“數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)”專題（十三）可靠性試驗(yàn)技術(shù)

（重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400044）

1 可靠性試驗(yàn)的目的及意義

可靠性試驗(yàn)是指為了評(píng)價(jià)、分析和提高產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的各種試驗(yàn)活動(dòng)的總稱，其目的如下：

（1）確定產(chǎn)品在預(yù)期工作條件下可靠性的特征量；

（2）驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)或合同規(guī)定的可靠性指標(biāo)要求[1]；

（3）發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料和工藝方面的各種缺陷，為改善產(chǎn)品的性能，提高可靠性水平，減少維修及保障費(fèi)用提供科學(xué)依據(jù)[2]。

當(dāng)設(shè)備剛生產(chǎn)出來時(shí)，在理想情況下，它應(yīng)該滿足合同或任務(wù)書對(duì)它的可靠性要求，實(shí)際情況遠(yuǎn)非如此。據(jù)美國(guó)人經(jīng)驗(yàn)：大型的電子-機(jī)械系統(tǒng)的首臺(tái)樣機(jī)，初期平均故障間隔時(shí)間（mean time between failure，MTBF）通常只有設(shè)計(jì)值的1/10左右，必須經(jīng)過一系列的可靠性試驗(yàn)，糾正和改進(jìn)存在的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，才能使產(chǎn)品的可靠性逐步提高到設(shè)計(jì)要求值[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各種失效原因中，零部件的缺陷，工藝缺陷，設(shè)計(jì)缺陷大體上各占1/3左右，糾正這些缺陷，使產(chǎn)品的可靠性逐步增長(zhǎng)到要求的值，所花費(fèi)的可靠性試驗(yàn)時(shí)間大體上是要求的MTBF值的5～25倍左右。

2 可靠性試驗(yàn)概述

2.1 可靠性試驗(yàn)相關(guān)概念

(1)故障

故障是指：

①產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，不能完成其規(guī)定的功能；

②產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，一個(gè)或者幾個(gè)性能參數(shù)不能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；

③產(chǎn)品在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)工作時(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)品不能滿足其規(guī)定要求的機(jī)械零部件、結(jié)構(gòu)件或元器件的破裂、斷裂、卡死等損壞狀態(tài)。圖1、2、3、4列舉了臥式加工中心中常見的幾類故障，分別為斷裂型、卡死型、超標(biāo)型和泄漏型。

圖1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)拉爪斷裂(折裂型)

圖2 刀庫(kù)撞刀(卡死型)

圖3 逆變器電流異常（超標(biāo)型）

在可靠性試驗(yàn)中發(fā)生的所有故障均應(yīng)按關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián)進(jìn)行分類，關(guān)聯(lián)故障是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，受試產(chǎn)品本身發(fā)生的故障，此種故障在解釋試驗(yàn)結(jié)果或計(jì)算可靠性特征值時(shí)必須計(jì)入；非關(guān)聯(lián)故障是指不是由于受試產(chǎn)品本身引起，在規(guī)定試驗(yàn)條件以外發(fā)生的故障，此種故障在解釋試驗(yàn)結(jié)果或計(jì)算可靠性特征值時(shí)不應(yīng)計(jì)入。

(2)剖面

數(shù)控機(jī)床壽命剖面是指機(jī)床從首次開始工作到壽命終結(jié)或者退出使用這段時(shí)問內(nèi)所要經(jīng)歷的各種事件和狀態(tài)的一種時(shí)序描述，與可靠性試驗(yàn)相關(guān)的剖面概念如下所示：

①任務(wù)剖面 是對(duì)產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時(shí)間所要經(jīng)歷的全部重要事件和狀態(tài)的一種時(shí)序描述。

②環(huán)境剖面 是產(chǎn)品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用中將會(huì)遇到的各種主要環(huán)境參數(shù)和時(shí)間的關(guān)系圖，它主要依據(jù)任務(wù)剖面繪制。

