数控机床可靠性技术的研究

刘玉宏苏州高等职业技术学校，江苏苏州　215007

数控机床可靠性技术的研究

刘玉宏
苏州高等职业技术学校，江苏苏州215007

数控机床一直都是装备制造业中很重要的设备，可以说，一个国家的数控机床的水平从一定程度上反映了这个国家制造业的水平。虽然由于我国改革开放以来经济水平和综合国力的不断提高，我国的国产数控机床的技术也得到了显著的发展，在精度、速度和复合加工这些方面都有了很大的提高，但是与国外先进的数控机床相比仍存在着较大的差距。我国只有继续加强对数控机床可靠性的研究，才能进一步打开国际市场，增加市场占有率。

数控机床；数控技术；可靠性研究；技术分析

就我国国内的使用机床技术而言，首先起步就比较晚，错过了发展的最优时机。所以我国目前不像国外那些机床跨国公司掌握了很多先进的技术，并且把这些先进的技术作为其企业的核心竞争力，不会外传。这对我国数控机床技术的发展起到了很大的影响作用。我国现在必须大力发展数控机床可靠性技术，培养专业的人员，引进先进的设备，并且积累相关技术。提高了我国数控技术，才能促进我国的装备制造业的发展，为我国发展做出一定的贡献。

1　数控机床的相关概念

1.1数控技术

通过数字控制的方法来实现自动控制某一个工作过程的技术称之为数控技术。数控技术不仅涉及对位置、速度和角度这些机械量的控制，还涉及到对机械能量流向有关的开关量的控制。

1.2数控机床

数控机床的全称是数字控制机床，所以顾名思义，就是通过一些特定的数字符号来实现自动化控制的机床。这种既能控制数学符号和编码并能把它们进行编译，然后将编译后的代码用数字表示出来并通过信息载体输入数控装置的系统就是程序控制。数控机床发出相应的控制信号，在程序控制系统接收到后会控制机床自动的按照图纸的尺寸和形状来加工零件。

1.3数控机床可靠性和相应指标

数控机床可靠性指的是数控机床在规定的时间内和特定的条件下完成加工相应产品的能力。而评判一个数控机床好坏的指标主要包括平均无故障时间MTBF、平均故障修复时间MTTR。其中平均无故障时间MTBF是一个定量指标，通过产品从一次故障到第二次故障所用的时间。平均故障修复时间MTTR就是系统修复一次其各个环节所用的总时间。主要包括确认失效的时间、修复的时间、得到配件的时间、记录任务的时间、维修团队反应的时间和设备到重新投入使用所需要的时间等。平均故障修复时间的值和系统可靠性成反比，也就是说，当平均故障修复所需要的时间越少，其可靠性就越高。

2　数控机床可靠性技术

2.1可靠性设计

我国的数控机床需要加强可靠性设计，才能减少其在运行过程中的故障次数，提高设备的利用率。因为数控机床的设计好坏会直接的影响其故障发生率的高低，所以就需要数控机床的设计师在设计数控机床的时候严格的按照相关的标准进行设计，尽量避免出现设计的缺陷而给将来数控机床的使用造成麻烦。由此可见数控机床的可靠性设计很重要，可以通过把相关的要求分配到相应的子系统中去，之后得到二元模糊分配比，再通过对其故障的复杂性、故障的危害性和技术水平的矩阵分析来得到相应子系统的可靠性分配值的方法来提高可靠性设计的准确性。

2.2可靠性建模

进行数控机床可靠性评价和可靠性设计的前提就是可靠性建模。从20世纪60年代开始，美国相继颁布了一系列的规定了可靠性设计、可靠性建模和可靠性试验的方法的标准，之后通过相关的实验，通过建立数控机床的可靠性模型最终估算出了数控机床平均故障间隔工作时间。数控模型主要有贝塔分布、对数正态分布、威布尔分布和极值分布等，通过这些模型模拟出的函数和经验分布的方差进行比较，选出最优的模型。当然，在我国数控机床技术的发展过程中，我国也出台了如MILSTD781、MIL-HDBK-217这些可靠性标准，主要利用了函数模型中的正态分析函数与威布尔分布函数来进行对数据的处理，从而得到了可以获得相关数据信息的可靠性建模。然而在数控机床实际工作的时候，极易出现由于延长数控机床的工作时间，而降低其可靠性从而增加数控机床的故障率的现象。虽然可以通过可靠性建模来对数控机床的可靠性进行预测与描述，但是往往与实际运行的结果存在着很大的差距。

