数控机床关键部件制造过程可靠性指标体系研究

祁旭东

摘 要：针对传统数控机床关键部件可靠性评价不考虑制造过程可靠性的问题，提出了面向制造过程的数控机床可靠性评价指标。从加工阶段、装配阶段和测试阶段三个方面来考虑可靠性要素及指标，构建数控机床制造过程的可靠性评价指标体系，为数控机床制造过程可靠性提供参考。

关键词：数控机床；制造过程；可靠性；评价指标

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0055-02

目前国内数控机床的可靠性水平与国际先进数控机床相比处于劣势，尤其是高档数控机床，其可靠性水平已经严重影响了机床产业的成长，因此，研究数控机床制造过程的可靠性对于国内装备制造业有重要意义。可靠性评价是可靠性管理体系中重要的一个环节，研究制造过程可靠性可以为数控机床和其关键部件的可靠性水平的提高提供帮助。

1 数控机床关键部件制造过程可靠性结构框架

针对数控机床关键部件制造过程可靠性综合评价，本文主要从制造过程、关键零部件和评价要素三个维度进行分析。数控机床关键部件制造过程主要包括加工、装配和测试阶段，分别研究制造过程各阶段的可靠性管理技术，才能确保制造过程数控机床的可靠性[1]。

在数控机床制造过程的不同阶段中，每个子系统或者关键功能部件的结构和功能不同，所选择的可靠性评价指标也必然不同。通过对制造过程、关键零部件和评价要素三个维度进行分析，本文构建的数控机床制造过程可靠性综合评价三维结构框架。从广义的角度，确定了制造过程可靠性评价的基本思路，即分别考虑制造过程、子系统或关键功能部件、评价要素三个维度，将制造过程分为加工阶段、装配阶段和测试阶段；将数控机床按照子系统或功能层次进行划分，选择需要评价的子系统或关键功能部件；将评价要素按照评价需要，选择制造过程可靠性评价中涉及的质量以及可靠性相关要素，进行可靠性评价分析，如图1所示。

2 数控机床关键部件制造过程可靠性指标分析

（1）在数控机床制造企业中，生产人员较为密集，制造过程的各个阶段都涉及到人员，人员对于零部件加工的可靠度、装配的可靠度、测试的可靠度都会产生重要影响。在制造过程中，人员对于产品的可靠性具有重要影响，人员操作失误不但会引发制造故障，而且在某些严重的情况下还会引起制造过程的意外情况，各类人员对于可靠性的影响不同。

（2）在数控机床制造企业中，机器是指制造机床产品过程中所涉及的各类设备[2]，主要包括生产加工设备、辅助生产设备、装配机械和工具、试验设备、计量设备、环境设备、分析计算设备等。机器设备是影响制造过程可靠性的关键因素之一，其性能、精度、稳定性和耐久性直接影响零部件加工以及产品质量的波动，从而影响零部件或者产品的可靠性。

（3）材料是数控机床组成的基本要素，因此材料对数控机床本身及其制造过程的质量和可靠性有非常重要的影响。材料是数控机床产品质量和可靠性的基础，材料缺陷会产生不同程度、不同类型的机床失效问题，进而影响数控机床的质量和可靠性。材料的选择在可靠性设计阶段已经确定，本文针对数控机床制造过程进行分析，主要考虑自制件和外购件对于装配过程的可靠性影响。

（4）工作方法是指在产品寿命周期中涉及到的各种技术

和管理方法，包括管理制度、工艺文件、设计规范、操作规范等，各种方法的合理制定和規范应用是提高产品可靠性的关键[3]。在数控机床制造过程阶段，技术类方法主要包括加工方法、装配方法和测试方法，管理类方法是为了实现可靠性管理的目的而运用的方式、手段和机制。

（5）环境对于制造过程的可靠性影响主要表现在很多方

面，一方面，环境因素影响人员操作效率和可靠性，进而对机床的可靠性产生影响，另一方面，环境因素影响材料、机器设备，影响到数控机床制造过程的可靠性。例如，过高或过低的温度会对工作人员产生影响，同时，不同材料的热膨胀系统不一样，这会导致数控机床关键部件发生一定的形变，从而影响数控机床零部件的加工精度。较高的相对湿度会引起金属腐蚀，一些非金属材料也会出现表面变形、肿胀的现象，导致摩擦增加，降低加工精度。此外，照明环境、通风条件在不同程度上也会对制造人员和产品可靠性产生一定影响。

（6）在数控机床制造过程中，测量仪器对产品质量和可靠性的影响体现在制造过程中的各种测量。例如，使用了精度不高的测量仪器，会影响零部件的表面质量检验以及几何精度测量，最终导致制造的产品可靠性降低；计量标准的目的是为了控制测量过程中仪器的准确性，计量标准是否符合国家标准直接影响了产品的可靠性。

3 评价指标体系构建

数控机床本身是一个复杂的系统，而且影响关键部件或子系统可靠性的指标因素有很多，各指标因素之间的联系也非常复杂，这使得数控机床制造过程可靠性评价的难度大大增加。为了建立一套科学的评价体系，首先将数控机床制造过程分为三个阶段，即加工阶段、装配阶段、测试阶段，其次，再根据制造过程的不同阶段的不同特点，选取影响制造过程可靠性的评价指标，最后，综合得出数控机床关键部件制造过程的可靠性评价体系[4]。

根据上文选择的可靠性评价指标，遵循构建评价体系的一般性原则，本文提出了数控机床制造过程可靠性的三级评价指标体系。如表1所示。

本文主要从制造过程、关键零部件和评价要素三个维度进行可靠性评价分析，确定了制造过程可靠性评价的基本思路。分析了人员、机器设备、物料、方法、环境与测量等方面对于制造过程可靠性的影响因素，从而针对加工阶段、装配阶段、测试阶段的不同特点，提出了制造过程各个阶段的可靠性评价指标，构建了制造过程可靠性评价指标体系。

参考文献：

[1]杨兆军，陈传海，陈菲，等.数控机床可靠性技术的研究进展[J].机械工程学报，2013（20）：130-139.

[2]张根保，罗冬梅.可靠性工程之机器因素分析与控制[J].制造技术与机床，2016（02）：5-12.

[3]张根保，冯旭克.可靠性工程之方法因素分析与控制（上）[J].制造技术与机床，2016（05）：1-7.

[4]申桂香，邵娜，张英芝，等.基于可拓学理论的数控机床可靠性评价[J].吉林大学学报（工学版），2011（01）：106-109.