數控機床的可靠性可行性方案

遲景才

吉林大學，吉林長春 130012

機械設備在規定工作條件下和規定時間內保持與完成規定功能的能力，可以稱之為機械設備的可靠性，即設備運行的穩定性。我們將一臺數控加工設備投入到生產工作中，不僅要關注系統的先進性，功能全面性、加工精度等級，我們更需要關注的設備的可靠程度。如果一臺設備可以無故障連續運行5 000 小時以上，那么它的使用價值以及經濟性就會得以體現。數控機床的可靠性往往指的是設備的可維護性以及穩定性能的運轉周期，其是保證機械加工企業穩定生產的可觀測性指標。

1 對數控機床可靠性的評定

數控機床是自動化程度較高的機械加工設備，其中涉及PLC 控制技術、數字信號控制技術，伺服電機控制技術等等，正是由于這些現代化技術的支持，促使數控機床具有生產效率高，產品精度高，質量穩定等特點，能夠完成普通機床難以完成的機械產品加工任務。由于數控加工設備內部系統的復雜性以及元器件的高精密性，導致數控機床在工作過程中很容易受到周圍環境的影響，進而發生故障，造成數控機床的穩定性下降。

準確地講，數控機床可靠性的評定的特征量主要包括：可靠度、失效率、故障率、平均無故障間隔時間、平均壽命、有效度等等，其中每一個特征量均只能夠表現出評定可靠性的某一個特征點，缺乏全面性的標準。因而對于設備可靠性的評定指標的確定應該依據機械設備本身的特征而定。對于可維修性較強且系統較為復雜的數控加工設備，常用可靠度、平均無故障時間（MTBF）等指標衡量可靠程度。

對于數控機床來說，并沒有一個準確性的指標能夠反映出其工作狀態，而且學術界對于評價標準的認定也不一致，這主要是因為數控機床涉及的現代化技術較為復雜，且運行過程中受到諸多因素的影響，如操作水平，工作環境，電氣干擾，零部件精度等等，在制定評定指標時，需要綜合考慮到機械和電子的雙重因素。筆者認為，采用平均無故障時間（MBTF）、精度穩定周期，平均修復周期等幾項指標對于數控機床可靠性的評定具有一定的科學性。

1.1 平均無故障時間

平均無故障時間指的是可修復性較高產品，相鄰兩個故障期間工作時間的平均值，簡稱為“MTBF”，能夠較為準確的衡量出數控機床的可靠程度，具體數值一般體現在產品標準中。一般來說，國外數控加工設備的MTBF 為5 000h～22 000h，這是國產數控系統所無法比擬的該項指標主要反映的數控機床的無故障參數。故障指的是數控機床無法實現規定功能，平均無故障工作時間能夠準確的反映出在無故障情況下數控機床正常工作周期，

1.2 平均修復周期

平均修復周期指的是數控機床從發現故障到恢復到規定功能期間的時間周期，與上述評定指標正好相反，其計算的是數控機床故障停留時間參數，英文縮寫為“MTTR”。它包括確認系統故障發生的時間參數，數控機床維護時間、維護準備時間，維修團隊響應時間、設備重新投入使用時間等。可見，平均修復時間周期的參數大小不僅與產品本身設計參數相關聯，與設備的使用方式、維修水平、維護準備充足性也有一定聯系。

2 數控機床可靠性的影響因素

數控機床的可靠性并不是根據相關參數的運算推理得出的，而是產品本身所固有的特性，即便數控機床的可靠性可以通過零部件以及元器件的故障率參數加以評定，但是所得出的結論并不一定與數控機床真實運行狀態相符，其中存在著設計與實際制造的差距，在數控機床零部件制造以及裝配過程中避免不了會出現一定的誤差，此時數控加工設備的可靠性設計參數不再準確。此外，對于數控機床零部件以及元器件的故障率數據庫也存在著數據不足的缺陷，以現有的技術水平還不能夠制造出與可靠性設計的理論水平一致的產品。影響數控機床可靠性的因素可以歸結為數控機床的規定使用條件、數控機床規定使用時間，數控機床規定使用功能，數控機床各個組成部分的參數影響等等。

3 提升數控機床可靠性的途徑

3.1 正確體現數控機床的使用價值

一件產品只有合理的加以利用才能夠真正的發揮效能，數控加工設備亦是如此，只有在使用，安裝過程中依照相關的執行標準才能夠維持其穩定性，數控機床可靠性的價值才能夠得以體現。不正確的參數設置、不完善的邏輯控制程序均能夠影響數控機床的使用性能，進而能夠影響數控機床的可靠性，因此正確合理的運用數控機床的系統，按照相關標準設定參數，并考慮到數控機床內部結構與參數之間的關系是提升數控機床可靠性的基本條件。

3.2 注重數控機床控制系統和零部件的質量性

數控機床的可靠性與PLC 控制的自動化程度、伺服驅動裝置、配套功能部件、電氣元件、檢測元件的質量性具有密切的聯系。選擇功能全面，穩定性較高的數控機床控制系統是保證數控機床可靠性的基礎，目前市面上主流應用的PLC 控制系統包括FANUC 系統、西門子系統等，這些系統均由國外廠商設計完成，其控制功能較為完備，且自身的可維護性也較高。

3.3 重視數控機床維修信息

作為數控機床的使用者，應該及時將設備的運行狀態反應到數控機床的制造廠商，方便于產品設計單位對設備運行狀態的數據收集，進而也為數控機床的更新改造提供一定的數據支持。如數控機床每次出現故障，其中不僅包括外界環境的影響以及人為因素，也存在著產品本身的設計問題。因此，只有將數控機床的維修信息以及運行數據及時得以反饋，才能夠促使數控機床的功能更為完善，這也是提升數控機床可靠性的關鍵。

4 結論

綜上，隨著相關學科的發展以及研究的不斷深入。對于數控機床可靠性的理論研究將會更為透徹，其涉及的范圍也將會更為廣泛。本文主要從數控機床的使用方面針對如何提高數控機床的可靠性提出了幾點可行性方案，另外提升數控機床的可靠性也應該包括建立完善的數控機床維修檔案. 對數控機床故障頻次和維修過程進行分析，實行預防性與預測性維修等等， 進而提高數控機床的平均無故障時間MTBF，提高有效度，充分發揮數控機床的價值性，提高生產加工的效率。

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