數控機床可靠性技術研究

龔中東

摘 要：數控機床是現代制造業的基礎裝備，其可靠性在很大程度上影響著產品的市場競爭力。本文簡要闡述了數控機床可靠性研究中的主要問題，并在此基礎上，對數控機床可靠性技術進行分析探討。

關鍵詞：數控機床；可靠性；可靠性技術

1前言

數控機床是制造機器的機器，是裝備制造業的“工作母機”，科技含量高、造價高昂，是衡量一個國家制造業發展水平及現代化程度、綜合國力的重要指標。數控機床是現代工業發展的基礎裝備，隨著我國社會經濟的飛速發展，數控機床的需求量大增，機床消費量、機床進口量多年來一直呈不斷增長態勢。目前我國國產數控機床在精度、速度、多軸聯動和復合加工等方面取得了明顯進步，但機床的可靠性與國際水平還具有較大的差距，這也是國產數控機床一直徘徊在低端市場，在中高端市場占有率低的主要原因。數控機床的可靠性是其品質的關鍵指標，可靠性差表示機床在運轉和使用過程中發生故障的頻率高、周期短，其性能和功能無法維持，降低了其使用價值。

2數控機床可靠性研究存在的主要問題

近些年來，國產機床的可靠性水平正在穩步增長，但是與先進國家的同類產品相比差距依然明顯。歸納起來，國內數控機床的可靠性研究與應用仍然存在如下主要問題：一是企業尚未建立起完善的產品可靠性保障體系，技術成果和資源整合不夠；二是數控機床可靠性的技術體系不夠完善，可靠性設計評審、可靠性標準制定、可靠性數據庫建立、可靠性管理實施等方面還需進一步加強；三是數控機床的可靠性設計工作基本上沒有在企業的設計部門開展，主機和功能部件等缺乏可靠性設計的依據、規范和經驗的積累，導致產品的固有可靠性水平先天不足；四是機床的可靠性試驗工作不夠充分，載荷譜和故障失效及使用維修等基礎統計數據還不能滿足可靠性研究的需要；五是現有技術成果的應用主要局限在部分科技攻關的新產品上，推廣應用途徑尚不暢通。

究其原因，主要體現在三個方面：一是缺乏有效的可靠性管理，決策層對可靠性的認識不足或存在著認識誤區；二是缺乏有效的可靠性技術與正確的可靠性方法，僅依靠長期的經驗積累與推斷，難以從根本上解決可靠性問題；三是缺乏可靠性指導與培訓以及專業技術人員，制約了可靠性工程的實施。在數控機床可靠性技術的研究中也曝露出企業的一些問題，有些機床產品廠家對于可靠性的重視和投入依然不足，表現在產品設計、制造、檢測、試驗等各環節與可靠性技術聯系不夠緊密或沒有聯系。因為可靠性是考慮了時間因素的質量，因此加深對常規設計的全面認識與深入推廣可靠性技術，無疑是提高機床產品質量的必經之路。

3數控機床可靠性技術

面向機床全生命周期的可靠性技術體系的主要內容包括：可靠性數據統計與分析、可靠性設計、可靠性試驗、可靠性增長、系統可靠性、可靠性管理等。

可靠性數據分析是可靠性工作進程之中的重要環節之一。在產品研制階段，根據設計、試驗與參數評估的結果，尋找出產品的薄弱環節，提出改進措施，以求得到滿意的可靠性水平；在產品生產階段，根據鑒定驗收試驗、制造工藝過程的結果，評估其可靠性是否達到設計的要求，為生產決策提供管理信息；在產品使用階段，采集分析現場可靠性數據，找出產品早期失效的根源，加強可靠性篩選，充分探究產品各使用階段的故障原因，進行可靠性分析與評估，逐漸改進故障率高的產品，使之達到設計所要求的指標。

