孫麗萍

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基于MKE1320A數(shù)控外圓磨床的可靠性理論分析

孫麗萍

（上海機(jī)床廠有限公司 上海 200093）

以MKE1320A數(shù)控外圓磨床為研究對(duì)象，采用專家評(píng)分法對(duì)該機(jī)床進(jìn)行故障分析，按評(píng)分結(jié)果，由已知的子系統(tǒng)故障率計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的總故障率，最終得出的預(yù)計(jì)值在正常范圍內(nèi)。這種故障分析技術(shù)構(gòu)成了可靠性理論分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容，為新產(chǎn)品試制方案選擇及設(shè)計(jì)提供了可靠的理論數(shù)據(jù)。

MKE1320A 可靠性 專家評(píng)分法

中國(guó)的機(jī)床工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，它的高速發(fā)展為我國(guó)裝備制造業(yè)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)[1]。數(shù)控磨床是機(jī)床工業(yè)發(fā)展中不可或缺的一部分，它的整體可靠性是影響機(jī)床質(zhì)量的核心因素。在數(shù)控磨床推向市場(chǎng)前，進(jìn)行機(jī)床的可靠性預(yù)計(jì)分析是十分有必要的。影響數(shù)控磨床可靠性的主要因素有：機(jī)電元器件質(zhì)量、功能部件質(zhì)量、數(shù)控系統(tǒng)安裝使用、防護(hù)、制造過(guò)程、機(jī)床的使用等。數(shù)控磨床可靠性預(yù)計(jì)的主要價(jià)值體現(xiàn)在它可為樣品的試制，以及作為設(shè)計(jì)手段為設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)[2]。同時(shí)，預(yù)計(jì)工作具有及時(shí)性，即在決策點(diǎn)之前做出預(yù)計(jì)，提供有用的信息，否則便失去其意義。其中，平均故障間隔時(shí)間是數(shù)控機(jī)床的主要可靠性指標(biāo)。提高數(shù)控磨床的研究目標(biāo)是提高它的的平均無(wú)故障工作時(shí)間。

MKE1320A是一種經(jīng)濟(jì)型普通數(shù)控外圓磨床，適用于加工圓柱類或多臺(tái)階軸類及小錐度零件，且非常適用于成批量的生產(chǎn)車間使用。該機(jī)床采用國(guó)產(chǎn)數(shù)控KT630系統(tǒng)，機(jī)床兩軸（軸、軸）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別由數(shù)控交流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠傳動(dòng)，能在一次安裝工作條件下，完成多檔外圓的自動(dòng)磨削。以MKE1320A數(shù)控外圓磨床樣機(jī)為研究對(duì)象，提出采用專家評(píng)分法對(duì)該機(jī)床進(jìn)行故障分析，得出總故障率，為MKE1320A樣品的試制以及設(shè)計(jì)決策提供理論依據(jù)。

1 可靠性理論分析方法

可靠性預(yù)計(jì)是一種預(yù)測(cè)方法，是在產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)上，根據(jù)同類產(chǎn)品在研制過(guò)程及使用中所得到的失效數(shù)據(jù)和有關(guān)資料，預(yù)測(cè)產(chǎn)品及其單元在今后的實(shí)際使用中，所能達(dá)到的可靠性水平，或預(yù)測(cè)產(chǎn)品在特定的應(yīng)用中符合規(guī)定功能的概率[3]?？煽啃灶A(yù)計(jì)則是自下而上地預(yù)計(jì)產(chǎn)品各層次的可靠性參數(shù)，判斷各層次設(shè)計(jì)是否滿足分配的可靠性指標(biāo)。只有各層次的可靠性分別達(dá)到分配的要求，才能保證產(chǎn)品可靠性指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)[4]。對(duì)未達(dá)到分配指標(biāo)要求的設(shè)計(jì)，則能發(fā)現(xiàn)其可靠性薄弱環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)上的隱患及提供選擇糾正措施的指南，并依此改進(jìn)設(shè)計(jì)直到滿足指標(biāo)要求為止。可靠性分析的目的決不僅是評(píng)價(jià)系統(tǒng)及其組成單元的可靠性水平[5]，更重要的是提高其可靠性。因此，必須對(duì)系統(tǒng)及系統(tǒng)各部件的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，其所形成的故障分析技術(shù)構(gòu)成了可靠性分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

