數控機床及其關鍵功能部件可靠性研究綜述

黨歡

摘要：數控機床是現代工業生產中不可缺少的關鍵設備，可靠性是衡量數控機床及其關鍵部件性能優劣的主要指標，因此關于這方面的研究對于數控機床的發展來講至關重要。本文將對國內外數控機床及關鍵部件功能可靠性研究的歷程以及現狀進行簡要的闡述，在此基礎上做出適當的展望，希望可以為我國數控機床的發展提供一定的參考借鑒。

關鍵詞：數控機床；關鍵功能部件；可靠性

數控機床在生產制造領域的許多行業都發揮著重要的作用，不進進關系著我國社會經濟的發展，同時影響著國家安全。因此當前階段數控機床的先進性已經成為一個國家綜合制造實力的代表。但整體上來看，我國數控機床可靠性水平和國外相比依舊存在較大的差距，因此近些年來我國對這方面的研究投入了更多的重視。

1國內外數控機床整機可靠性研究概況

1.1國外數控機床整機可靠性研究概況

國外針對可靠性技術的研究始于上世紀50年代末的美國，《軍用電子設備可靠性報告》的發布為可靠性學科的發展奠定了理論和方法基礎。在這之后經過十幾年，前蘇聯AC.普羅尼科夫等學科才將可靠性研究引入到機床領域，研究內容主要涉及到機床參數故障模型、工藝可靠性以及可靠性預測等幾個方面[1]。而隨著現代數控技術的不斷發展，機床領域的可靠性研究逐漸轉向數控機床方面。時間推移到80年代后，美國等一批工業較為發達的國家也開始對機床可靠性技術進行研究，他們對可靠性預測方面進行了深入的探究，通過現場跟蹤實驗的方式對故障數據進行采集，通過對數據的處理分析，掌握其分布規律，從而確定數控機床可靠性的薄弱環節，有針對性的對設計做出改良，促進數控機床可靠性的提升。

在探索研究的過程中，不同國家切入的角度也存在一定的差異性。在這方面，德國更加注重用戶對實際使用情況的反饋，他們在廣泛采集設備實際使用中故障信息的基礎上分析其中存在的薄弱部位，在此基礎上構建機床診斷和預測系統，從而為機床的設計、制造以及裝配等工序環節提供保障。而英國則另辟蹊徑，基于模糊理論對數控機床可靠性相關數據進行分析，結合分析結果對機床可靠性技術進行升級改進。在眾多國家不懈的探索研究之下，數控機床可靠性技術獲得了迅猛的發展。近些年來，在先進科學技術的支持下，數控機床可靠性研究已經實現了定性分析到定量計算的轉變。

1.2國內數控機床整機可靠性研究

我國針對機械可靠性的研究興起于上世紀八十年代，在接近四十年的探索中，我國數控機床的可靠性也一直保持著不斷增長的趨勢。隨著數控機床在制造領域重要性的提升，我國將數控機床可靠性的研究納入到了第八、第九以及第十個的五年計劃中。在國家的大力支持下，數控機床可靠性研究也取得了不俗的成績。此后，國內許多高校也可以進入到數控機床可靠性研究領域，在可靠性計算方法、可靠性評價模型等方面取得了豐碩的成果。其中比較具有代表性的研究成果有：張新明、李彥文將傳統設計方法和可靠性設計方法進行了對比分析，基于現代機械工程設計方法，構建了R—S干涉模型，在此基礎上對JC、Monte-Carlo等可靠性設計工程方法進行了綜合論述[3]。再如，高永強、王善坤利用一般概率攝動有限元法的邊值求解方法，推導了多隨機參數系統周期解穩定性的靈敏度和可靠性計算公式，對各類隨機參數對旋轉機械故障特征的影響進行了分析，這項研究為實際生產中通過參數調整降低故障發生風險提供了操作依據，同時也推動了數控機床可靠性研究向定量化計算的轉變。天津工程師范學院的李斌、盧海龍等基于性能退化數據提出了一種可靠性評估方法，對數控機床性能隨時間變化的規律進行了研究，建立了機床可靠性信息和時間之間的關系。這種評估方法具有原理清晰、操作簡單等優勢。此外，大連理工大學和吉林大學將模糊理引入到了數控機床可靠性研究領域，提出了基于區間分析的數控機床綜合模糊可靠性分配方法，并建立了用于數控使用可靠性評價的模型。

