張遠望
摘 要:我國是世界上數(shù)控機床消費大國,數(shù)控機床可靠性技術(shù)的高低直接影響到整個國家制造業(yè)的發(fā)展,起到一定關(guān)鍵作用。然而我國現(xiàn)階段機床功能的維持功能與國際水平存在一定差異,我國眾多行業(yè)的數(shù)控機床用戶之所以不選購國產(chǎn)機床的主要原因就是因為產(chǎn)品可靠性不能滿足用戶需求,這個局面嚴重影響到我國制造業(yè)數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展,因此怎樣改善當前數(shù)控機床技術(shù)的可靠性成為當前學(xué)術(shù)界的一大難題。隨著我國科技發(fā)展的日新月異,提高數(shù)控機床可靠性成為當前最為關(guān)注的話題,經(jīng)濟的飛速發(fā)展使整個市場競爭形勢變得越來越嚴峻,在這種發(fā)展局勢下,數(shù)控機床可靠性的提升必須通過現(xiàn)場運行驗證,避免紙上談兵。
關(guān)鍵詞:數(shù)控機床 可靠性 技術(shù)研究
中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)08(c)-0026-02
該文將對數(shù)控機床可靠性技術(shù)進行研究,分別從:數(shù)控機床可靠性內(nèi)涵、數(shù)控機床可靠性技術(shù)存在的必要性、數(shù)控機床可靠性技術(shù)的研究、現(xiàn)階段數(shù)控機床可靠性技術(shù)存在的問題、數(shù)控機床可靠性的設(shè)計準則、提高數(shù)控機床運行可靠性的具體措施、數(shù)控機床可靠性技術(shù)的展望7個部分進行闡述。
1 數(shù)控機床可靠性內(nèi)涵
關(guān)于數(shù)控機床可靠性的定義,最初是由盧瑟爾提出的。所謂“可靠性”是指“產(chǎn)品能在規(guī)定條件及規(guī)定時間內(nèi)完成的規(guī)定功能的能力?!笨煽啃院茈y用一個量來表示,因此在對可靠性進行定義時必須根據(jù)具體情況、具體場合來選擇適當?shù)闹笜?。值得注意的是,可靠性是產(chǎn)品實際運行過程中所顯露出的屬性,且數(shù)控機床可靠性存在一定特殊性,它是集機、電、氣等高新技術(shù)于一身的現(xiàn)代化工作母機,它對加工精度有一定要求。當前,數(shù)控機床在現(xiàn)場運行過程中最易發(fā)生的故障以功能性故障居多。所謂功能性故障一般指:加工中心刀庫不轉(zhuǎn)位、不執(zhí)行程序指令、定位不準、旋轉(zhuǎn)工作臺不定位以及電氣系統(tǒng)大量故障等,是當前廣大機床用戶亟待解決的。在機床用戶看來,數(shù)控機床的可靠性涵義實際上指的就是機床在運行過程中故障頻率出現(xiàn)次數(shù)相對較低。因此在開展數(shù)控機床可靠性工作時必須做些真實操作的實事,切實解決可靠性實際問題,讓用戶看到實效。高速、高精度以及高可靠性是現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展的主要趨勢,數(shù)控機床可靠性成為市場競爭的焦點,目前國內(nèi)的數(shù)控機床研發(fā)方向主要朝高檔次方向發(fā)展,提高數(shù)控機床可靠性成為當下最為急迫的事。
2 數(shù)控機床可靠性技術(shù)存在的必要性
2.1 數(shù)控機床可靠性技術(shù)滿足市場發(fā)展需求
我國正處于工業(yè)化發(fā)展中,汽車、鋼鐵、機械等一批重工業(yè)為基礎(chǔ)的行業(yè)發(fā)展勢頭越來越迅猛,導(dǎo)致對數(shù)控機床的需求也越來越大。為了滿足市場發(fā)展需求,數(shù)控機床可靠性技術(shù)必須不斷發(fā)展創(chuàng)新,使其功能日趨完善。
2.2 機床故障頻率普遍偏高
由于我國數(shù)控機床現(xiàn)階段的自主開發(fā)能力相對薄弱,自動化水平低,精度保持性相對較差,制約了我國數(shù)控機床的發(fā)展及銷售,與國際現(xiàn)階數(shù)控水平存在較大差距,對數(shù)控機床的運行故障不能及時準確的排除,此外還承受著市場巨大需求量的壓力。因此為了解決這個問題就必須提高數(shù)控機床的可靠性。
2.3 數(shù)控機床可靠性技術(shù)的意義