③試驗(yàn)剖面 是直接供試驗(yàn)用的環(huán)境參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系圖，是按照一定的規(guī)則對(duì)環(huán)境剖面進(jìn)行處理后得到的，試驗(yàn)剖面還考慮了任務(wù)剖面以外的環(huán)境條件。

(3)譜系

①零件譜 是指對(duì)數(shù)控機(jī)床加工對(duì)象中結(jié)構(gòu)、工藝特征相似的零件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到其加工零件的類型(即零件簇)及其出現(xiàn)頻率。

②工況譜 是指數(shù)控機(jī)床加工不同零件時(shí)，其參與工作的機(jī)床關(guān)鍵功能部件的工作狀況及其工序、工步的出現(xiàn)頻率。

③載荷譜 是指數(shù)控機(jī)床加工不同零件時(shí)，其參與工作的機(jī)床功能部件所承受的各種載荷的分布狀況。

④故障譜 是指運(yùn)用FTA、FMEA等分析手段以及故障診斷技術(shù)，分析得到的加工中心各部件出現(xiàn)的故障模式、故障頻率和故障原因。

⑤功能譜 是指數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行不同零件加工時(shí)，各部件功能的不同利用率。

(4)試驗(yàn)應(yīng)力

試驗(yàn)應(yīng)力是指可靠性試驗(yàn)時(shí)對(duì)產(chǎn)品施加的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，其內(nèi)容包括：環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力的類型，大小(應(yīng)力水平)、作用時(shí)間長(zhǎng)短、施加頻率及次數(shù)、應(yīng)力的次序等。可靠性試驗(yàn)中主要考慮的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力類型如下所示：

①環(huán)境應(yīng)力是指產(chǎn)品在任一時(shí)刻和任一地點(diǎn)遇到的能夠誘發(fā)產(chǎn)品失效的因素，主要包括：高溫、低溫、高相對(duì)濕度、低相對(duì)濕度、高氣壓、低氣壓、加速度、振動(dòng)、磁場(chǎng)、塵埃等。

②工作應(yīng)力是指在規(guī)定工況下，產(chǎn)品承載的能夠誘發(fā)產(chǎn)品失效的各種因素，主要包括：電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速、切削載荷、切削液流量、重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)、托盤交換次數(shù)、轉(zhuǎn)臺(tái)交換次數(shù)、主軸換刀次數(shù)等。

2.2 可靠性試驗(yàn)

從20世紀(jì)50年代初采用單應(yīng)力模擬的研制試驗(yàn)與鑒定試驗(yàn)，到20世紀(jì)70年代開始采用綜合應(yīng)力模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)一直都是保證可靠性的主要試驗(yàn)手段，由此發(fā)展而來的可靠性試驗(yàn)稱為傳統(tǒng)試驗(yàn)，可分為6個(gè)工作項(xiàng)目：環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性研制試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn)、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)等。

按照試驗(yàn)的目的，可靠性試驗(yàn)可分為工程試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)。工程試驗(yàn)的目的在于暴露產(chǎn)品材料、設(shè)計(jì)、制造、裝配等方面存在的缺陷，提出改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品可靠性。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性或者壽命是否達(dá)到規(guī)定的要求。

傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)技術(shù)的成熟和應(yīng)用使得產(chǎn)品可靠性有了大幅度的提高，與此同時(shí)傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)周期長(zhǎng)，效率低的缺陷也暴露無遺。1967年美羅姆航展中心提出了加速壽命試驗(yàn)方法[4]（accelerated life testing,ALT），其按試驗(yàn)方法可分為恒定應(yīng)力試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)等。1988年美國(guó)的HOBBS[5]提出了高加速壽命試驗(yàn)（highly accelerated life testing,HALT）和高加速應(yīng)力篩選（highly accelerated stress screening,HASS）。20世紀(jì)90年代美國(guó)波音公司正式提出可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)（reliability enhancement testing,RET）的概念和技術(shù)[6]，依據(jù)故障物理學(xué)，把故障或失效作為研究對(duì)象，通過人為的施加步進(jìn)環(huán)境應(yīng)力，加速激發(fā)產(chǎn)品潛在缺陷，由于其理論和方法基本涵蓋了HALT和HASS的內(nèi)容，故很多學(xué)者認(rèn)為RET是這類試驗(yàn)的總稱[7]。20世紀(jì)90年代以后，在ALT的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一個(gè)全新的研究熱點(diǎn)——加速退化試驗(yàn)[8]。加速可靠性試驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)一起構(gòu)成了完善的可靠性試驗(yàn)體系。如圖5所示。

