數(shù)控機(jī)床的可靠性可行性方案

遲景才

吉林大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130012

機(jī)械設(shè)備在規(guī)定工作條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持與完成規(guī)定功能的能力，可以稱之為機(jī)械設(shè)備的可靠性，即設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。我們將一臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備投入到生產(chǎn)工作中，不僅要關(guān)注系統(tǒng)的先進(jìn)性，功能全面性、加工精度等級(jí)，我們更需要關(guān)注的設(shè)備的可靠程度。如果一臺(tái)設(shè)備可以無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行5 000 小時(shí)以上，那么它的使用價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)性就會(huì)得以體現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床的可靠性往往指的是設(shè)備的可維護(hù)性以及穩(wěn)定性能的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，其是保證機(jī)械加工企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)的可觀測(cè)性指標(biāo)。

1 對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性的評(píng)定

數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化程度較高的機(jī)械加工設(shè)備，其中涉及PLC 控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)控制技術(shù)，伺服電機(jī)控制技術(shù)等等，正是由于這些現(xiàn)代化技術(shù)的支持，促使數(shù)控機(jī)床具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品精度高，質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠完成普通機(jī)床難以完成的機(jī)械產(chǎn)品加工任務(wù)。由于數(shù)控加工設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)的復(fù)雜性以及元器件的高精密性，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床在工作過(guò)程中很容易受到周?chē)h(huán)境的影響，進(jìn)而發(fā)生故障，造成數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性下降。

準(zhǔn)確地講，數(shù)控機(jī)床可靠性的評(píng)定的特征量主要包括：可靠度、失效率、故障率、平均無(wú)故障間隔時(shí)間、平均壽命、有效度等等，其中每一個(gè)特征量均只能夠表現(xiàn)出評(píng)定可靠性的某一個(gè)特征點(diǎn)，缺乏全面性的標(biāo)準(zhǔn)。因而對(duì)于設(shè)備可靠性的評(píng)定指標(biāo)的確定應(yīng)該依據(jù)機(jī)械設(shè)備本身的特征而定。對(duì)于可維修性較強(qiáng)且系統(tǒng)較為復(fù)雜的數(shù)控加工設(shè)備，常用可靠度、平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）等指標(biāo)衡量可靠程度。

對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確性的指標(biāo)能夠反映出其工作狀態(tài)，而且學(xué)術(shù)界對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定也不一致，這主要是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床涉及的現(xiàn)代化技術(shù)較為復(fù)雜，且運(yùn)行過(guò)程中受到諸多因素的影響，如操作水平，工作環(huán)境，電氣干擾，零部件精度等等，在制定評(píng)定指標(biāo)時(shí)，需要綜合考慮到機(jī)械和電子的雙重因素。筆者認(rèn)為，采用平均無(wú)故障時(shí)間（MBTF）、精度穩(wěn)定周期，平均修復(fù)周期等幾項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于數(shù)控機(jī)床可靠性的評(píng)定具有一定的科學(xué)性。

1.1 平均無(wú)故障時(shí)間

平均無(wú)故障時(shí)間指的是可修復(fù)性較高產(chǎn)品，相鄰兩個(gè)故障期間工作時(shí)間的平均值，簡(jiǎn)稱為“MTBF”，能夠較為準(zhǔn)確的衡量出數(shù)控機(jī)床的可靠程度，具體數(shù)值一般體現(xiàn)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中。一般來(lái)說(shuō)，國(guó)外數(shù)控加工設(shè)備的MTBF 為5 000h～22 000h，這是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)所無(wú)法比擬的該項(xiàng)指標(biāo)主要反映的數(shù)控機(jī)床的無(wú)故障參數(shù)。故障指的是數(shù)控機(jī)床無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能，平均無(wú)故障工作時(shí)間能夠準(zhǔn)確的反映出在無(wú)故障情況下數(shù)控機(jī)床正常工作周期，

1.2 平均修復(fù)周期

平均修復(fù)周期指的是數(shù)控機(jī)床從發(fā)現(xiàn)故障到恢復(fù)到規(guī)定功能期間的時(shí)間周期，與上述評(píng)定指標(biāo)正好相反，其計(jì)算的是數(shù)控機(jī)床故障停留時(shí)間參數(shù)，英文縮寫(xiě)為“MTTR”。它包括確認(rèn)系統(tǒng)故障發(fā)生的時(shí)間參數(shù)，數(shù)控機(jī)床維護(hù)時(shí)間、維護(hù)準(zhǔn)備時(shí)間，維修團(tuán)隊(duì)響應(yīng)時(shí)間、設(shè)備重新投入使用時(shí)間等?？梢?jiàn)，平均修復(fù)時(shí)間周期的參數(shù)大小不僅與產(chǎn)品本身設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)聯(lián)，與設(shè)備的使用方式、維修水平、維護(hù)準(zhǔn)備充足性也有一定聯(lián)系。

