數控機床可靠性設計工作流分析

王智超劉曉瓊

(1.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300；2.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300)

數控機床可靠性設計工作流分析

王智超1劉曉瓊2

(1.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300；2.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300)

高速精密的數控機床隨著工業化的不斷發展，需求量越來越高，現階段對數控機床的可靠性認定工作研究成為一個熱點。本文通過介紹可靠性設計的重要性和工作流程，概括總結了認定數控機床可靠性工作過程中要考慮的因素，按照順序性對該工作劃分了層次，為數控機床的生產可能出現的故障做好預防和排除指導。

數控機床；可靠性；工作流；順序性

高速精密的數控機床隨著工業化的不斷發展，需求量越來越高，但這一產品結構復雜、產出速率低、價格昂貴、檢測要求高，很難像普通的商品那樣僅僅通過抽樣檢測就可以認定其可靠性。現階段對數控機床可靠性認定工作的研究成為一個熱點。

可靠性工作流分析是可靠性認定工作的一種分析方法，能夠給設計和生產數控機床提供指導和方法支持，在設計方案優化、設計質量控制和產品可靠性檢驗方面提供重要依據。所以可靠性設計工作流分析方法在數控機床檢驗可靠性的工作中得到了大量運用。本文詳細介紹該方法的具體細節。

1 數控機床可靠性檢驗的基本環節

可靠性是指產品在給定的條件下和給定的時間區間內完成要求的功能的能力[1]。數控機床的可靠性檢驗工作包括檢驗各個零部件和整體性能，零部件通常是螺栓、液壓閥、電子元件等，有時僅僅是一個小零件，也可以是整個數控機床。可靠性檢驗在給定條件下進行，包括給定的使用條件、給定的環境條件和給定的時間區間。使用條件如動力和載荷條件以及操作工人的技術水平等，環境條件如氣壓、溫度、濕度、鹽霧、腐蝕、沖擊、振動和噪聲等。時間區間一般是指機床運行時間和回轉部件的轉數以及部分機械裝置的運作次數等。

可靠性工程是一種盡可能改進和管控偶然事故并能預測防范必然事故的一種工程技術，它以在一定的條件和壽命下，確保和提高產品可靠性為目標[2]。可靠性檢驗工程的流程如下。

1.1 可靠性設計

可靠性設計是在可靠性工程開啟伊始，考慮本工程項目可靠性的不獨立于工程設計之外的方案。對于數控機床而言，就是對機床的性能、維修性以及費用等全方面因素綜合考慮，平衡各因素之間的關系，得到最優的設計方案。因此，可靠性設計是可靠性檢驗工程的第一步。

1.2 制造和裝配過程的可靠性

數控機床在制造和裝配過程時，固有的可靠性差不多已基本確定，因為制造和裝配機床的過程就是實現項目伊始可靠性設計方案的過程。因此，制造和裝備數控機床是保障可靠性實現的關鍵技術。

1.3 可靠性檢驗

可靠性設計方案的有效還是有缺陷，需要通過檢驗才能判定。常見的可靠性檢驗方法有兩種，分別是增長性檢驗和驗證性檢驗。

1.4 可靠性分析

可靠性檢驗完畢，通常會驗出一些數據信息，需要對這些數據進行分析，其實，可靠性分析貫穿于整個可靠性工程的流程中，包括設計、制造裝備和使用。通常分為兩大類：物理分析和統計分析。

可靠性物理分析通常指故障原理分析。對故障原理的分析可能比較復雜，先從故障發生的結果來看，比如物理的或者化學的影響，然后大致判斷故障發生的微觀位置，最后對故障進行清理和排除處理。可靠性統計分析一般是對檢驗出來的數據進行統計合計分析，根據檢驗的結果評定數控機床的生產可靠性指標。

1.5 可靠性管理

可靠性管理的目的是為了使機床的使用壽命周期費用達到最低，需要對機床的各項可靠性技術工作以及研發人員進行指揮、監控與協調，以實現預期可靠性指標。

2 可靠性設計環節的重要性

時代的不斷進步，積累了很多可靠性工作的經驗，所有的這些經驗都證明了可靠性設計和分析系統對產品的可靠性水平有著不可磨滅的影響[3]。可靠性工作設計環節的重要性體現在下面兩個方面：

