探析数控机床可靠性改进分析

摘要: 现代社会数控技术在各个行业的深入运用，大大促进了各个行业的迅速发展。数控机床具有精密、准确、迅速和高度的容易实现的合成工艺和集成信息等特点，最容易用于加工个体复杂的零部件，所以称为现代先进制造技术重要的基础配备，在机器制造业被广泛运用。本文阐述了机床可靠性的技术相关问题，论证了要改变目前国产数控机床可靠性偏低的现状，首先要从思想上高度重视，上级部门、企业和研究所等都应高度重视，在制造企业中要真正落实可靠性技术和管理的各项措施，在生产地就把握产品的可靠性管理，从而促使数控机床的持续增长。

关键词: 数控机床；可靠性技术；改进

随着现代技术的不断进步，对数控机床技术提出了更高的要求，所以其技术不完善之处也显现出来。因而为了更好的发挥数控技术的优点，降低故障率，所以需要不断地对数控机床可靠性技术进行研究，也就显得尤为重要。

根据国家标准的定义，可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定任务的能力。数控机床产品的工作条件一般包括加工尺寸、 切削用量、 切削功率、使用环境条件、 加工材料等设计规定的条件；规定的时间可以是设计确定的运行寿命，也可以是机床大修前的年限，还可以是考核时确定的任何年限；规定的任务是指机床设计时确定的功能，例如加工中心可以完成钻、 铣、 镗、 铰、 攻丝等功能。数控机床的可靠性一般是以故障来表征的， 可靠性高就意味着产品在使用过程中所发生的各种故障少。因而减少或避免发生故障，是数控机床可靠性的重要体现。

一、目前数控机床可靠性现状研究

随着技术的进步，在数控领域与同行业的其他同类产品相比，我国的设计水平和稳定性都有较大差距，其中故障率高、运行不稳定、工艺粗糙、互换性差是几个突出的问题。根据数据比对分析，我们的数控机床的可靠性问题集中在以下几个方面：

（一）机电元器件质量不过关

目前机电行业内的生产企业，管理不规范，不到位现象比较普通，造成在低压电器、机电元器件市场中，产品不标准，非正规厂家和正规常见的产品真假难辨。诸如像继电器、触发器、按键、键盘、开关、双绞线等部件故障率较高。较为普通的现象是继电器的弹簧耐疲劳性差、温度特性差，高温下的簧片变形或绝缘材料失效会使继电器动作失灵。很多长期使用的机电器，短时间使用后电阻就会增大，内置器件松动，造成正在运行的系统突然停止、程序紊乱等事故。可以看出，这些部件在数控机床使用，发生生产事故的后果是必然的。

（二）生产工艺和基础设备不合格

目前我们国内生产数控设备的相关技术设备还不完善，生产工艺水平还有待提高。从中国质量检测数据统计出，目前我们电气系统八成以上的故障是由于电源故障或电源对干扰信号的传导。其中很多由于设备生产技术问题，其中强电设备会发出很强的脉冲噪声，通过传导影响电子设备运行，对电源系统产生严重的污染。实际中应当追根溯源，从电源降噪入手，利用电磁兼容性原理解除干扰。

（三）集成系统安装不到位

集成数控系统等板块的正确安装是保证数控机床正常运行的重要环节。在安装过程中，如果没有根据相关技术指标的要求，遵守安装调试的标准步骤，忽视了相关干扰因素，在安装过程中操作不当，或不规范操作，都会造成相关系统失控，这些因素都会影响机器零部件的加工，严重的甚至会引起机器烧毁。此外，在安装调试过程中，技术工程人员的技术不到位、经验缺乏等原因，都会使得数控机床发生故障，造成严重损失。

二、数控机床可靠性改进方法

（一）提高数控机床可靠性设计技术

产品的在生产之前，首先是设计出来的，然后才投入生产制造过程中。因此，机床的设计过程在提升可靠性方面具有重大作用。可靠性设计是依据产品的工程经验、历史故障数据、当前技术水平和组成零部件的可靠性状况，预测产品实际可能达到的可靠度。根据可靠性预计的结果，可以修改设计方案，改进薄弱环节，达到提高产品可靠性的目的。可靠性预计的方法一般有性能参数法、相似设备法和失效率预计法。在设计数控系统时，可采用模块化硬件形式，按照不同机床的功能需求合理组建模块，遵循通用化、标准化原则，兼顾人机对话、机械故障自诊断、机床自保护、刀具管理功能，这样既提高了机床的使用稳定性，又降低了使用与维护成本。