2.3可靠性试验

可靠性试验的结果是很重要的，通过可靠性试验可以进行故障分析、可靠性设计和构建模型等。在进行现场试验中，主要应进行常规应力试验，通过大样本试验，可以更加全面的了解数控机床的可靠性水平，并影响着样本的故障分析。现场试验虽然需要较长的试验周期，有着良苦的工作环境和条件以及并不可控制的试验条件，但是这又是目前我国唯一的可靠的试验方法，因为我国到目前还不具有数控机床可靠性台架试验的能力。

3　数控机床技术的必要性

3.1数控机床市场的需求

工业化市场在我国正在蓬勃发展，很多例如煤炭、汽车和房地产这些行业对数控机床的需求都越来越大。现在机床中需求量最大的就是数控机床，我国数控机床技术这几年来虽然有显著的提高，数控机床的功能和硬件设施也在不断地完善中，但是目前在国际市场仍然占不到一定的份额。但是我们也必须认识到，未来数控机床一定会得到更大量的需要，现在制造业的发展离不开数控机床，所以一定要通过大力发展数控机床的相关技术，来壮大和发展我国数控机床的领域。

3.2机床的故障率比较高

我们必须认识到，虽然近年来我国在数控机床的发展中加大投入，但是仍然不能很好地解决数控机床的可靠性、准确性和高自动化等问题。这些问题严重影响着我国数控机床技术的进一步发展，所以我国的数控机床目前的销售量并不高。数控机床由于工作时间不断的提高，会出现较多的故障，从而影响了其可靠性。由于很多机床加工厂商不能很好地解决自身的售后问题，使得很多的顾客在购买完数控机床后出现问题了并不知道如何解决。而且很多厂商的服务人员的专业素质也比较低，不能对顾客做出良好的指导。又随着各国先进的数控机床进入我国，使得我国本土制造的数控机床更不易被卖出。所以，我们必须要提高数控机床的可靠性，才能提高我国数控机床的市场占有率。

3.3数控机床可靠性技术的意义

数控机床的可靠性对我国数控机床的使用、我国数控机床市场的发展和我国人民使用数控机床的信心有着很大的影响。数控机床的技术代表着一个国家装备制造业的水平。所以我国必须要提高数控机床的可靠性技术，这对促进我国民族事业的发展、机床事业的稳定持续发展以及提升我国的综合国力都有很大作用。

4　数控机床可靠性技术试验以及存在的问题

4.1数控技术可靠性技术试验

目前数控机床的研究包括电主轴试验、动力伺服刀架试验、链式刀库试验和盘式倒库试验等可靠性试验。

4.2数控机床技术中存在的问题

4.2.1缺少专业人员和研究机构

我国目前缺少大量的具备数控机床技术的专业素质的人员和相应的研究机构。在数据机床的研究中，不仅极易出现失误和故障，而且耗时耗力，需要研究团队中成员的相互帮助才能取得一定的效果。所以，针对我国目前研究成员和研究机构相对较少的局面，我国的数控机床技术是不能得到良好的发展的。

4.2.2原始资料欠缺

我国对数控机床的研究也有了一定的时间，虽然积累的一定的数据，但是并不能满足我国数控机床技术的发展。想要数控技术得到良好的发展，就需要大量的数据来进行分析，而我国的数据目前表现出的是覆盖面小又缺乏普遍性，十分不利于研究的进一步深入。

［1］李南，卢晓红，韩鹏卓，等.数控机床及其关键功能部件可靠性研究综述［J］.组合机床与自动化加工技术，2012 （11）：105-108.

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1674-6708（2015）152-0079-02