（1）環(huán)境應(yīng)力篩選：是一種通過向電子產(chǎn)品施加合理的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速成為故障，并通過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和排除的過程，主要目的是為了發(fā)現(xiàn)和排除產(chǎn)品中不良元器件、制造工藝和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障。環(huán)境應(yīng)力篩選是一種工藝手段，主要用于電子產(chǎn)品，不適用與機(jī)械產(chǎn)品。

（2）可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)：是為暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，有計(jì)劃、有目標(biāo)地對(duì)產(chǎn)品施加模擬實(shí)際環(huán)境的綜合環(huán)境應(yīng)力及工作應(yīng)力，以激發(fā)故障，分析故障和改進(jìn)設(shè)計(jì)與工藝，并驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性而進(jìn)行的試驗(yàn)。其目的是暴露產(chǎn)品中的潛在缺陷并采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性得到穩(wěn)步增長(zhǎng)。

（3）可靠性研制試驗(yàn)：是通過向受試產(chǎn)品施加應(yīng)力，將產(chǎn)品中存在的材料、元器件、設(shè)計(jì)和工藝缺陷激發(fā)成為故障，進(jìn)行故障分析定位后，采取糾正措施加以排除，是一個(gè)試驗(yàn)、分析、改進(jìn)的過程，主要適用于新研制的產(chǎn)品。

（4）可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)：包括可靠性鑒定試驗(yàn)和可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)都是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性是否符合規(guī)定要求，屬于統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)。其中，可靠性鑒定試驗(yàn)是用來驗(yàn)證產(chǎn)品在批準(zhǔn)投產(chǎn)之前已經(jīng)符合規(guī)定的可靠性指標(biāo)要求，并向訂購(gòu)方提供合格證明；可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性是否保持在規(guī)定的水平。

（5）壽命試驗(yàn)：為了測(cè)定產(chǎn)品在規(guī)定條件下的壽命所進(jìn)行的試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證產(chǎn)品在規(guī)定條件下的使用壽命、儲(chǔ)存壽命。

（6）可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)：包括高加速應(yīng)力篩選和高加速壽命試驗(yàn)，是一種通過系統(tǒng)地施加逐步增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，激發(fā)和暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝，提高產(chǎn)品可靠性的試驗(yàn)。通過采用比技術(shù)規(guī)范極限更加嚴(yán)酷的試驗(yàn)應(yīng)力加速激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，解決了傳統(tǒng)可靠性模擬試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、效率低及費(fèi)用大等問題。

（7）加速壽命試驗(yàn)：是在失效機(jī)理不變的基礎(chǔ)上，通過尋找產(chǎn)品壽命與應(yīng)力之間的物理化學(xué)關(guān)系——加速模型，利用高應(yīng)力水平下的壽命特征去外推或者評(píng)估正常應(yīng)力水平下的壽命特征的試驗(yàn)技術(shù)和方法，屬于統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)。

圖5 可靠性試驗(yàn)體系

(8)加速退化試驗(yàn)：是在失效機(jī)理不變的基礎(chǔ)上，通過尋找產(chǎn)品壽命與應(yīng)力之間的關(guān)系(加速模型)，利用產(chǎn)品在高應(yīng)力水平下的性能退化數(shù)據(jù)去外推和預(yù)測(cè)正常水平下的壽命特征的試驗(yàn)技術(shù)和方法。