數(shù)控機床的可靠性對用戶來說十分關(guān)鍵,還在一定程度上影響了我國與國際水平間的較量,提高數(shù)控機床可靠性能促進數(shù)控機床市場的持續(xù)發(fā)展,對于改變我國機床工業(yè)現(xiàn)狀有推動作用。數(shù)控機床可靠性技術(shù)的存在是必要的,它充分滿足了市場發(fā)展需求,減少了數(shù)控機床運行故障的發(fā)生頻率,它是實現(xiàn)民族裝備制造業(yè)振興的催化劑。數(shù)控機床作為復(fù)雜的機電液系統(tǒng),它還沒有相對成熟的可靠性理論與技術(shù),加上我國數(shù)控機床可靠性技術(shù)研究起步較晚,涉足此行業(yè)的相關(guān)研究人員與研究機構(gòu)相對較少,技術(shù)積累相對薄弱,處于發(fā)展階段,相對德國等工業(yè)發(fā)達的國家來說還有很長一段發(fā)展距離,為了縮短與發(fā)達國家之間的差距,我們必須拿出實際行動。
3 現(xiàn)階段數(shù)控機床可靠性技術(shù)存在的問題
3.1 數(shù)控機床可靠性研究者及相關(guān)機構(gòu)普遍較少
由于我國在數(shù)控機床可靠性技術(shù)的研究人員與研究機構(gòu)比較缺乏,加上數(shù)控機床可靠性技術(shù)研究的成本比較高,時間相對過長,其研究成果的獲取相對過慢,導(dǎo)致我國數(shù)控機床可靠性技術(shù)體系缺乏完整性。
3.2 數(shù)控機床可靠性數(shù)據(jù)累積相對薄弱
制造業(yè)數(shù)控機床的可靠性的提高需要一定的數(shù)據(jù)作為實踐基礎(chǔ),由于我國數(shù)控機床發(fā)展較晚,導(dǎo)致我國數(shù)控機床可靠性數(shù)據(jù)累積相對薄弱,從而不能為廣大的數(shù)控機床用戶可靠性技術(shù)的研究提供任何幫助,這也是我國數(shù)控機床可靠性技術(shù)發(fā)展相對滯后的主要原因。
3.3 數(shù)控機床的維修性及可用性得不到重視
要提高我國數(shù)控機床的可靠性技術(shù)就必須對數(shù)控機床的維修性及可用性重視起來,根據(jù)企業(yè)的需求去簡化維修過程,縮短維修時間,將可靠性最大化,我國必須提高對其重視的程度,最大程度滿足數(shù)控機床用戶的需求,制定相關(guān)政策,奠定我國數(shù)控機床可靠性研究基礎(chǔ)。
3.4 數(shù)控機床故障機理研究相對不足
當前我國對數(shù)控機床故障機理的研究相對不足,所謂故障機理研究主要是針對故障現(xiàn)象分析得出的反映故障本質(zhì)的原因。但由于我國現(xiàn)階段對故障機理研究相對缺乏,從而對產(chǎn)生故障的物力本質(zhì)障礙直接的相關(guān)性以及故障問題認識不清,使改進成本不斷增加,造成了經(jīng)濟資源浪費。
3.5 對機床整機功能部件缺乏重視
數(shù)控機床由各類功能部件及數(shù)控系統(tǒng)組成,其組成部件的可靠性制約著數(shù)控機床的整體可靠性,因此制造者必須對機床功能部件的質(zhì)量加以重視。但由于國內(nèi)機床功能部件企業(yè)技術(shù)比較薄弱,研究機構(gòu)工作的重心又都放到了機床整機上,導(dǎo)致其功能部件得不到重視,無法提高數(shù)控機床可靠性技術(shù)發(fā)展。
3.6 數(shù)控機床電元器件質(zhì)量相對較差
當前,國內(nèi)機電元器件市場存在粗制濫造及惡意壓價的現(xiàn)象,并且質(zhì)量相對較差,溫度特性差、電器反應(yīng)不靈敏、使用壽命短等特點。如果將這些質(zhì)量差的電元器件應(yīng)用到數(shù)控機床,會造成嚴重的生產(chǎn)事故。
3.7 CNC安裝不當
CNC是指數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的正確安裝對數(shù)控機床正常運行起到一定保障,如果沒有按照相關(guān)要求進行安裝則會造成驅(qū)動軸失控,引起機器報廢,使數(shù)控機床免疫力降低,導(dǎo)致故障發(fā)生頻率不斷提高。
4 數(shù)控機床可靠性的設(shè)計準則
必須建立豐富的可靠性設(shè)計規(guī)范。
在對數(shù)控機床可靠性進行設(shè)計時,應(yīng)建立起可靠性設(shè)計規(guī)范,設(shè)計規(guī)范的建立能在一定程度上對數(shù)控機床設(shè)計環(huán)節(jié)的可靠性設(shè)計以及分析工作進行約束管理,對不同的產(chǎn)品采取不同的可靠性設(shè)計。
4.1 建立可靠性設(shè)計評審大綱及流程
