可靠性。

2.2 數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究的綜合試驗法

目前我國所采用的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究均是綜合試驗法。所謂的綜合試驗法主要是指對數(shù)控機床進行模擬式的運行測試。首先，要根據(jù)可靠性研究的內(nèi)容設(shè)置一個綜合可靠性研究實驗室，而后根據(jù)可靠性研究的產(chǎn)品制定出可行性分析方案，在得到可靠性分析結(jié)果后，根據(jù)這一結(jié)果對產(chǎn)品的試驗環(huán)境、產(chǎn)品的運行條件、失效模式分析、失效數(shù)據(jù)分析、任務(wù)剖面、性能檢測等進行周期性的檢測。從而為產(chǎn)品的設(shè)計與修改提供一個最要的參考依據(jù)。另外，除了要對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件進行綜合可靠性研究及試驗外，還要對工程制造水平進行檢測。也就是說，主要對工程設(shè)計的環(huán)境應(yīng)力要求以及加載能力要求進行測試，從而對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件早期出現(xiàn)的問題和故障進行清除，以此來保證產(chǎn)品投入運行后要最大可靠性安全保障。最后，目前在數(shù)控機床可靠性研究中，對統(tǒng)計模型、應(yīng)力水平、環(huán)境應(yīng)力、加速壽命以及試驗順序的測試及研究是數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究的重點內(nèi)容。其中，在加速壽命可靠性研究中，主要目的是為了設(shè)計出最符合數(shù)控機床運行額定應(yīng)力的最大值以及設(shè)計出應(yīng)力極限值。同時，在試驗中將一臺或多臺數(shù)控機床在一定的環(huán)境下加重其承載力，從而使得出的失效模擬比正常的運行模式下速度快。

2.3 國外的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究

從國外的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究可以看出，國外最早是將可靠性研究技術(shù)應(yīng)用于電子生產(chǎn)及檢驗領(lǐng)域中的。直到二十世紀七八十年代，國外一些較為發(fā)達的國家才將可靠性研究應(yīng)用于數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的研究中去。例如：早在1977年，美國的聯(lián)合后勤司令總就已經(jīng)成立較為完善系統(tǒng)化的可靠性研究試驗小組，對國防設(shè)備以及機械制造性能質(zhì)量等進行可靠性的研究，以便能夠發(fā)現(xiàn)機械及設(shè)備制造中的不足之處并予經(jīng)修正。同時，美國可靠性研究小組還制定出了較為科學(xué)化、規(guī)范化的可靠性研究程度及標準，并隨著時代有發(fā)展，在原有可靠性研究標準及規(guī)范的基礎(chǔ)之上加以改進，從而達到可靠性研究的高要求。這也是為什么美國在數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究領(lǐng)域始終處于世界首位的重要原因之一。endprint

2.4 我國的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究

國的數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件可靠性研究起步較晚。并且在最初起步時，由于受國外可靠性研究的影響，也是將可靠性研究這一技術(shù)應(yīng)用于科技電子產(chǎn)業(yè)中。直至70年代后期，我國才逐漸將可靠性研究應(yīng)用于對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的質(zhì)量可靠性研究中。隨著我國社會主義的建設(shè)與發(fā)展，在現(xiàn)階段中，我國對數(shù)控機床的可靠性研究還停留在主要針對產(chǎn)品運行時早期的故障檢測以及現(xiàn)場跟蹤檢測的范圍中。我國對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究，其主要目的就是為了能夠發(fā)出數(shù)控機床設(shè)備主品早期的不安全因素，從而便于工作人員及時應(yīng)對，并快速制定出解決這一不安全因素的措施與辦法。而對數(shù)控機床進行現(xiàn)場跟蹤檢測，其目的主要是為了通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)及產(chǎn)品樣本的采集，判斷中現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)中的產(chǎn)品故障，從而為可靠性研究提供準確的數(shù)據(jù)信息。

3 數(shù)控機床可靠性研究

3.1 數(shù)控機床傳統(tǒng)設(shè)計方法與可靠性研究的思想及原理

我國自二十世紀八九十年代開始，逐漸對重工業(yè)中的設(shè)備及機械生產(chǎn)的可靠性研究加以重視。并且在經(jīng)過了三十多年的摸索與探尋中，我國對數(shù)控機床的可靠性研究得到了快速的發(fā)展，并達到了一定的專業(yè)化水準。在我國十一五期間，國家已完全將數(shù)控機床的可靠性研究作為了國家重點級研究發(fā)展項目來對待，并要求將其納入國家整體的經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)的戰(zhàn)略目標中去。并通過實踐使數(shù)控機床可靠性研究取得了較好的成績與效果。同年，在十一五期間，國家所提出的：“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重點項目中就指出，我國要對數(shù)控機床進行大專項的實施計劃。從這一點可以看出，我國對數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究、數(shù)控機床產(chǎn)品的可靠性質(zhì)量與不水平等項目內(nèi)容給予了高度的支持和重視。同時來講，在國家各大高校內(nèi)，對數(shù)控機床的可靠性研究，數(shù)控機床可靠性計算方法、數(shù)控機床可靠性評估方法等方面的內(nèi)容提供了大量的可行性較高的研究方案。

