數控機床可靠性技術的研究

劉玉宏蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州　215007

數控機床可靠性技術的研究

劉玉宏
蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州215007

數控機床一直都是裝備制造業中很重要的設備，可以說，一個國家的數控機床的水平從一定程度上反映了這個國家制造業的水平。雖然由于我國改革開放以來經濟水平和綜合國力的不斷提高，我國的國產數控機床的技術也得到了顯著的發展，在精度、速度和復合加工這些方面都有了很大的提高，但是與國外先進的數控機床相比仍存在著較大的差距。我國只有繼續加強對數控機床可靠性的研究，才能進一步打開國際市場，增加市場占有率。

數控機床；數控技術；可靠性研究；技術分析

就我國國內的使用機床技術而言，首先起步就比較晚，錯過了發展的最優時機。所以我國目前不像國外那些機床跨國公司掌握了很多先進的技術，并且把這些先進的技術作為其企業的核心競爭力，不會外傳。這對我國數控機床技術的發展起到了很大的影響作用。我國現在必須大力發展數控機床可靠性技術，培養專業的人員，引進先進的設備，并且積累相關技術。提高了我國數控技術，才能促進我國的裝備制造業的發展，為我國發展做出一定的貢獻。

1　數控機床的相關概念

1.1數控技術

通過數字控制的方法來實現自動控制某一個工作過程的技術稱之為數控技術。數控技術不僅涉及對位置、速度和角度這些機械量的控制，還涉及到對機械能量流向有關的開關量的控制。

1.2數控機床

數控機床的全稱是數字控制機床，所以顧名思義，就是通過一些特定的數字符號來實現自動化控制的機床。這種既能控制數學符號和編碼并能把它們進行編譯，然后將編譯后的代碼用數字表示出來并通過信息載體輸入數控裝置的系統就是程序控制。數控機床發出相應的控制信號，在程序控制系統接收到后會控制機床自動的按照圖紙的尺寸和形狀來加工零件。

1.3數控機床可靠性和相應指標

數控機床可靠性指的是數控機床在規定的時間內和特定的條件下完成加工相應產品的能力。而評判一個數控機床好壞的指標主要包括平均無故障時間MTBF、平均故障修復時間MTTR。其中平均無故障時間MTBF是一個定量指標，通過產品從一次故障到第二次故障所用的時間。平均故障修復時間MTTR就是系統修復一次其各個環節所用的總時間。主要包括確認失效的時間、修復的時間、得到配件的時間、記錄任務的時間、維修團隊反應的時間和設備到重新投入使用所需要的時間等。平均故障修復時間的值和系統可靠性成反比，也就是說，當平均故障修復所需要的時間越少，其可靠性就越高。

2　數控機床可靠性技術

2.1可靠性設計

我國的數控機床需要加強可靠性設計，才能減少其在運行過程中的故障次數，提高設備的利用率。因為數控機床的設計好壞會直接的影響其故障發生率的高低，所以就需要數控機床的設計師在設計數控機床的時候嚴格的按照相關的標準進行設計，盡量避免出現設計的缺陷而給將來數控機床的使用造成麻煩。由此可見數控機床的可靠性設計很重要，可以通過把相關的要求分配到相應的子系統中去，之后得到二元模糊分配比，再通過對其故障的復雜性、故障的危害性和技術水平的矩陣分析來得到相應子系統的可靠性分配值的方法來提高可靠性設計的準確性。

2.2可靠性建模

進行數控機床可靠性評價和可靠性設計的前提就是可靠性建模。從20世紀60年代開始，美國相繼頒布了一系列的規定了可靠性設計、可靠性建模和可靠性試驗的方法的標準，之后通過相關的實驗，通過建立數控機床的可靠性模型最終估算出了數控機床平均故障間隔工作時間。數控模型主要有貝塔分布、對數正態分布、威布爾分布和極值分布等，通過這些模型模擬出的函數和經驗分布的方差進行比較，選出最優的模型。當然，在我國數控機床技術的發展過程中，我國也出臺了如MILSTD781、MIL-HDBK-217這些可靠性標準，主要利用了函數模型中的正態分析函數與威布爾分布函數來進行對數據的處理，從而得到了可以獲得相關數據信息的可靠性建模。然而在數控機床實際工作的時候，極易出現由于延長數控機床的工作時間，而降低其可靠性從而增加數控機床的故障率的現象。雖然可以通過可靠性建模來對數控機床的可靠性進行預測與描述，但是往往與實際運行的結果存在著很大的差距。