2.1 可靠性的設計方案對整個生產起著決定性作用。制造和裝配后基本實現了設計過程的固有可靠性，再到使用和維護過程也改變不了其固有可靠性了。因此，設計階段對這個可靠性工程的成敗起著生死有關的影響，如果在設計環節沒有重視機床的可靠性，那么后來的階段無論如何也是彌補不了。

2.2 設計階段盡可能地考慮周全，采用提高可靠性的措施比任何一個階段效用都高。數控機床的生產競爭不斷增大，客戶對機床的生產周期和質量要求也會越來越高。在設計階段作好部署和全面考慮提高措施，就節省了返工時間和成本以及高的次品率，將是最有利于企業競爭成功的。據美國Northrop Grumman公司估計，在設計階段每投入1美元用來提高產品的可靠性和維修性，可在使用階段中節約30美元的維修保養費用[4]。所以，盡一切可能把缺憾消除在襁褓之中。

3 可靠性設計環節的工作建立

數控機床的可靠性設計環節可分為四步工作，分別如下。

3.1 設計準備工作

拿到任務書后，先進行分析，再研究市場需求，檢索相關書籍或者網絡資料，系統學習相關知識，寫出需求報告，博采眾長、詳細分析設計要達到什么樣的目標。

3.2 方案設計工作

準備工作做好后，就要進入方案設計階段了，需要從原理展現、技術參數、系統總布局、技術評價、技術可行性等方面撰寫方案。原理展現要展現出機床的運動原理，包括運動要求、運動分配、運動聯系和實現運動的方式。系統總布局既要考慮內部因素也要考慮外部因素，內部因素可能關系到工件、刀具間的相互作用以及位置擺放和工件形狀、質量問題，外部因素則主要是人—機關系，人對機器的操作和管理維修等。

性能參數是通過計算或者前人研究的經驗得出，這一因素能夠影響機床的整體性能，因此要慎重，確保設計方案最優。

3.3 技術設計工作

技術設計工作階段要完成數控機床的總體結構設計，包括外形和內部結構。首先繪制出機床的總體尺寸關系圖，確定下來內部結構各部分的尺寸比例，以防生產時出現偏差，導致制造和轉配錯誤。針對圖紙，估算成品所需要的經費，并作技術經濟分析。交由專家審核確認，不合理之處反復修改，按照最終評審通過的方案，組織有經驗的專業技術人員進行總裝配圖和部件結構圖的繪制，詳細描繪出主要零部件結構，例如，床身、立柱、橫梁、主軸箱等。在電腦上使用相關軟件對設計圖進行計算和模擬仿真分析，對數控機床設計方案的主要工件和整體結構進行動靜態性能分析，查出優缺點，提出改進方案。修改后再次進行終審評核，直至通過評核，正式繪制技術設計圖紙，詳細標明零件和裝配位置。

3.4 工作圖設計工作

根據技術設計圖的零件圖和裝配圖，定出每個零件的尺寸，在適當位置詳細標出，計算出公差配合和形位誤差。依據技術設計圖中的裝配位置和總結構對每張圖進行審核校對。確保尺寸上和零件型號上的準確性和是否有遺漏，經相關技術人員審查確認零件的工藝性是否便于制造和裝配后，選擇零部件的尺寸基準，公差的精度等級，材料的選擇，熱處理的要求等是否合理。最后編寫各類零件明細表、外購件明細表和使用說明書等技術文件。

4 總結

數控機床在制造業中的重要地位不容忽視，對其可靠性的研究經驗提醒我們：產品的可靠性要想提高，必須在基礎階段做好防備工作和設計方案，充分發揮可靠性工作流設計工作在可靠性設計中的指導性和重要性。本文通過介紹可靠性設計的重要性和工作流程，概括總結了認定數控機床可靠性工作過程中要考慮的因素，按照順序性對該工作劃分了層次，為數控機床生產可能出現的故障做好預防和排除指導。

[1]全國電工術語標準化技術委員會.GB/T2900.13-2008電工術語可信性與服務質量[S].北京:中國標準出版社,2008.

[2]周正伐.可靠性工程基礎[M].北京:中國宇航出版社, 2009，18-19.

[3]曾聲奎.可靠性設計與分析[M].北京:國防工業出版社, 2011，1-2.

[4]李長娜.基于CompactPCI總線加固機的設計與實現[D].天津:天津大學電氣工程專業,2003.

王智超（1986.10—）男，漢族，本科學歷，畢業于長春工程學院機械電子工程專業,現從事機械維護及管理工作。

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