3 可靠性試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范

可靠性試驗(yàn)規(guī)范是對(duì)產(chǎn)品實(shí)施可靠性試驗(yàn)的依據(jù)，是進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的技術(shù)準(zhǔn)備，一般包括試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)要求、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法和步驟、試驗(yàn)結(jié)果分析等內(nèi)容，針對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)的要求，試驗(yàn)規(guī)范一般包括以下內(nèi)容：

(1)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

產(chǎn)品在生命周期的不同階段具有不同的可靠性水平，對(duì)產(chǎn)品開展可靠性試驗(yàn)應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品研制階段或生產(chǎn)階段的不同、可靠性目標(biāo)以及訂貨合同的要求，選擇合適的試驗(yàn)類型和試驗(yàn)方法，可靠性試驗(yàn)的目的正是對(duì)開展可靠性試驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)的規(guī)范性表述。可靠性試驗(yàn)要求是為保證可靠性試驗(yàn)規(guī)范、合理、安全地進(jìn)行對(duì)試驗(yàn)過程提出的規(guī)范性要求。

(2)試驗(yàn)對(duì)象的選擇

數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的不同可以分為整機(jī)可靠性試驗(yàn)和功能部件可靠性試驗(yàn)，當(dāng)數(shù)控機(jī)床整機(jī)作為可靠性試驗(yàn)對(duì)象時(shí)，其試驗(yàn)樣機(jī)的選擇有如下原則：

①樣機(jī)必須有出廠合格證。

②樣機(jī)應(yīng)是符合正常批量生產(chǎn)條件下生產(chǎn)的機(jī)床。

③樣機(jī)應(yīng)是按正常使用工況使用的機(jī)床。

④樣機(jī)的使用單位應(yīng)具有良好的設(shè)備管理水平。

任何產(chǎn)品的研制過程，都不可能對(duì)構(gòu)成產(chǎn)品的各項(xiàng)功能部件全部進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，因此，必須考慮各功能部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、重要度、技術(shù)特點(diǎn)、復(fù)雜程度以及經(jīng)費(fèi)等因素綜合權(quán)衡來確定可靠性試驗(yàn)的對(duì)象，對(duì)于數(shù)控機(jī)床功能部件可靠性試驗(yàn)對(duì)象選擇可參照以下原則進(jìn)行：

①對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性、安全性及任務(wù)完成等有重大影響的功能部件。

②新研制且重要度較高的、較為復(fù)雜的、關(guān)鍵的、缺乏繼承性的或重大技術(shù)更改后的復(fù)雜關(guān)鍵功能部件。

③沿用其他型號(hào)但不能滿足新型號(hào)機(jī)床可靠性要求的功能部件。

④在研制階段暴露問題較多的功能部件。

(3)試驗(yàn)剖面

試驗(yàn)剖面是可靠性試驗(yàn)規(guī)范和試驗(yàn)方案的核心內(nèi)容，保證可靠性試驗(yàn)對(duì)工況應(yīng)力模擬的真實(shí)性，是試驗(yàn)結(jié)果客觀真實(shí)的保障；同時(shí)試驗(yàn)剖面的合理性直接關(guān)系到可靠性試驗(yàn)方法的可行性和試驗(yàn)規(guī)范的可操作性。可靠性試驗(yàn)剖面的制定主要包括任務(wù)剖面的制定和環(huán)境剖面的制定，其中任務(wù)剖面的制定針對(duì)利用率高的功能部件，主要依據(jù)是試驗(yàn)對(duì)象的功能譜和工況譜，環(huán)境剖面制定的關(guān)鍵在于試驗(yàn)應(yīng)力的選擇，試驗(yàn)應(yīng)力水平和應(yīng)力施加方式的確定，這也是可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。