采用專家評(píng)分法預(yù)計(jì)機(jī)床的可靠性，這種方法首先依靠有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照數(shù)控機(jī)床的幾種因素進(jìn)行評(píng)分，然后按評(píng)分結(jié)果，由已知的某子系統(tǒng)故障率根據(jù)評(píng)分系數(shù)算出其余子系統(tǒng)的故障率，由各子系統(tǒng)故障率，便可得出總的系統(tǒng)故障率。一般數(shù)控磨床的評(píng)分因素主要有以下四種，每種因素的分?jǐn)?shù)在1~10之間。數(shù)控磨床的評(píng)分因素見(jiàn)下表1。

表1 數(shù)控磨床評(píng)分因素表

已知某子系統(tǒng)的故障率為*，算出的其它子系統(tǒng)故障率p為：

式中：=1,2,…,表示子系統(tǒng)數(shù)；=1,2,…,4表示因素序號(hào)；m表示第個(gè)子系統(tǒng)，第個(gè)因素的評(píng)分?jǐn)?shù)；*表示故障率為*的子系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù)。

由各子系統(tǒng)故障率p，便可得出總的系統(tǒng)故障率：

2 MKE1320A可靠性分析

MKE1320A數(shù)控外圓磨床有3個(gè)大的系統(tǒng)構(gòu)成：電氣、機(jī)械以及液壓系統(tǒng)，將這3大系統(tǒng)細(xì)分分別是頭架、尾架、砂輪架、床身、墊板、工作臺(tái)、工作臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、量?jī)x對(duì)刀、液壓、潤(rùn)滑及冷卻系統(tǒng)。

在MKE1320A試制前，為了得到該機(jī)床的可靠性理論數(shù)據(jù)，我們請(qǐng)三位技術(shù)專家按四個(gè)評(píng)分因素打分，結(jié)果見(jiàn)表2所示。其中a、b、c、d分別代表評(píng)分因素中的復(fù)雜度、環(huán)境條件、工作時(shí)間、技術(shù)水平。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可知數(shù)控系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間為3 000小時(shí)，即故障率*=3.33×104/h，以*為基礎(chǔ)，用專家評(píng)分法計(jì)算的MKE1320A數(shù)控外圓磨床的故障率表，如下表3所示。

表2 技術(shù)專家打分表

表3 MKE1320A故障率表

接上表

數(shù)控系統(tǒng)101.74.34325.080.47159.19 量?jī)x對(duì)刀2.37.75.72.7272.600.40133.2 液壓系統(tǒng)3.357.72254.10.37123.21 冷卻系統(tǒng)1.76.37.71.7140.200.2066.6 總故障率1946.94

一般認(rèn)為預(yù)計(jì)值在實(shí)際值的0.8~2倍范圍內(nèi)屬于正常。由MKE1320A故障率表得到數(shù)控機(jī)床總的故障率為1946.94×10-6/h，即平均故障間隔時(shí)間大約513.6小時(shí)，MKE1320A數(shù)控外圓磨床故障率處于正常范圍內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于MKE1320A數(shù)控外圓磨床的可靠性理論分析為企業(yè)新產(chǎn)品方案選擇及設(shè)計(jì)提供了理論研究數(shù)據(jù)，通過(guò)專家評(píng)分法將預(yù)計(jì)結(jié)果與要求的可靠性指標(biāo)相比較，審查設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的可靠性指標(biāo)是否能達(dá)到，再通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行方案比較，選擇最優(yōu)方案。在磨床的設(shè)計(jì)階段，通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，加以改進(jìn)，為產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證等方面提供理論依據(jù)。

[1] 陳循介.中國(guó)機(jī)床工業(yè)六十年發(fā)展?fàn)顩r及思考[J].精密制造與自動(dòng)化,2009(4):1-3.

[2] 高社生,張鈴霞.可靠性理論與工程應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002.

[3] 賀國(guó)芳.可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1995.

[4] 賓鴻贊.先進(jìn)制造技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[5] 陳曉彤.可靠性實(shí)用指南[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.