基于任务的数控机床可靠性分配技术研究

李原良

【摘  要】目前，数控机床是现代制造的关键部分之一，但伴随数控、制造技术的快速进步，传统数控体系结构已经表现出明显的弊端，严重制约了业界竞争力的增强。在这样的背景下，数控机床便开始引入开放式体系，以更方便地应用新技术、换代升级等，但随之这种结构却表现出可靠性、抗干扰问题。为此，就数控机床，探讨了基于任务基本结构的可靠性、抗干扰方面的设计，仅供参考。

【关键词】数控机床;可靠性;分配技术

引言

在装备制造业中，数控机床技术水平决定着一个国家的制造业的发展水平，提高数控机床可靠性水平，可以减少数控机床出现故障时的损失。对于可靠性的研究，威布尔分布是工程研究中最常用的分布之一，被广泛应用于这种寿命试验的数据处理。

1、数控机床概述

数控机床是通过科学技术编程实现的系统集成产品。最后，在实际应用过程中，加载相关的数字信息抑制系统，实现生产指令的识别和移动。然后对相关信息和数据进行编程，实现了数据和信息的重组操作。在编辑数控机床的数据编码时，应注意具体的生产要求，编辑和抑制指令，确保具体信息的枚举符合实际的生产操作要求。对于数控机床，信号传输也是必要的。以保证机床的实际操作具有监督管理的作用，整个工作过程是集成的、系统的管理。要求可以根据数控机床的实际工作情况进行监督管理，确保每一部分的实际工作符合生产需要。数控机床在运行过程中，必须控制好设备的布置和类型，保证具体处理事件中设备布置的严密性，对复杂事件具有较强的实际处理能力，重视小批量加工和加工。以及转换和约束的形式。在短时间内对零件进行调整和修理。先进的数控机床还可以对整个电子设备进行监控，在实际生产过程中实现自动控制，保证生产功能和质量。

2、数控机床可靠性设计软件结构

2.1、软件系统的结构及功能

本软件系统一共包括三个功能模块：故障数据记录、故障数据的查改删、和机床可靠性评估。故障数据记录模块记录了机床故障的具体信息，包括发生故障的时间和故障类型等;故障数据的查询、修改及删除模块可以对已经记录的机床故障信息进行查询、修改和删除操作;机床可靠性评估系统可以利用已有的机床故障信息，运用威布尔分布、最小二乘估计法和评分分配法得出最终的机床可靠性指标平均无故障工作时间MTBFs以及机床各个部件的MTBFi。

2.2、软件系统的工作流程

本软件基于历史故障数据进行可靠性评估，工作流程如下：（1）从故障数据的记录开始，详细记录每一条故障信息并存入数据文件中。（2）在数据文件中已有相关的故障信息，可以从数据文件中查询相应的故障信息，并可以对其进行修改和删除等操作。（3）在对数据文件完成增删改查等一系列操作后，提取并处理数据文件中的时间和相关部件的记录信息，对部件进行评分后可以计算得出可靠性指标数据，即机床整体的MTBFs和各部件的即MTBFi，评估结果可以指导设计人员对机床部件进行针对性地改进[1]。

3、基于任务体系的数控机床可靠性

3.1、内部可靠性、抗干扰优化设计

3.1.1、设计容错、冗余

通过增设容错元件、冗余阵列，可以增强体系的可靠性。其中的冷备份冗余系统，有11个工作单元，其余相同功能的单元并不会工作，仅当作后备单元。若工作单元出现失效问题，则后备系统便启动，以维持系统正常作业，但冷备份单元却并不可靠。而在热备份体系中，各备份单元一直都是待机态，能及时切换故障，具有很好的可靠性。

3.1.2、有效隔离

在计算机数控（CNC）系统､I/O回路中，除了滤波外还要进行隔离，以隔断输入/输出联系，抵御干扰信号｡连接CNC的I/O端采用光电隔离，以分开I/O电路与地线，分别使用电源，并单向输送信息，以防干扰信号馈入输入端｡连接电磁铁､电磁阀的地方采用继电器隔离，实现机械接触[2]。