確定試驗(yàn)應(yīng)力首先應(yīng)對(duì)受試產(chǎn)品預(yù)期將經(jīng)受的環(huán)境條件進(jìn)行全面分析，并判定產(chǎn)品對(duì)哪些環(huán)境應(yīng)力最為敏感。在制定試驗(yàn)方案時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)力的水平應(yīng)按照實(shí)測(cè)應(yīng)力一估計(jì)應(yīng)力一參考應(yīng)力這樣一個(gè)順序選取，并結(jié)合具體的試驗(yàn)類型和試驗(yàn)要求進(jìn)行確定，其中實(shí)測(cè)應(yīng)力指產(chǎn)品在實(shí)際使用中執(zhí)行典型任務(wù)時(shí)，在受試產(chǎn)品中實(shí)際測(cè)量到的應(yīng)力數(shù)據(jù)；估計(jì)應(yīng)力指在無法進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)，由相似產(chǎn)品實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)估計(jì)而來的數(shù)據(jù)；參考應(yīng)力指根據(jù)國(guó)標(biāo)GJB 899A-一-2009給出的應(yīng)力或按GJB 899A一2009提供的數(shù)據(jù)、公式和方法導(dǎo)出的應(yīng)力。

對(duì)于數(shù)控機(jī)床，通常應(yīng)按照規(guī)定將選定的各種環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力綜合于同一試驗(yàn)時(shí)間和空間施加，常用的試驗(yàn)應(yīng)力有環(huán)境溫度、工作臺(tái)負(fù)載、切削液流量、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度頻率、托盤交換架交換頻率等。數(shù)控機(jī)床較大的體積給環(huán)境應(yīng)力施加帶來了極大的難度，這對(duì)于考察機(jī)床在極寒、極熱等極端環(huán)境的可靠性帶來巨大的困難。對(duì)此，對(duì)環(huán)境因素敏感的零部件為試驗(yàn)對(duì)象，參考電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力施加方法專門對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)剖面的例子見圖11所示。

(4)試驗(yàn)裝置

數(shù)控機(jī)床是集機(jī)電液氣于一體化大型設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件眾多，體積龐大，通用的試驗(yàn)設(shè)備不能滿足個(gè)性化差異較大的數(shù)控機(jī)床的可靠性試驗(yàn)要求。針對(duì)具體的試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)相應(yīng)的可靠性試驗(yàn)裝置是開展可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)保證。臥式加工中心是一種典型的高檔數(shù)控機(jī)床，對(duì)其開展的可靠性試驗(yàn)具有較強(qiáng)代表性，臥式加工中心整機(jī)可靠性試驗(yàn)以模擬切削試驗(yàn)和主軸加載試驗(yàn)為主，功能部件可靠性試驗(yàn)以數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、托盤交換架和刀庫(kù)為主，其相應(yīng)的試驗(yàn)裝置如下圖6、7、8、9所示。

圖6 數(shù)控機(jī)床加載試驗(yàn)儀

（5）試驗(yàn)方法及步驟

試驗(yàn)方法和步驟是可靠性試驗(yàn)的具體實(shí)施過程，依據(jù)試驗(yàn)剖面利用試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)受試產(chǎn)品的運(yùn)行、加載。其中主要包括：受試產(chǎn)品性能測(cè)試程序、受試產(chǎn)品及試驗(yàn)裝置的布置安裝程序、試驗(yàn)應(yīng)力的加載運(yùn)行程序、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)程序以及試驗(yàn)結(jié)束后的整合歸置程序等。

（6）故障判據(jù)和故障處理程序

故障判據(jù)是對(duì)可靠性試驗(yàn)過程中性能監(jiān)測(cè)指標(biāo)及其范圍、常見故障制定的規(guī)定和說明，是判定試驗(yàn)中關(guān)聯(lián)故障的依據(jù)。可靠性試驗(yàn)中一旦發(fā)生故障必須停機(jī)，并對(duì)故障進(jìn)行處理，故障處理程序就是對(duì)這一過程的規(guī)范性規(guī)定，數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)中常用故障處理程序如下圖10所示。

（7）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)報(bào)告主要包括以下內(nèi)容：原始數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析報(bào)告、故障分析報(bào)告和可靠性試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告。

