可靠性数控机床故障和可靠性评价

摘要：高档数控机床是实现制造技术和工业现代化的基石，大力发展高档数控机床具有全局性、战略性的意义。国产数控重型机床的平均无故障工作时间在300小时左右，与进口的重型机床差距很大。故障分析与可靠性设计是提高机床质量的重要措施，本文对常见数控车床故障分析分析，并提出了集中可靠性设计原则，具有一定借鉴价值。
关键词：数控机床 故障分析 可靠性设计
一.引言
如今数控机床市场竞争已经是白热化。市场竞争的五大要素是品种、怎么写作、质量、和交货期，其中决定产品竞争胜负关键要素是质量，因此故障分析对于数控机床的质量的提高与日常维修具有非常重要的意义。同时可靠性是质量的灵魂和主体，可靠性影响着质量和其他方面，想在数控机床市场上占有更大的份额就要把重心放在可靠性工程技术上，由于这是国产数控机床要害所在和薄弱环节，因此导致了较低的市场占有率。

二、数控车床的故障分析

故障分析是指在故障发生后进行的分析和检测，以找到故障故障的原因、部位和机理，从而掌握产品应当改进的方向及修复方法，防止同类问题的再次发生。它可为设计者提供可预防故障的信息，为制造分析工艺缺陷和次品原因，为使用者分析出事故原因和预防措施，故障分析贯穿于设计、制造以及使用的全寿命周期。它的目的决不仅是评价系统及其组成单元的可靠性水平，更重要的是提高系统的可靠性水平。因此，故障分析技术就构成了在可靠性分析过程中的一项最基本并且最重要的内容。
故障部位分析
工作台是发生故障最频繁的部位。主要表现为：手持单元手轮损坏和按钮故障、工作
台不转和不能变速手持单元电缆损坏等。工作台的可靠性得到保证才能使数控车床的可靠性水平得到大幅度的提高。（2）液压系统的故障。主要表现为： 溢流阀损坏、油管损坏、滤油芯损坏、液压阀损坏以及机床很多部位出现漏油现象等。（3）电气系统障占第三位，主要表现为：脚踏开关接触不良、X轴行程开关紧固螺钉松动、刀具测量臂内无触点开关位置调整不到位等。（4）伺服控制单元的故障也很多。主要表现为： 电器警、报伺服电机故障和光栅尺损坏。

2. 故障分类原则

数控车床产品复杂，它产生的故障模式、程度和危害大小各不相同。数控车床是可修复产品，可靠性工程致力于通过数据分析研究，杜绝或有效减少产生重大危害的故障，达到尽量减少故障发生次数的目的。基于此，需要制定出数控车床故障的分级方法。数控车床的故障危害度是指各类故障对数控车床可靠性综合危害的程度，根据故障危害度进行分级的方法不外乎两种：定性分级和定量分级。故障危害度的概念还没有明确的定义，它很难用一个实际的量值作为标尺。现在，在各大行业中基本上采取四级分类方法。将车床各种类型的故障可能造成的影响按严重程度分为四个级别：（1）致命危害指危害人身安全的、会引起产品报废的、造成重大的经济损失以及对周围环境造成严重危害的故障；（2）严重故障指导致产品性能下降，并且厂家短时间内无法修复的故障；（3）一般故障指导致产品性能下降，但是厂家短时间内可以修复的故障；（4）轻微故障指的是不会导致产品性能下降，不需要更换零件，只要简单调试就可以排除的故障。

三、数控机床可靠性设计原则

数控机床是装备制造业的工作母机，可靠性是数控机床质量的核心。国产数控机床的可靠性问题严重影响了在国内外市场竞争中的声誉，使许多国有大中型机床企业长期处于困境，因此提高国产数控机床的可靠性是重中之重。

1. 明确产品的使用条件及工作环境，进行耐环境设计

数控车床产品的可靠性是针对一定的工作条件而言，包括两个方面：一是工作环境，包括载荷和工作场所的湿度、噪声、灰尘、温度和腐蚀介质等的状况，二是使用条件，主要指现场操作条件及维护条件，因此要明确产品的工作环境和使用条件。
耐环境设计是在设计时就考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响，例如装配、振动影响，贮存时的温度、湿度、霉菌、运输时的冲击等影响。因此必须慎重选择设计方案，采取必要的保护措施，减少或消除有害环境的影响。可以从控制环境、适应环境与认识环境三方面加以考虑。认识环境指的是：不应只注意产品的工作环境以及维修环境，还应了解产品的安装、贮存和运输的环境。控制环境指的是：在条件允许时，应在小范围内为所设计的数控车床创造良好的工作环境条件，或人为地去除对产品可靠性不利的环境因素。适应性环境指的是：在无法对所有环境条件进行人为控制时，在材料选用、表面处理、设计方案、涂层防护等方面采取措施，以提高数控车床本身耐环境的能力。

2. 收集可靠性数据，确定可靠性指标

进行数控车床产品设计时，首先应确定产品的可靠性指标。根据设计要求决定采用什么可靠性指标，而指标的确定主要有：一是由设计者提出，主要是根据过去的经验和市场调查；二是由用户提出；三是由各方协商确定。现在数控车床产品还没有制定可靠性指标的标准，但不论由哪个方面提出指标，都要有利于提高产品可靠性水平，同时又不脱离现实的技术发展水平。这样就要求应首先收集和掌握国内外同类产品或相似产品的可靠性数据，例如，平均故障间隔时间、失效分布、首次故障平均时间、失效机理、失效模式及失效的影响程度、维修方法、维修时间、维修方针及其分布、备件准备、维修费用、维修周期和最佳经济寿命等等。运用收集的数据资料并进行详细设计，可得到原有产品的可靠度，维修度及有效度等可靠性特征量，在此基础上，考虑现有设计制造水平，经过详细分析，确定出所要设计产品的可靠性指标。所确定的数控车床可靠性指标既要切实可行，又要指标先进，有利于促进数控车床产品可靠性水平的不断提高。

3.系统设计

数控车床设计首先确定数控车床的组成及其类型。当数控车床类型确定以后，对它的可靠性指标进行合

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理的分配。将可靠性指标分配到各子系统，并与各子系统能达到的指标相比较，判断是否需要改进设计。再把改进设计后的可靠性指标分配到各子系统。根据同样的方法，可把可靠性指标进一步分配到各个元器件和零部件。

4.简化设计与维修设计

在满足预定功能的情况下，设计应力求元器件和零部件的数量少、简单。越简单越可靠是可靠性设计的基本原则，是减少故障提高可靠性的有效方法。但不能因为减少元器件或零部件而使其它零部件执行超长功能或在高应力的条件下工作。否则，简化设计将达不到提高可靠性的目的。对于新结构、新材料的应用要有充分的把握，需经过试验并经一段时间试用后再大量应用。维修性设计就是在设计时考虑产品的故障易于检查、容易发现，便于尽快修复，甚至在未出现故障时，就采取必要的措施加以预防或消除故障于未然。
四.结论
故障分析对于国产数控机床的质量提高与维修护养具有很重要的作用，可靠性设计可以增强国产数控机床的市场竞争力，也是设备质量提高的重要指标，因此必须加大这方面的研究力度。
参考文献
张超； 蒋飞龙.数控车床常见故障与排除措施的探讨[J]，数字技术与应用：2012.09
陈殿生，张邦成.数控车床故障分布模型的研究[J]：机械制造：2003