劉玉宏蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州　215007

數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究

劉玉宏
蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州215007

數(shù)控機(jī)床一直都是裝備制造業(yè)中很重要的設(shè)備，可以說(shuō)，一個(gè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床的水平從一定程度上反映了這個(gè)國(guó)家制造業(yè)的水平。雖然由于我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的不斷提高，我國(guó)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)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(guó)外先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床相比仍存在著較大的差距。我國(guó)只有繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性的研究，才能進(jìn)一步打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)，增加市場(chǎng)占有率。

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

就我國(guó)國(guó)內(nèi)的使用機(jī)床技術(shù)而言，首先起步就比較晚，錯(cuò)過(guò)了發(fā)展的最優(yōu)時(shí)機(jī)。所以我國(guó)目前不像國(guó)外那些機(jī)床跨國(guó)公司掌握了很多先進(jìn)的技術(shù)，并且把這些先進(jìn)的技術(shù)作為其企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，不會(huì)外傳。這對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展起到了很大的影響作用。我國(guó)現(xiàn)在必須大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)的人員，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，并且積累相關(guān)技術(shù)。提高了我國(guó)數(shù)控技術(shù)，才能促進(jìn)我國(guó)的裝備制造業(yè)的發(fā)展，為我國(guó)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

1　數(shù)控機(jī)床的相關(guān)概念

1.1數(shù)控技術(shù)

通過(guò)數(shù)字控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制某一個(gè)工作過(guò)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(duì)位置、速度和角度這些機(jī)械量的控制，還涉及到對(duì)機(jī)械能量流向有關(guān)的開(kāi)關(guān)量的控制。

1.2數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床的全稱是數(shù)字控制機(jī)床，所以顧名思義，就是通過(guò)一些特定的數(shù)字符號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的機(jī)床。這種既能控制數(shù)學(xué)符號(hào)和編碼并能把它們進(jìn)行編譯，然后將編譯后的代碼用數(shù)字表示出來(lái)并通過(guò)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(jī)床發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，在程序控制系統(tǒng)接收到后會(huì)控制機(jī)床自動(dòng)的按照?qǐng)D紙的尺寸和形狀來(lái)加工零件。

1.3數(shù)控機(jī)床可靠性和相應(yīng)指標(biāo)

數(shù)控機(jī)床可靠性指的是數(shù)控機(jī)床在規(guī)定的時(shí)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(píng)判一個(gè)數(shù)控機(jī)床好壞的指標(biāo)主要包括平均無(wú)故障時(shí)間MTBF、平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR。其中平均無(wú)故障時(shí)間MTBF是一個(gè)定量指標(biāo)，通過(guò)產(chǎn)品從一次故障到第二次故障所用的時(shí)間。平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR就是系統(tǒng)修復(fù)一次其各個(gè)環(huán)節(jié)所用的總時(shí)間。主要包括確認(rèn)失效的時(shí)間、修復(fù)的時(shí)間、得到配件的時(shí)間、記錄任務(wù)的時(shí)間、維修團(tuán)隊(duì)反應(yīng)的時(shí)間和設(shè)備到重新投入使用所需要的時(shí)間等。平均故障修復(fù)時(shí)間的值和系統(tǒng)可靠性成反比，也就是說(shuō)，當(dāng)平均故障修復(fù)所需要的時(shí)間越少，其可靠性就越高。

2　數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)

2.1可靠性設(shè)計(jì)

我國(guó)的數(shù)控機(jī)床需要加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)，才能減少其在運(yùn)行過(guò)程中的故障次數(shù)，提高設(shè)備的利用率。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)好壞會(huì)直接的影響其故障發(fā)生率的高低，所以就需要數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的時(shí)候嚴(yán)格的按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷而給將來(lái)數(shù)控機(jī)床的使用造成麻煩。由此可見(jiàn)數(shù)控機(jī)床的可靠性設(shè)計(jì)很重要，可以通過(guò)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(guò)對(duì)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(lái)得到相應(yīng)子系統(tǒng)的可靠性分配值的方法來(lái)提高可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

2.2可靠性建模

進(jìn)行數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)價(jià)和可靠性設(shè)計(jì)的前提就是可靠性建模。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)相繼頒布了一系列的規(guī)定了可靠性設(shè)計(jì)、可靠性建模和可靠性試驗(yàn)的方法的標(biāo)準(zhǔn)，之后通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)建立數(shù)控機(jī)床的可靠性模型最終估算出了數(shù)控機(jī)床平均故障間隔工作時(shí)間。數(shù)控模型主要有貝塔分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布和極值分布等，通過(guò)這些模型模擬出的函數(shù)和經(jīng)驗(yàn)分布的方差進(jìn)行比較，選出最優(yōu)的模型。當(dāng)然，在我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)也出臺(tái)了如MILSTD781、MIL-HDBK-217這些可靠性標(biāo)準(zhǔn)，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(lái)進(jìn)行對(duì)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(jī)床實(shí)際工作的時(shí)候，極易出現(xiàn)由于延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床的工作時(shí)間，而降低其可靠性從而增加數(shù)控機(jī)床的故障率的現(xiàn)象。雖然可以通過(guò)可靠性建模來(lái)對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè)與描述，但是往往與實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果存在著很大的差距。