原始數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析主要是針對(duì)兩種類型的數(shù)據(jù)，一是性能數(shù)據(jù)記錄及分析，二是故障數(shù)據(jù)記錄及分析。受試產(chǎn)品性能指標(biāo)會(huì)隨著試驗(yàn)的進(jìn)展和應(yīng)力的變化而變化，研究其在規(guī)定應(yīng)力剖面下的性能退化規(guī)律是獲得產(chǎn)品可靠性特征的重要途徑，這也是加速退化試驗(yàn)的基本原理。故障數(shù)據(jù)分析主要以對(duì)故障發(fā)生時(shí)間進(jìn)行分布擬合為主，選定合適的分布模型，對(duì)故障時(shí)間分布進(jìn)行參數(shù)擬合，得到產(chǎn)品可靠性特征值，常用的分布模型有威布爾模型、指數(shù)模型等。故障分析報(bào)告由試驗(yàn)人員和產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員共同完成，利用FTA、FMEA等方法結(jié)合試驗(yàn)中出現(xiàn)的特定故障，進(jìn)行故障原因、故障缺陷及改進(jìn)措施分析。可靠性試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告是對(duì)可靠性試驗(yàn)過程的總結(jié)性描述，是對(duì)試驗(yàn)方案及過程的反思，主要包括對(duì)試驗(yàn)過程的描述、對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄整理、對(duì)故障缺陷及改進(jìn)措施的陳述、對(duì)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)執(zhí)行過程存在的問題的總結(jié)等內(nèi)容。

4 實(shí)例分析

以臥式加工中心數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性試驗(yàn)為例，對(duì)其可靠性試驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行論述。臥式加工中心連續(xù)分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的試驗(yàn)剖面模擬轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊缸放松、分度、夾緊缸夾緊、拉爪松開、拉爪拉緊五個(gè)功能動(dòng)作。可靠性試驗(yàn)應(yīng)力的設(shè)定按試驗(yàn)條件中規(guī)定設(shè)定，試驗(yàn)過程中，設(shè)置了4個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行正轉(zhuǎn)分度、反轉(zhuǎn)分度、正反交替分度動(dòng)作循環(huán)，轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)綜合剖面詳見圖11。表1中包含了應(yīng)力水平和試驗(yàn)時(shí)間、相鄰分度動(dòng)作的間隔時(shí)間、拉爪松開時(shí)間。

圖7 加工中心刀庫(kù)可靠性試驗(yàn)平臺(tái)

圖8 托盤交換架可靠性試驗(yàn)臺(tái)架

圖11 連續(xù)分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)綜合應(yīng)力剖面

表1 綜合應(yīng)力剖面參數(shù)

按照上述試驗(yàn)剖面的參數(shù)設(shè)置，總共對(duì)3臺(tái)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)同時(shí)進(jìn)行了750 h的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，3臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)因性能參數(shù)超標(biāo)和功能喪失全部發(fā)生故障，依次在第78h、210h、325h、439h、514h、593h、746h共發(fā)生7次故障，故障分析見表2。

表2 故障失效分析

通過對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性試驗(yàn)的故障進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)了數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的故障薄弱點(diǎn)是罩殼的密封不可靠、渦輪蝸桿副的溫升和磨損以及液壓系統(tǒng)的泄露，并針對(duì)失效模式找到了失效原因，提出具體的改進(jìn)措施來消除產(chǎn)品的缺陷。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)問題，詳細(xì)介紹了與可靠性試驗(yàn)相關(guān)的概念、可靠性試驗(yàn)體系的組成和常見類型的可靠性試驗(yàn)的概念，本文中的可靠性試驗(yàn)規(guī)范介紹是在重慶大學(xué)可靠性團(tuán)隊(duì)研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為實(shí)施數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)提供了充實(shí)的知識(shí)準(zhǔn)備，更為可靠性試驗(yàn)方案制定提供了有效的技術(shù)手段。對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)施可靠性試驗(yàn)，提高產(chǎn)品的可靠性是實(shí)現(xiàn)高檔數(shù)控裝備國(guó)產(chǎn)化的必經(jīng)之路。

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