数控机床及其关键功能部件可靠性研究综述
时间：2022-09-08 17:15:05 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：数控机床是现代工业生产中不可缺少的关键设备，可靠性是衡量数控机床及其关键部件性能优劣的主要指标，因此关于这方面的研究对于数控机床的发展来讲至关重要。本文将对国内外数控机床及关键部件功能可靠性研究的历程以及现状进行简要的阐述，在此基础上做出适当的展望，希望可以为我国数控机床的发展提供一定的参考借鉴。
关键词：数控机床；关键功能部件；可靠性
数控机床在生产制造领域的许多行业都发挥着重要的作用，不进进关系着我国社会经济的发展，同时影响着国家安全。因此当前阶段数控机床的先进性已经成为一个国家综合制造实力的代表。但整体上来看，我国数控机床可靠性水平和国外相比依旧存在较大的差距，因此近些年来我国对这方面的研究投入了更多的重视。
1国内外数控机床整机可靠性研究概况
1.1国外数控机床整机可靠性研究概况
国外针对可靠性技术的研究始于上世纪50年代末的美国，《军用电子设备可靠性报告》的发布为可靠性学科的发展奠定了理论和方法基础。在这之后经过十几年，前苏联AC.普罗尼科夫等学科才将可靠性研究引入到机床领域，研究内容主要涉及到机床参数故障模型、工艺可靠性以及可靠性预测等几个方面[1]。而随着现代数控技术的不断发展，机床领域的可靠性研究逐渐转向数控机床方面。时间推移到80年代后，美国等一批工业较为发达的国家也开始对机床可靠性技术进行研究，他们对可靠性预测方面进行了深入的探究，通过现场跟踪实验的方式对故障数据进行采集，通过对数据的处理分析，掌握其分布规律，从而确定数控机床可靠性的薄弱环节，有针对性的对设计做出改良，促进数控机床可靠性的提升。
在探索研究的过程中，不同国家切入的角度也存在一定的差异性。在这方面，德国更加注重用户对实际使用情况的反馈，他们在广泛采集设备实际使用中故障信息的基础上分析其中存在的薄弱部位，在此基础上构建机床诊断和预测系统，从而为机床的设计、制造以及装配等工序环节提供保障。而英国则另辟蹊径，基于模糊理论对数控机床可靠性相关数据进行分析，结合分析结果对机床可靠性技术进行升级改进。在众多国家不懈的探索研究之下，数控机床可靠性技术获得了迅猛的发展。近些年来，在先进科学技术的支持下，数控机床可靠性研究已经实现了定性分析到定量计算的转变。
1.2国内数控机床整机可靠性研究
我国针对机械可靠性的研究兴起于上世纪八十年代，在接近四十年的探索中，我国数控机床的可靠性也一直保持着不断增长的趋势。随着数控机床在制造领域重要性的提升，我国将数控机床可靠性的研究纳入到了第八、第九以及第十个的五年计划中。在国家的大力支持下，数控机床可靠性研究也取得了不俗的成绩。此后，国内许多高校也可以进入到数控机床可靠性研究领域，在可靠性计算方法、可靠性评价模型等方面取得了丰硕的成果。其中比较具有代表性的研究成果有：张新明、李彦文将传统设计方法和可靠性设计方法进行了对比分析，基于现代机械工程设计方法，构建了R—S干涉模型，在此基础上对JC、Monte-Carlo等可靠性设计工程方法进行了综合论述[3]。再如，高永强、王善坤利用一般概率摄动有限元法的边值求解方法，推导了多随机参数系统周期解稳定性的灵敏度和可靠性计算公式，对各类随机参数对旋转机械故障特征的影响进行了分析，这项研究为实际生产中通过参数调整降低故障发生风险提供了操作依据，同时也推动了数控机床可靠性研究向定量化计算的转变。天津工程师范学院的李斌、卢海龙等基于性能退化数据提出了一种可靠性评估方法，对数控机床性能随时间变化的规律进行了研究，建立了机床可靠性信息和时间之间的关系。这种评估方法具有原理清晰、操作简单等优势。此外，大连理工大学和吉林大学将模糊理引入到了数控机床可靠性研究领域，提出了基于区间分析的数控机床综合模糊可靠性分配方法，并建立了用于数控使用可靠性评价的模型。
2数控机床关键功能部件的可靠性研究现状
数控机床是一种具有极高科技含量的设备，其中融入到了大量的先进技术，由众多的关键功能部件构成，这些部件的可靠性会对数控机床的整体可靠性产生较大的影响，因此针对关键功能部件可靠性的研究是数控机床可靠性研究的重点内容。数控机床中包含的关键功能部件由伺服电机与防护装置、NC工作台、直线导轨和滚珠丝杠、主轴单元等。需要特别注意的一点是，数控机床关键功能部件可靠性研究的方法和数控机床整机可靠性研究方法存在一定的差异性，因此在具体研究工作中不能单纯的将数控机床可靠性研究方法直接照搬过来。
结合我国数控机床关键功能部件可靠性研究现状来看，研究中比较常用的方法有平均修复时间法、平均故障间隔法等。相较而言，平均故障间隔法可以对关键功能部件的可靠性进行全面的评定。近几年，在先进科学技术的支持下，针对数控机床关键功能部件可靠性研究的数量也在持续增长，如计算机软件、PLC系统等技术手段均在研究工作中得到了应用，为可靠性控制、设备自我检测等功能的实现提供了支撑。此外，验证失效份分析法可以有效促进数控机床关键部件功能的改进优化。
3关于数控机床及其关键部件可靠性研究的展望
综合当前阶段数控机床及其关键功能部件可靠性研究的现状来看，在许多方面仍旧存在一定的不足，通过分析预测，笔者认为未来一段时间数控机床及其关键功能部件可靠性的研究重点将集中在以下几个方面：
首先，数控机床整机可靠性研究的发展方向：其一，建立数控机床使用寿命模型，科学设计评价体系。其二，将模糊数学等方面的知识应用到数控机床故障分析中，合理选择分析方法，从而对一些不稳定因素进行确定。其三，从设计、制造、安装等各个角度切入对数控机床可靠性提升的有效措施进行探索。
其次，数控机床关键功能部件可靠性研究的发展方向：其一，针对各类关键功能部件进行实验研究，分析获得产品寿命的影响因素，在此基础上综合环境以及动态变化等因素对可靠性技术进行研发[4]。其二，结合数控机床关键功能部件故障数据对其中存在的薄弱环节进行优化。其三，制定符合数控机床关键功能部件可靠性的评价体系，提出促进部件可靠性提升的具体措施。
4结语
综上所述，数控机床作为现代生产制造行业不可缺少的关键设备，受到世界各国的广泛重视，在多年的探索研究中，关于数控机床及其关键部件可靠性研究的方法以及评价模型大量涌现，为我国该领域的研究发展提供了有效的参考。
参考文獻：
[1]张子祥. 重型数控机床滑枕部件可靠性试验台液压系统设计与仿真[J]. 液压气动与密封，2017，37（03）：20-23.
[2]祁旭东. 数控机床关键部件制造过程可靠性指标体系研究[J]. 科技创新与应用，2017（20）：55-56.
[3]张根保，佘林，冉琰，罗冬梅. 数控机床可靠性试验中关键功能部件的提取研究[J]. 中国机械工程，2016，27（17）：2372-2378.
[4]张义民. 我国数控机床可靠性的研究“何去何从”？[J]. 世界制造技术与装备市场，2015（02）：91-103.
（作者单位：中信戴卡股份有限公司） 相关热词搜索：可靠性，部件，数控机床，综述，关键，