（二）加强数控机床可靠性试验技术

产品在生产之前的多次实验是至关重要的，因为试验是保证和提高产品可靠性的重要技术手段，可以说，没有试验就没有可靠性。可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段，其目的是发现在设计、材料、制造、装配工艺方面的各种缺陷，为改善产品的性能，提高可靠性水平，减少维修及保障费用提供科学依据。目前国内外对于数控机床可靠性试验技术的研究主要集中在可靠性试验的设计方法和应用研究上。像重庆大学张根保教授等人设计了一种可靠性强化试验方案， 采用多种应力共同组成综合应力试验剖面，使得在较短时间内激发出数控转台的故障；提出了数控机床整机及关键功能部件的可靠性试验方法，采用多种应力共同作用使得数控机床的潜在故障在较短时间内激发出来。他们研究仍然在继续进行中，为技术的提供作出了很大贡献。

（三）运用数控机床早期故障消除技术

从故障率分析研究可以看出，在机床制造完成后短期内，机床的故障早发多发，随着时间的推移，故障数会逐渐减少，直到进入偶然故障期。这个时间段持续的时间长短根据产品类型、生产规模和制造水平而变，国产加工中心的这一时间段可能有1200h左右。很多国内机床制造企业在产品装配调试完成后，会空运转36~48h，这种低负载、短周期的试运行，基本上激发不出故障，使得大量的早期故障到用户处才能发现。因而对用户而言，会对国内生产的机床丧失信心；对生产企业而言，售后维修费用增加。因此，需要将早期故障尽量消除在制造企业。为了实现早期故障消除，首先需要根据历史数据运用数据拟合技术建立定量化的研究分析。找出早期故障期和偶然故障期的时间拐点，作为早期故障消除的依据。还需要在制造企业建立早期故障消除的闭环体系结构，通过完整的故障树分析发现潜在的故障，通过试验发现早期故障，并向设计和制造过程反馈，修改设计方案和改善制造过程，将早期故障消除在设计制造阶段。

（四)数控机床运行管理可靠性技术

数控机床在运行过程中，可靠性主要受机床的安装调试、维护保养、维修、运行环境控制、加工条件控制等因素影响。统计数据表明，机床由于运行因素引起的故障会占到总故障数的20%左右。在安装调试中，垫铁的布置和调整具有重要的意义，特别是对于大型机床而言，由于垫铁的布置和调整不当，会使机床大型结构件发生变形，影响机床的精度和精度寿命。同时，国产数控机床可靠性不够除了技术水平不够外，很大原因还在于管理技术的落后。包括人员的素质差、工作的随意性强、缺乏成熟的可靠性管理标准（包括设计标准、试验标准、管理标准等）和系统的可靠性管理体系。因此，为了从本质上提高国产数控机床的可靠性，需要在企业建立系统的可靠性管理体系，并持续在企业实施。

在我国工业飞速发展的今天，在我们第十二个五年计划时期，机器制造业会朝着智能化、自动化或集成化方向发展，所以数控机床需要量会不断增加，这对数控机床行业的发展提供了有利的时机。但自从我国加入世贸组织后，国内生产的机床可靠性教差，无法适应市场的技术要求，面临提高可靠性的迫切境地。因此，提高数控机床的可靠性，增强自己的市场竞争力显得格外重要。

参考文献:

[1]张耀满，刘启伟. 数控车床主轴部件及其主轴箱热特性有限元分析. 东北大学学报，2011，32(4)

[2]张根保，李岳，柳剑，等. 加工中心托盘自动交换装置液压系统的可靠性分析. 中国机械工程，2013，24(2)

[3]徐航.产品可靠性是企业的“生命线”[J] 家电科技,2004，（8）

作者简介：

孙孝昆，（1979.12―），男，汉族，江苏淮安人，现就职于合肥华东电子科技集团第三十八所。