2.3可靠性試驗(yàn)

可靠性試驗(yàn)的結(jié)果是很重要的，通過(guò)可靠性試驗(yàn)可以進(jìn)行故障分析、可靠性設(shè)計(jì)和構(gòu)建模型等。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，主要應(yīng)進(jìn)行常規(guī)應(yīng)力試驗(yàn)，通過(guò)大樣本試驗(yàn)，可以更加全面的了解數(shù)控機(jī)床的可靠性水平，并影響著樣本的故障分析?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)雖然需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)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(yàn)條件，但是這又是目前我國(guó)唯一的可靠的試驗(yàn)方法，因?yàn)槲覈?guó)到目前還不具有數(shù)控機(jī)床可靠性臺(tái)架試驗(yàn)的能力。

3　數(shù)控機(jī)床技術(shù)的必要性

3.1數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的需求

工業(yè)化市場(chǎng)在我國(guó)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(duì)數(shù)控機(jī)床的需求都越來(lái)越大?，F(xiàn)在機(jī)床中需求量最大的就是數(shù)控機(jī)床，我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)這幾年來(lái)雖然有顯著的提高，數(shù)控機(jī)床的功能和硬件設(shè)施也在不斷地完善中，但是目前在國(guó)際市場(chǎng)仍然占不到一定的份額。但是我們也必須認(rèn)識(shí)到，未來(lái)數(shù)控機(jī)床一定會(huì)得到更大量的需要，現(xiàn)在制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)控機(jī)床，所以一定要通過(guò)大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床的相關(guān)技術(shù)，來(lái)壯大和發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域。

3.2機(jī)床的故障率比較高

我們必須認(rèn)識(shí)到，雖然近年來(lái)我國(guó)在數(shù)控機(jī)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(jī)床的可靠性、準(zhǔn)確性和高自動(dòng)化等問(wèn)題。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響著我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，所以我國(guó)的數(shù)控機(jī)床目前的銷售量并不高。數(shù)控機(jī)床由于工作時(shí)間不斷的提高，會(huì)出現(xiàn)較多的故障，從而影響了其可靠性。由于很多機(jī)床加工廠商不能很好地解決自身的售后問(wèn)題，使得很多的顧客在購(gòu)買(mǎi)完數(shù)控機(jī)床后出現(xiàn)問(wèn)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(duì)顧客做出良好的指導(dǎo)。又隨著各國(guó)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)入我國(guó)，使得我國(guó)本土制造的數(shù)控機(jī)床更不易被賣出。所以，我們必須要提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，才能提高我國(guó)數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率。

3.3數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的意義

數(shù)控機(jī)床的可靠性對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的使用、我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的發(fā)展和我國(guó)人民使用數(shù)控機(jī)床的信心有著很大的影響。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)代表著一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)的水平。所以我國(guó)必須要提高數(shù)控機(jī)床的可靠性技術(shù)，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)民族事業(yè)的發(fā)展、機(jī)床事業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展以及提升我國(guó)的綜合國(guó)力都有很大作用。

4　數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)試驗(yàn)以及存在的問(wèn)題

4.1數(shù)控技術(shù)可靠性技術(shù)試驗(yàn)

目前數(shù)控機(jī)床的研究包括電主軸試驗(yàn)、動(dòng)力伺服刀架試驗(yàn)、鏈?zhǔn)降稁?kù)試驗(yàn)和盤(pán)式倒庫(kù)試驗(yàn)等可靠性試驗(yàn)。

4.2數(shù)控機(jī)床技術(shù)中存在的問(wèn)題

4.2.1缺少專業(yè)人員和研究機(jī)構(gòu)

我國(guó)目前缺少大量的具備數(shù)控機(jī)床技術(shù)的專業(yè)素質(zhì)的人員和相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)。在數(shù)據(jù)機(jī)床的研究中，不僅極易出現(xiàn)失誤和故障，而且耗時(shí)耗力，需要研究團(tuán)隊(duì)中成員的相互幫助才能取得一定的效果。所以，針對(duì)我國(guó)目前研究成員和研究機(jī)構(gòu)相對(duì)較少的局面，我國(guó)的數(shù)控機(jī)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(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床的研究也有了一定的時(shí)間，雖然積累的一定的數(shù)據(jù)，但是并不能滿足我國(guó)數(shù)控機(jī)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(lái)進(jìn)行分析，而我國(guó)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(jìn)一步深入。

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

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TG5

A

1674-6708（2015）152-0079-02