3.1.3、调整、保护内部电源

在计算机数控系统中，计算机电源一般通过多级滤波结合电压集成调整器来调整，以快速适应交流电压波动，能很好地保护过、欠电压。同时，还就控制轴、相应模块，单独予以供电，以免影响它们间的电压波动。

3.2、数控机床机械结构设计

在讨论数控机床机械结构设计时，必须明确机械结构的主要内容是主轴零件，其次是传动机构和支撑件。这三个方面的设计需要有一定的可靠性，提高制造精度，以满足数控机床在应用过程中的稳定性和抗振動、几何精度要求。传动结构和传动系统的应用主要是帮助数控机床实现更好的自动化控制，其中主轴部件是机械结构的关键内容，其质量决定了速度。根据国外的机械生产市场，天线混合陶瓷角接触轴承是近年来发展起来的。应用速度快，综合性能强，最高转速可达30000r＼/min，因此，在国内机械设计过程中，为了提高主轴旋转精度，保证主轴及零件的加工速度，必须选择在选择主轴承时，尽量使轴承精度高，以保证支撑导轨、移动导轨体和滑块的位置处于精确状态。结合额定载荷实现数控机床静液压导轨的高效率，在这一内容的开发过程中，国外已逐步采用塑料粘合导轨和涂塑导轨代替传统的滚动导轨。同时，为了满足塑料复合导轨在应用过程中的高精度和高转速，选用圆弧齿。步进齿带、张紧轮的安装，通过工程塑料的低密度生产，保证了皮带轮的传动轴可以直接安装在电机上，从而有效地减少了传动过程中产生的过量，在应用支架时数控机床的部件，主要考虑的是床身和立柱，因此。必须提高相应机组的质量刚度。人造花岗岩是最常用的。花岗岩能保证尺寸的稳定性，并具有一定的抗腐蚀性[3]。

3.3、部件可靠性评估

机床可靠性指标的分配就是要将系统总的可靠度指标MTBFs分配给机床的各个部件，确定每个部件的可靠度指标MTBFi的过程。在缺乏设备可靠性数据的情况下，采用评分分配法进行初步分配是一个较为合理的方法，可根据具体情况请有经验的工程人员对各环节、各单元的重要性进行打分，分数越高说明情况越不理想[4]。

3.4、外部抗干扰优化设计

在数控机床中，地线有多种形式。有小信号电路、逻辑回路及其直流电源一起形成的工作地，也有电磁阀、继电器及其运行驱动电源一起形成的功率地，但不可混接以上两者｡此外，系统中一切金属构件的安全地必须接到大地上，且接地电缆的宜A>10mm2，且控制地电阻在1Ω以下｡而布线时必须分开强､弱电，输入､输出线，脉冲､电平线｡输入信号，通过金属屏蔽线，分开后再通过金属管走线等就｡外置PLC，既应单独供电，也应专门安装地线，便能串联其他设备再接地。

结束语

因此，为了提高国内市场占有率，在机械制造业的发展过程中，必须运用科学技术手段向精密化、集成化、自动化、智能化方向发展。这是新时代发展的良好机遇。面对激烈的国际市场竞争，必须以生产质量为主要研究内容，优化制造技术的发展趋势，提高数控机床机械结构设计的有效性[5]。

参考文献：

[1]钱晓琴.数控机床的预测性维护探讨[J].南方农机，2019，50（21）：124.

[2]李桂玉.基于DMS—PSO的数控机床切削过程工艺参数优化模型求解策略[J].电子测试，2019（22）：131-132.

[3]孙银娟.替换法在数控机床电气维修中的实践[J].中国设备工程，2019（21）：67-68.

[4]徐田恬，高洪.基于可靠性分析的数控机床维修路径研究[J].内燃机与配件，2019（20）：131-132.

[5]梁晓哲.基于XK7132数控机床的DNC应用研究[J].内燃机与配件，2019（20）：60-61.

（作者单位：齐重数控装备股份有限公司）