数控机床可靠性技术分析与研究

2013-04-17时振伟

机电信息 2013年6期

关键词：数控机床机床可靠性

时振伟

1 数控技术、数控机床及可靠性技术概念及可靠性指标

1.1 数控技术

数控技术简称数控（Numerical Control），就是用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它通常是对位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量的控制。

1.2 数控机床

数控机床是数字控制机床（Computer Numerical Control Machine Tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。程序控制系统能够处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并且将其进行译码，用代码化的数字表示出来，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作使其按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

1.3 数控机床可靠性

数控机床产品、数控系统在其规定的特有条件下及规定的时间内，完成规定功能的能力，称为数控机床可靠性。

1.4 数控机床可靠性指标

数控机床可靠性指标有：平均无故障时间MTBF、平均故障修复时间MTTR、可用度A。

平均无故障时间（Mean Time Between Failure，简称 MTBF），是指产品从一次故障到下一次故障的平均时间。数控机床常用平均无故障时间MTBF作为可靠性的定量指标。

平均故障修复时间（Mean Time To Repair，简称 MTTR)，是随机变量恢复时间的期望值。它包括确认失效发生所需的时间和维护所需要的时间，获得配件的时间，维修团队响应的时间，记录所有任务的时间，还有将设备重新投入使用的时间，即指系统修复一次故障所需要的时间。它是衡量一个产品可靠性的指标，它的值越小说明该系统的可靠性越高。

2 数控机床可靠性技术存在的必要性

2.1 数控机床市场的不断发展（需求）

目前我国正处于工业化中期，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大。近年来国产中档数控机床进步明显，但所占市场份额仍然不够大。由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。因此数控机床领域也将不断壮大和发展。数控机床的不断发展，从而使得对数控机床可靠性技术的研究十分必要。

2.2 机床故障率偏高

我国数控机床存在着自主开发能力薄弱，功能部件发展滞后，产品自动化水平低，可靠性、精度保持性差等突出问题。而这些突出问题使得数控机床的可靠性差，性能稳定性差，从而直接制约着我国数控机床的销售和发展。近几年虽然国产数控系统MTBF大都超过10 000 h，但国际上先进企业数控系统MTBF已达80 000 h，这表明我国与国际先进数控水平仍存在较大差距。同样地，虽然我国机床工业取得了较大进步，每年的产量达到了千台以上，但我国的机床大部分水平较低。一些用户对数控机床的故障还不能及时正确地进行判断和准确地排除故障，生产厂家的售后服务又存在很多不周之处，从而使得国内数控机床系统开动率平均不高。巨大的市场需求，但是技术方面却又存在着很多不足，这样大量国外数控机床产品大量涌入，挤占我国大份额的市场，要想解决这一问题就要提高数控机床的可靠性，那么对数控机床可靠性技术的分析和研究也就十分必要。

2.3 数控机床可靠性技术的意义

数控机床的可靠性，影响着数控机床的使用情况，影响着人们的使用信心，影响着我国数控机床市场的继续发展和持续稳定，影响着我国与国际水平的较量。提高数控机床的可靠性，不仅可以促进机床市场的持续稳定发展，更有利于改变我国机床工业的现状，实现民族装备制造业的振兴。

3 数控机床可靠性技术的研究

3.1 数控机床可靠性评定方法

在提高数控机床可靠性的过程中，有来自使用现场和来自经验的数据之分。要根据所获得的数据方法的不同，采用不同的评价方法。一般而言，数控机床可靠性的评定方法有以下几种：（1）修正极大似然法和序贯压缩相结合的方法。（2）指数寿命型串联系统法，指数寿命型单元产品在数控机床中应用十分广泛。指数寿命型串联系统的方法，其基本思想是先将指数寿命型单元转换为成败型单元，然后应用法和法对转换后的等效系统进行可靠性评估。（3）基于信赖方法的数控机床可靠度的分析法，信赖方法是求构件、子系统及系统可靠度的置信界限的一种近似方法。

第一种的准确度较第二种更高，表明将数控机床的各个单元看成是成败型较指数型更合理；在数据充分的情况下，采用基于信赖方法的数控机床可靠度分析方法更为合理。

3.2 数控车床可靠性技术分析方法

通过对加工中心故障信息的科学分析，找出加工中心运行中的薄弱环节，确定可靠性改进的主要方向。加工中心是现代信息科学与传统机械技术相结合的典型产品。因为新技术不断被应用，加工中心的故障模式发生了很多变化，因此进行故障分析，找出其薄弱环节和潜在的弱点，并把故障分析的结果反映到各个部门，使各个部门改进技术，提高产品的可靠性已成为当务之急。对加工中心故障信息进行正确分析，就要采用正确的分析方法。采用传统频次主次图分析方法与故障比重比方法及危害度分析方法相结合的方法对加工中心故障信息进行分析，以解决上述问题。

（1）故障比重比加工中心整机可靠性是由各子系统的可靠性来保证的，而各子系统的可靠性指标是不同的。故障比重比图能够更准确地反映各系统可靠性与其指标之间的差距，从而更科学地确定纠正故障的主攻方向。（2）传统故障频次主次图是行业制定可靠性改进工作的重要依据，显示故障发生频次的高低。（3）危害度分析是对故障模式影响及危害性的分析。通过分析可以获得影响加工中心可靠性的关键部件，摸清攻关产品的薄弱环节，从而有针对性地进行可靠性改进设计。

将这3种方法相结合可以有效地降低单一情况下易造成分析失误的概率，从而更好地对数控机床进行可靠性分析，提高数控机床的可靠性。

3.3 重视数控机床可靠性技术，更好地促进机床现代化

（1）依据机床各部分组件的功能、重要程度，将经济、技术及资源等内容进行综合考虑，从而确定相应可靠性指标的动态影响因子，进而更好地指导设计、制造和采购组件，更好地促进可靠性的提高。（2）防止盲目增加数控机床生产能力。而应该提高创新能力、人员素质和企业素质。抓好改制、改组工作。在面对市场需求增加的同时，求稳妥发展，慎重抓能力，注重售后服务，努力降低故障率，出现故障及时有效进行处理。（3）重视质量和服务。机床行业是一个要求对质量承诺的行业，如今市场好转，我们更要重视质量和服务，对用户更加热情周到，在市场形势好转的同时努力树立和维护品牌。（4）积极引进国外先进技术，并积极消化、吸收、创新。更好促进数控机床的现代化发展。与此同时，由于先机技术的应用使得数控机床的可靠性保障显得更为重要，所以就要努力学好并掌握数控机床可靠性技术，为机床的质量提供可靠保障。