我國科學(xué)研究者張新民對目前國內(nèi)的數(shù)控機床傳統(tǒng)設(shè)計方法與可靠性研究方法進行了思想及原理上的研究與分析。首先是從國防機械設(shè)備的工程設(shè)備理念入手，在數(shù)控機床所建立的干涉型模擬設(shè)備的基礎(chǔ)之上，結(jié)合論述了JC法、MONTE-CARLO法等幾種國防機械設(shè)備的可靠性研究。同時，國內(nèi)的另一位科學(xué)研究者王元文對多維機械設(shè)備運行模式下的可靠性進行了系統(tǒng)性的研究，同時在研究中對機械設(shè)備運行中可能會出現(xiàn)的可靠性問題進行了分析和總結(jié)，并給出了問題的具體解決措施及方案。該方法首先是將多維機械設(shè)備的可靠性研究轉(zhuǎn)入了一個求解非線性方程組中，然后用線性代數(shù)的求解方法對靠性數(shù)值進行計算，同時根據(jù)數(shù)值對一般數(shù)控機床設(shè)備進行可靠性設(shè)計思想及方法的研究和分析，然后根據(jù)對該可靠性數(shù)據(jù)的分析指出數(shù)控機床設(shè)計中所存在的不足之處及缺點。這也就是我們常說的這一概念最初的起源之處。另外，在王元文提出了“剩余可靠度”這一概念后，利用其可靠度之和建立了級小化目標函數(shù)。因此，也就形成了以可靠性條件及邊界條件相約束的數(shù)控機床設(shè)計可靠性研究數(shù)字模型。也因函數(shù)的建立編制了計算機應(yīng)用程序。這也大大方便了人們對數(shù)控機床的可靠性設(shè)計進行研究，同時還可以利用實例分析法驗證數(shù)控機床可靠性研究結(jié)果的正確性。

3.2 利用率論的應(yīng)用以及以統(tǒng)計學(xué)理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識進行研究

對數(shù)控機床的可靠性研究，其本身就是一個較為定性的概念，因此在研究中可以通過對概率論的應(yīng)用以及以統(tǒng)計學(xué)理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識對數(shù)控機床的可靠性研究進行量化式的計算。例如：在采用概念計算法對有限元邊值進行求解時。首先從數(shù)控機床可靠性研究的數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出了許多周期系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定性與靈活度的可靠性計算公式。同時推算出了這些隨機數(shù)據(jù)參數(shù)對數(shù)控機床設(shè)備運行轉(zhuǎn)數(shù)的影響，從而從根本上避免或解決數(shù)控機床運行時可能會出現(xiàn)的可靠性安全總理。另外，目前國內(nèi)的各高校也不斷地對數(shù)控機床的可靠性進行研究與分析。例如：東北大學(xué)就對數(shù)控機床中的五軸加工中習運動學(xué)進行了可靠性研究，并且在研究中運用蒙特卡洛法判斷出五軸加工在數(shù)控機床運動中的可靠性數(shù)學(xué)計算模型。同時，東北大學(xué)通過對數(shù)控機床的點估算與跟蹤估算驗證了運動學(xué)可靠性分析研究的效果。這一研究結(jié)果大大提高了數(shù)控機床的設(shè)備加工質(zhì)量及精準度，并對延長數(shù)控機床工作年限有著十分重要的作用。

4 數(shù)控機床關(guān)鍵部件的研究

一般來講，數(shù)控機床是屬于一種全新的具有高技術(shù)含量的產(chǎn)業(yè)及設(shè)備，而數(shù)控機床內(nèi)的關(guān)鍵部件則是高技術(shù)含量設(shè)備中的一個獨立的單元技術(shù)載體。這些關(guān)鍵部件對數(shù)控機床的運行穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。在數(shù)控機床設(shè)備中，其關(guān)鍵部件主要包括了：數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、主軸單元、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、NC工作臺、伺服電機、刀庫及換刀裝置、防護裝置等。同時來講，數(shù)控機床關(guān)鍵部件是數(shù)控機床設(shè)備中最為重要的組成部分，因此對關(guān)鍵部件的可靠性研究更顯其重要性。首先來講，關(guān)鍵部件的可靠性研究方法與數(shù)控機床的可靠性研究方法有著很大的不同之處，因此要對關(guān)鍵部件進行研究時是不能夠按照數(shù)控機床的研究方法來進行的。

目前而言，我國現(xiàn)存的對數(shù)控機床關(guān)鍵部件的可靠性研究主要包括用平均故障間隔法、用平均修復(fù)時間法、用固有可用度及精度保持時間法等對關(guān)鍵部件的可行性進行研究。例如：吉林大學(xué)的宗立華教授就指出：運用平均故障間隔時間法對數(shù)控機床的刀架部件進行可靠性研究，可以更為全面地對數(shù)控刀架的可靠性進行評定。同時，由于數(shù)控機床中刀架故障的產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)位時換刀次數(shù)及過程有著很大的關(guān)聯(lián)，但同時，在刀架工作過程中，其也不一定是始終保持在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下的。因此，利用平均故障間隔法根據(jù)刀架轉(zhuǎn)動的次數(shù)來分析其可靠性，是較為準確的一種方法。另外，目前隨著科技的發(fā)展以及可靠性研究技術(shù)的發(fā)展，在對關(guān)鍵部件進行可靠性研究時可以通過計算機軟件以及PLC系統(tǒng)對可靠性指標進行控制，從而實現(xiàn)換刀設(shè)備的自我檢測功能。最后，對于數(shù)控機床設(shè)備中的滾動功能部件的可靠性研究中，可通過對指標的確定以及驗證失效分析等方法，對關(guān)鍵部件的可靠性進行評定與分析，從而達到數(shù)控機床關(guān)鍵部件功能最優(yōu)的目的和效果。

5 結(jié)語

綜上所述可知，數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件的可靠性研究對提高數(shù)控機床設(shè)備的整體運行能力都具有著十分重要的作用。因此，在進行數(shù)控機床及其關(guān)鍵部件右靠性研究時，要根據(jù)其特點及實際的運行規(guī)律為出發(fā)點，進行分層次地研究，從而達到排除預(yù)防故障發(fā)生，提高數(shù)控機床整體運行能力的最終目的。

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