2 數(shù)控機(jī)床可靠性的影響因素

數(shù)控機(jī)床的可靠性并不是根據(jù)相關(guān)參數(shù)的運(yùn)算推理得出的，而是產(chǎn)品本身所固有的特性，即便數(shù)控機(jī)床的可靠性可以通過(guò)零部件以及元器件的故障率參數(shù)加以評(píng)定，但是所得出的結(jié)論并不一定與數(shù)控機(jī)床真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)相符，其中存在著設(shè)計(jì)與實(shí)際制造的差距，在數(shù)控機(jī)床零部件制造以及裝配過(guò)程中避免不了會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，此時(shí)數(shù)控加工設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)參數(shù)不再準(zhǔn)確。此外，對(duì)于數(shù)控機(jī)床零部件以及元器件的故障率數(shù)據(jù)庫(kù)也存在著數(shù)據(jù)不足的缺陷，以現(xiàn)有的技術(shù)水平還不能夠制造出與可靠性設(shè)計(jì)的理論水平一致的產(chǎn)品。影響數(shù)控機(jī)床可靠性的因素可以歸結(jié)為數(shù)控機(jī)床的規(guī)定使用條件、數(shù)控機(jī)床規(guī)定使用時(shí)間，數(shù)控機(jī)床規(guī)定使用功能，數(shù)控機(jī)床各個(gè)組成部分的參數(shù)影響等等。

3 提升數(shù)控機(jī)床可靠性的途徑

3.1 正確體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的使用價(jià)值

一件產(chǎn)品只有合理的加以利用才能夠真正的發(fā)揮效能，數(shù)控加工設(shè)備亦是如此，只有在使用，安裝過(guò)程中依照相關(guān)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)才能夠維持其穩(wěn)定性，數(shù)控機(jī)床可靠性的價(jià)值才能夠得以體現(xiàn)。不正確的參數(shù)設(shè)置、不完善的邏輯控制程序均能夠影響數(shù)控機(jī)床的使用性能，進(jìn)而能夠影響數(shù)控機(jī)床的可靠性，因此正確合理的運(yùn)用數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)，并考慮到數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)與參數(shù)之間的關(guān)系是提升數(shù)控機(jī)床可靠性的基本條件。

3.2 注重?cái)?shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)和零部件的質(zhì)量性

數(shù)控機(jī)床的可靠性與PLC 控制的自動(dòng)化程度、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、配套功能部件、電氣元件、檢測(cè)元件的質(zhì)量性具有密切的聯(lián)系。選擇功能全面，穩(wěn)定性較高的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)是保證數(shù)控機(jī)床可靠性的基礎(chǔ)，目前市面上主流應(yīng)用的PLC 控制系統(tǒng)包括FANUC 系統(tǒng)、西門(mén)子系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均由國(guó)外廠商設(shè)計(jì)完成，其控制功能較為完備，且自身的可維護(hù)性也較高。

3.3 重視數(shù)控機(jī)床維修信息

作為數(shù)控機(jī)床的使用者，應(yīng)該及時(shí)將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)反應(yīng)到數(shù)控機(jī)床的制造廠商，方便于產(chǎn)品設(shè)計(jì)單位對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)收集，進(jìn)而也為數(shù)控機(jī)床的更新改造提供一定的數(shù)據(jù)支持。如數(shù)控機(jī)床每次出現(xiàn)故障，其中不僅包括外界環(huán)境的影響以及人為因素，也存在著產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)問(wèn)題。因此，只有將數(shù)控機(jī)床的維修信息以及運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)得以反饋，才能夠促使數(shù)控機(jī)床的功能更為完善，這也是提升數(shù)控機(jī)床可靠性的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

綜上，隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展以及研究的不斷深入。對(duì)于數(shù)控機(jī)床可靠性的理論研究將會(huì)更為透徹，其涉及的范圍也將會(huì)更為廣泛。本文主要從數(shù)控機(jī)床的使用方面針對(duì)如何提高數(shù)控機(jī)床的可靠性提出了幾點(diǎn)可行性方案，另外提升數(shù)控機(jī)床的可靠性也應(yīng)該包括建立完善的數(shù)控機(jī)床維修檔案. 對(duì)數(shù)控機(jī)床故障頻次和維修過(guò)程進(jìn)行分析，實(shí)行預(yù)防性與預(yù)測(cè)性維修等等， 進(jìn)而提高數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF，提高有效度，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的價(jià)值性，提高生產(chǎn)加工的效率。

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