評審大綱的評審內(nèi)容將會涵蓋產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)的所有開發(fā)階段,它的重要性不言而喻,因此企業(yè)必須建立可靠性設(shè)計評審大綱及流程,并邀請一些在產(chǎn)品設(shè)計、制造、應(yīng)力分析、安全維修等專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)研究人員參與到評審中來。
5 提高數(shù)控機床運行可靠性的具體措施
5.1 提高數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的可靠性
在設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)時,應(yīng)該按照不同機床功能需求來進行模塊組建,可以在一定程度上提高機床使用的穩(wěn)定性還能降低機床維護成本,兼顧人機對話以及機械故障自診斷,對機床起到自我保護作用。數(shù)控機床運行的速率與系統(tǒng)性能的好壞息息相關(guān),因此必須提高數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的可靠性。
5.2 保證數(shù)控系統(tǒng)的正確操作
邏輯程序編寫失誤、參數(shù)配置的錯誤都會給數(shù)控機床埋下質(zhì)量隱患,會給用戶帶來很多不便,對自己的信譽有一定影響。因此在對數(shù)控系統(tǒng)操作時必須保證一定正確性,否則會使誤差累積,對機床轉(zhuǎn)動鏈造成沖擊。
5.3 采用有效隔離屏蔽技術(shù)
由于CNC系統(tǒng)的濾波環(huán)節(jié)降噪功能有限,因此必須配置相關(guān)隔離設(shè)備,盡量減小干擾信號。屏蔽干擾信號可以從兩方面入手:一是取東西元件,將干擾源屏蔽起來,從而達到阻斷靜電與電磁信號傳遞的目的;二是利用雙層金屬屏蔽控制系統(tǒng),以防高壓線外在物質(zhì)的干擾,促進數(shù)控機床可靠性大大提高。
5.4 合理布線與接地
由于數(shù)控機床地線相對比較復(fù)雜,系統(tǒng)中的機架箱體等結(jié)構(gòu)件應(yīng)予以接地。且接地電纜的橫截面積不能小于10 mm2,布線必須遵循“強弱分開”原則,利用金屬屏蔽線隔開輸入信號線,嚴禁與其他設(shè)備接地。
5.5 運行可靠性控制
實驗表明用戶使用不當造成的故障占機床總體故障的20%左右。因此必須控制用戶對機床的使用,預(yù)防用戶對機床的超載使用,通過大修恢復(fù)機床精度與可靠性。
5.6 完善數(shù)控機床可靠性技術(shù)體系
要促進數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展必須對數(shù)控機床可靠性技術(shù)體系進行完善,以數(shù)控機床可靠性建模為基礎(chǔ),對數(shù)控機床的可靠性技術(shù)進行拓展,對研究成果進行嚴格篩選,構(gòu)建故障案例庫與數(shù)據(jù)庫,促進我國數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展。
6 數(shù)控機床可靠性技術(shù)的應(yīng)用研究
6.1 數(shù)控機床可靠性評定方法
數(shù)控機床可靠性的評定方法有三種,一是修正極大似然法和序貫壓縮相結(jié)合的方法;二是指數(shù)壽命型串聯(lián)系統(tǒng)法;三是基于信賴方法的數(shù)控機床可靠度的分析法。第一種的準確度比第二種更高,在數(shù)據(jù)充分的情況下,采用基于信賴方法的數(shù)控機床可靠度分析方法更為合理。
6.2 數(shù)控機床可靠性技術(shù)分析方法
加工中心是現(xiàn)代信息科學(xué)與傳統(tǒng)機械技術(shù)相結(jié)合的典型產(chǎn)品,通過對其故障信息的科學(xué)分析,找出運行中的薄弱環(huán)節(jié)。將故障分析結(jié)果反映到各個部門,以提高產(chǎn)品可靠性為重要任務(wù),將傳統(tǒng)頻次主次圖分析方法與故障比重比方法相結(jié)合來解決故障問題。
6.3 重視數(shù)控機床可靠技術(shù),更好促進機床的現(xiàn)代化