2.3可靠性試驗

可靠性試驗的結果是很重要的，通過可靠性試驗可以進行故障分析、可靠性設計和構建模型等。在進行現場試驗中，主要應進行常規應力試驗，通過大樣本試驗，可以更加全面的了解數控機床的可靠性水平，并影響著樣本的故障分析。現場試驗雖然需要較長的試驗周期，有著良苦的工作環境和條件以及并不可控制的試驗條件，但是這又是目前我國唯一的可靠的試驗方法，因為我國到目前還不具有數控機床可靠性臺架試驗的能力。

3　數控機床技術的必要性

3.1數控機床市場的需求

工業化市場在我國正在蓬勃發展，很多例如煤炭、汽車和房地產這些行業對數控機床的需求都越來越大。現在機床中需求量最大的就是數控機床，我國數控機床技術這幾年來雖然有顯著的提高，數控機床的功能和硬件設施也在不斷地完善中，但是目前在國際市場仍然占不到一定的份額。但是我們也必須認識到，未來數控機床一定會得到更大量的需要，現在制造業的發展離不開數控機床，所以一定要通過大力發展數控機床的相關技術，來壯大和發展我國數控機床的領域。

3.2機床的故障率比較高

我們必須認識到，雖然近年來我國在數控機床的發展中加大投入，但是仍然不能很好地解決數控機床的可靠性、準確性和高自動化等問題。這些問題嚴重影響著我國數控機床技術的進一步發展，所以我國的數控機床目前的銷售量并不高。數控機床由于工作時間不斷的提高，會出現較多的故障，從而影響了其可靠性。由于很多機床加工廠商不能很好地解決自身的售后問題，使得很多的顧客在購買完數控機床后出現問題了并不知道如何解決。而且很多廠商的服務人員的專業素質也比較低，不能對顧客做出良好的指導。又隨著各國先進的數控機床進入我國，使得我國本土制造的數控機床更不易被賣出。所以，我們必須要提高數控機床的可靠性，才能提高我國數控機床的市場占有率。

3.3數控機床可靠性技術的意義

數控機床的可靠性對我國數控機床的使用、我國數控機床市場的發展和我國人民使用數控機床的信心有著很大的影響。數控機床的技術代表著一個國家裝備制造業的水平。所以我國必須要提高數控機床的可靠性技術，這對促進我國民族事業的發展、機床事業的穩定持續發展以及提升我國的綜合國力都有很大作用。

4　數控機床可靠性技術試驗以及存在的問題

4.1數控技術可靠性技術試驗

目前數控機床的研究包括電主軸試驗、動力伺服刀架試驗、鏈式刀庫試驗和盤式倒庫試驗等可靠性試驗。

4.2數控機床技術中存在的問題

4.2.1缺少專業人員和研究機構

我國目前缺少大量的具備數控機床技術的專業素質的人員和相應的研究機構。在數據機床的研究中，不僅極易出現失誤和故障，而且耗時耗力，需要研究團隊中成員的相互幫助才能取得一定的效果。所以，針對我國目前研究成員和研究機構相對較少的局面，我國的數控機床技術是不能得到良好的發展的。

4.2.2原始資料欠缺

我國對數控機床的研究也有了一定的時間，雖然積累的一定的數據，但是并不能滿足我國數控機床技術的發展。想要數控技術得到良好的發展，就需要大量的數據來進行分析，而我國的數據目前表現出的是覆蓋面小又缺乏普遍性，十分不利于研究的進一步深入。

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

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1674-6708（2015）152-0079-02