2數控機床關鍵功能部件的可靠性研究現狀

數控機床是一種具有極高科技含量的設備，其中融入到了大量的先進技術，由眾多的關鍵功能部件構成，這些部件的可靠性會對數控機床的整體可靠性產生較大的影響，因此針對關鍵功能部件可靠性的研究是數控機床可靠性研究的重點內容。數控機床中包含的關鍵功能部件由伺服電機與防護裝置、NC工作臺、直線導軌和滾珠絲杠、主軸單元等。需要特別注意的一點是，數控機床關鍵功能部件可靠性研究的方法和數控機床整機可靠性研究方法存在一定的差異性，因此在具體研究工作中不能單純的將數控機床可靠性研究方法直接照搬過來。

結合我國數控機床關鍵功能部件可靠性研究現狀來看，研究中比較常用的方法有平均修復時間法、平均故障間隔法等。相較而言，平均故障間隔法可以對關鍵功能部件的可靠性進行全面的評定。近幾年，在先進科學技術的支持下，針對數控機床關鍵功能部件可靠性研究的數量也在持續增長，如計算機軟件、PLC系統等技術手段均在研究工作中得到了應用，為可靠性控制、設備自我檢測等功能的實現提供了支撐。此外，驗證失效份分析法可以有效促進數控機床關鍵部件功能的改進優化。

3關于數控機床及其關鍵部件可靠性研究的展望

綜合當前階段數控機床及其關鍵功能部件可靠性研究的現狀來看，在許多方面仍舊存在一定的不足，通過分析預測，筆者認為未來一段時間數控機床及其關鍵功能部件可靠性的研究重點將集中在以下幾個方面：

首先，數控機床整機可靠性研究的發展方向：其一，建立數控機床使用壽命模型，科學設計評價體系。其二，將模糊數學等方面的知識應用到數控機床故障分析中，合理選擇分析方法，從而對一些不穩定因素進行確定。其三，從設計、制造、安裝等各個角度切入對數控機床可靠性提升的有效措施進行探索。

其次，數控機床關鍵功能部件可靠性研究的發展方向：其一，針對各類關鍵功能部件進行實驗研究，分析獲得產品壽命的影響因素，在此基礎上綜合環境以及動態變化等因素對可靠性技術進行研發[4]。其二，結合數控機床關鍵功能部件故障數據對其中存在的薄弱環節進行優化。其三，制定符合數控機床關鍵功能部件可靠性的評價體系，提出促進部件可靠性提升的具體措施。

4結語

綜上所述，數控機床作為現代生產制造行業不可缺少的關鍵設備，受到世界各國的廣泛重視，在多年的探索研究中，關于數控機床及其關鍵部件可靠性研究的方法以及評價模型大量涌現，為我國該領域的研究發展提供了有效的參考。

參考文獻：

[1]張子祥. 重型數控機床滑枕部件可靠性試驗臺液壓系統設計與仿真[J]. 液壓氣動與密封，2017，37（03）：20-23.

[2]祁旭東. 數控機床關鍵部件制造過程可靠性指標體系研究[J]. 科技創新與應用，2017（20）：55-56.

[3]張根保，佘林，冉琰，羅冬梅. 數控機床可靠性試驗中關鍵功能部件的提取研究[J]. 中國機械工程，2016，27（17）：2372-2378.

[4]張義民. 我國數控機床可靠性的研究“何去何從”？[J]. 世界制造技術與裝備市場，2015（02）：91-103.

（作者單位：中信戴卡股份有限公司）