根據(jù)機床各部分組建的功能將經(jīng)濟、資源等內(nèi)容進行綜合考慮,來確定影響可靠性指標的因素,更好促進可靠性的提高,同時抓好改制改組工作,注重售后服務(wù)降低故障發(fā)生頻率,一旦出現(xiàn)故障必須及時解決,重視質(zhì)量與服務(wù),積極引進國外先進技術(shù),更好促進數(shù)控機床的現(xiàn)代化發(fā)展,努力掌握好數(shù)控機床可靠性技術(shù),為機床質(zhì)量提供一定保障。
6.4 數(shù)控機床可靠性信息體系及開發(fā)“可靠性數(shù)據(jù)庫”和信息處理軟件
開發(fā)出可靠性信息源,開發(fā)出可靠性信息存儲、處理技術(shù);數(shù)控機床可靠性數(shù)據(jù)庫、可靠性評價軟件、故障分析軟件,為數(shù)控機床建立集成化可靠性信息體系。
6.5 建立可靠性指標(水平)評價體系
針對數(shù)控機床產(chǎn)品的特點,建立了數(shù)控機床可靠性指標評價體系,對平均故障間隔時間MTBF進行點估計和區(qū)間估計,并評估出平均修復(fù)時間MTTR和固有可用度Ai等具體數(shù)值,從而評價出數(shù)控機床可靠性水平。此項成果建立了完全針對數(shù)控機床行業(yè)特點的可靠性增長理論體系,開發(fā)出了實用技術(shù)以及可靠性增長的具體實施方法, 在國內(nèi)外均屬首創(chuàng)。
7 數(shù)控機床可靠性技術(shù)的展望
數(shù)控機床可靠性技術(shù)研究歷經(jīng)幾十年,在可靠性設(shè)計、故障分析、可靠性建模、可靠性試驗等方面取得了明顯的進展。目前正在形成可靠性動態(tài)建模、可靠性綜合設(shè)計、故障預(yù)警等數(shù)控機床可靠技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。但由于從事數(shù)控機床可靠性研究的學(xué)者及相關(guān)機構(gòu)普遍較少,對數(shù)控機床故障機理、數(shù)控機床維修性及可用性研究不夠重視,從而導(dǎo)致數(shù)控機床可靠性技術(shù)一直得不到發(fā)展。隨著科技的迅速發(fā)展,數(shù)控機床可靠性技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代機床行業(yè)最關(guān)鍵的技術(shù)之一,我們必須從數(shù)控機床可靠性技術(shù)及行業(yè)需求角度進行技術(shù)展望。
7.1 強化全生命周期可靠性技術(shù)理念
數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展必須建立在可靠性建模、分析、設(shè)計等研究基礎(chǔ)上,加強數(shù)控機床制造可靠性、早期故障排除、運輸可靠性、維修性設(shè)計等可靠性技術(shù)研究,強化全生命周期可靠性技術(shù)理念,將其應(yīng)用到數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展當中去。
7.2 構(gòu)建數(shù)控機床可靠性技術(shù)體系
通過強化全生命周期可靠性技術(shù)理念,對研究成果不斷進行完善,在此基礎(chǔ)上制定數(shù)控機床可靠性技術(shù)規(guī)范,形成具有數(shù)控機床行業(yè)特色產(chǎn)品的可靠性技術(shù)體系。技術(shù)的研究離不開企業(yè),在應(yīng)用可靠性技術(shù)管理體系時應(yīng)該保障可靠性技術(shù)研究成果在企業(yè)中的有效應(yīng)用,使企業(yè)逐漸成為可靠性技術(shù)研發(fā)主體。
8 結(jié)語
可靠性有關(guān)學(xué)科發(fā)展始于20世紀50年代,并形成了相對完善的理論體系,要提高數(shù)控機床產(chǎn)品的可靠性,企業(yè)必須建立一定的可靠性保障能力,并且數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展離不開企業(yè)的支持,企業(yè)應(yīng)該從戰(zhàn)略角度出發(fā),從零部件設(shè)計到故障數(shù)據(jù)分析方面做好調(diào)研工作,構(gòu)建完善的管理體系,并給出相應(yīng)改進意見,提高數(shù)控機床可靠性,促進數(shù)控機床可靠性技術(shù)的發(fā)展。在第十二個五年計劃期間,我國的機械制造業(yè)逐漸朝著集成化、自動化、智能化方向發(fā)展,同時也為數(shù)控機床行業(yè)提供了良好機會。
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