可靠性設計包括了可靠性指標體系、可靠性設計的基本內容、產品研發與可靠性保障、動態與漸變可靠性設計、可靠性優化設計、可靠性靈敏度設計以及可靠性穩健設計。

眾所周知，任何產品都存在可靠性問題，而且可靠性問題貫穿于從產品設計到報廢的整個生命周期，可見產品在全壽命周期內都會出現各種可靠性問題。產品在設計、制造、使用過程中，不斷經受自身及外界氣候環境、物理環境和化學環境的影響，因此要保持正常工作狀態，就需要以試驗裝置對其進行驗訊。驗證基本分為研發試驗、試產試驗、量產抽檢三個部分?？煽啃栽囼灧N類很多，按試驗進行的地點來劃分，可靠性試驗可以分為實驗室試驗與現場試驗；按試驗的目的，可靠性試驗可分為工程試驗與統計試驗兩大類；按試驗對象的破壞情況來劃分，可靠性試驗可分為破壞性試驗和非破壞性試驗。

可靠性增長是通過逐步修改產品的設計和制造中的缺陷，改進和消除產品的薄弱環節，不斷提高產品可靠性的工程項目。任何產品在研制初期都要經過反復的研發設計---分析計算---修改設計或試驗---改進---再試驗的過程，才能使產品可靠性與其他性能不斷提高，直到滿足要求?？梢?，可靠性增長過程是在可靠性數據處理、可靠性分析與可靠性試驗基礎上，通過反復分析與試驗使產品的設計、制造和使用缺陷不斷暴露，然后經過改進消除產品的薄弱環節，使產品不斷趨于完善，從而使產品的可靠性和其他性能不斷提高的過程。可靠性增長是保證復雜產品投人使用后具有所需要的可靠性的一種有效的途徑，貫穿于產品研發與使用的各個階段。可靠性增長工作流程主要包括：產品故障統計與識別，可靠性增長措施的提出與實施以及可靠性增長預測和建模。

系統可靠性分析中采用的定量分析方法主要是：建立系統的可靠性模型，將系統可靠性的特征量（如可靠度、失效率、壽命、維修度、有效度、重要度等）表達為單元可靠性特征量的函數（或者數值關系），然后通過求得的單元可靠性特征量計算出系統的可靠性；系統故障定性分析主要是識別各子系統、組件、單元的失效模式及影響，查尋機械系統的薄弱部位。系統可靠性分析中常采用的分析方法主要有以下幾種：故障模式、影響及危害性分析，故障樹分析，可靠性預計與可靠性分配，隨機有限元分析等。

可靠性管理是為了確定和達到產品的預期可靠性指標所需要的各項管理活動的總稱，是為了確定和滿足零部件或產品系統的可靠性要求所進行的一系列組織、計劃、規劃、控制、協調、監督、決策等活動和功能的管理?？煽啃怨芾硎菑南到y的觀點出發，通過制定和實施科學的計劃，組織、控制和監督可靠性活動的開展，以保證用最少的資源，實現用戶所要求的產品可靠性?？煽啃怨芾戆ǎ航M織可靠性質量保證系統；規定要管理的任務和相關部門和負責人員的職責；指導、檢查和督促分擔任務的協作單位的可靠性工作；制訂可靠性計劃并檢查督促計劃的執行。

4結束語

國內外實踐表明，精細制作是提升機床可靠性的途徑之一。一旦機床企業在設計、制造和裝配過程中把握好各環節的每一細節，嚴控元器件、配附件和功能部件的質量關，避免因一些細微之處的不周密而影響整機的可靠性，數控機床的可靠性必將大幅度提升。數控機床可靠性的全面提升非一日一時之功。國外機床工業的發展經驗顯示，機床可靠性增長需要人力、物力、財力的持續投人。只有對可靠性問題高度重視，并且從產品設計選型、零部件篩選、生產制造工藝、可靠性試驗、故障數據分析及可靠性管理等方面系統地加以實施，機床可靠性才能不斷地提升。

參考文獻：

[1]楊兆軍，陳傳海，陳菲，李國發. 數控機床可靠性技術的研究進展[J/OL]. 機械工程學報，2013，49（20）：130-139. （2013-09-10）[2017-09-01].

[2]張義民. 數控機床可靠性技術評述（下）[J]. 世界制造技術與裝備市場，2012，（06）：56-63+67. [2017-09-01].

[3]張義民. 數控機床可靠性技術評述（上）[J]. 世界制造技術與裝備市場，2012，（05）：49-57. [2017-09-01].endprint