數(shù)控機床可靠性設(shè)計工作流分析

王智超劉曉瓊

(1.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300；2.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300)

數(shù)控機床可靠性設(shè)計工作流分析

王智超1劉曉瓊2

(1.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300；2.黑河市熱電廠，黑龍江 黑河 164300)

高速精密的數(shù)控機床隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，需求量越來越高，現(xiàn)階段對數(shù)控機床的可靠性認定工作研究成為一個熱點。本文通過介紹可靠性設(shè)計的重要性和工作流程，概括總結(jié)了認定數(shù)控機床可靠性工作過程中要考慮的因素，按照順序性對該工作劃分了層次，為數(shù)控機床的生產(chǎn)可能出現(xiàn)的故障做好預(yù)防和排除指導(dǎo)。

數(shù)控機床；可靠性；工作流；順序性

高速精密的數(shù)控機床隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，需求量越來越高，但這一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)出速率低、價格昂貴、檢測要求高，很難像普通的商品那樣僅僅通過抽樣檢測就可以認定其可靠性?，F(xiàn)階段對數(shù)控機床可靠性認定工作的研究成為一個熱點。

可靠性工作流分析是可靠性認定工作的一種分析方法，能夠給設(shè)計和生產(chǎn)數(shù)控機床提供指導(dǎo)和方法支持，在設(shè)計方案優(yōu)化、設(shè)計質(zhì)量控制和產(chǎn)品可靠性檢驗方面提供重要依據(jù)。所以可靠性設(shè)計工作流分析方法在數(shù)控機床檢驗可靠性的工作中得到了大量運用。本文詳細介紹該方法的具體細節(jié)。

1 數(shù)控機床可靠性檢驗的基本環(huán)節(jié)

可靠性是指產(chǎn)品在給定的條件下和給定的時間區(qū)間內(nèi)完成要求的功能的能力[1]。數(shù)控機床的可靠性檢驗工作包括檢驗各個零部件和整體性能，零部件通常是螺栓、液壓閥、電子元件等，有時僅僅是一個小零件，也可以是整個數(shù)控機床。可靠性檢驗在給定條件下進行，包括給定的使用條件、給定的環(huán)境條件和給定的時間區(qū)間。使用條件如動力和載荷條件以及操作工人的技術(shù)水平等，環(huán)境條件如氣壓、溫度、濕度、鹽霧、腐蝕、沖擊、振動和噪聲等。時間區(qū)間一般是指機床運行時間和回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)數(shù)以及部分機械裝置的運作次數(shù)等。

可靠性工程是一種盡可能改進和管控偶然事故并能預(yù)測防范必然事故的一種工程技術(shù)，它以在一定的條件和壽命下，確保和提高產(chǎn)品可靠性為目標[2]?？煽啃詸z驗工程的流程如下。

1.1 可靠性設(shè)計

可靠性設(shè)計是在可靠性工程開啟伊始，考慮本工程項目可靠性的不獨立于工程設(shè)計之外的方案。對于數(shù)控機床而言，就是對機床的性能、維修性以及費用等全方面因素綜合考慮，平衡各因素之間的關(guān)系，得到最優(yōu)的設(shè)計方案。因此，可靠性設(shè)計是可靠性檢驗工程的第一步。

1.2 制造和裝配過程的可靠性

數(shù)控機床在制造和裝配過程時，固有的可靠性差不多已基本確定，因為制造和裝配機床的過程就是實現(xiàn)項目伊始可靠性設(shè)計方案的過程。因此，制造和裝備數(shù)控機床是保障可靠性實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3 可靠性檢驗

可靠性設(shè)計方案的有效還是有缺陷，需要通過檢驗才能判定。常見的可靠性檢驗方法有兩種，分別是增長性檢驗和驗證性檢驗。

1.4 可靠性分析

可靠性檢驗完畢，通常會驗出一些數(shù)據(jù)信息，需要對這些數(shù)據(jù)進行分析，其實，可靠性分析貫穿于整個可靠性工程的流程中，包括設(shè)計、制造裝備和使用。通常分為兩大類：物理分析和統(tǒng)計分析。

可靠性物理分析通常指故障原理分析。對故障原理的分析可能比較復(fù)雜，先從故障發(fā)生的結(jié)果來看，比如物理的或者化學(xué)的影響，然后大致判斷故障發(fā)生的微觀位置，最后對故障進行清理和排除處理?？煽啃越y(tǒng)計分析一般是對檢驗出來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計合計分析，根據(jù)檢驗的結(jié)果評定數(shù)控機床的生產(chǎn)可靠性指標。

1.5 可靠性管理

可靠性管理的目的是為了使機床的使用壽命周期費用達到最低，需要對機床的各項可靠性技術(shù)工作以及研發(fā)人員進行指揮、監(jiān)控與協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)預(yù)期可靠性指標。

2 可靠性設(shè)計環(huán)節(jié)的重要性

時代的不斷進步，積累了很多可靠性工作的經(jīng)驗，所有的這些經(jīng)驗都證明了可靠性設(shè)計和分析系統(tǒng)對產(chǎn)品的可靠性水平有著不可磨滅的影響[3]?？煽啃怨ぷ髟O(shè)計環(huán)節(jié)的重要性體現(xiàn)在下面兩個方面：

2.1 可靠性的設(shè)計方案對整個生產(chǎn)起著決定性作用。制造和裝配后基本實現(xiàn)了設(shè)計過程的固有可靠性，再到使用和維護過程也改變不了其固有可靠性了。因此，設(shè)計階段對這個可靠性工程的成敗起著生死有關(guān)的影響，如果在設(shè)計環(huán)節(jié)沒有重視機床的可靠性，那么后來的階段無論如何也是彌補不了。

2.2 設(shè)計階段盡可能地考慮周全，采用提高可靠性的措施比任何一個階段效用都高。數(shù)控機床的生產(chǎn)競爭不斷增大，客戶對機床的生產(chǎn)周期和質(zhì)量要求也會越來越高。在設(shè)計階段作好部署和全面考慮提高措施，就節(jié)省了返工時間和成本以及高的次品率，將是最有利于企業(yè)競爭成功的。據(jù)美國Northrop Grumman公司估計，在設(shè)計階段每投入1美元用來提高產(chǎn)品的可靠性和維修性，可在使用階段中節(jié)約30美元的維修保養(yǎng)費用[4]。所以，盡一切可能把缺憾消除在襁褓之中。

3 可靠性設(shè)計環(huán)節(jié)的工作建立

數(shù)控機床的可靠性設(shè)計環(huán)節(jié)可分為四步工作，分別如下。

3.1 設(shè)計準備工作

拿到任務(wù)書后，先進行分析，再研究市場需求，檢索相關(guān)書籍或者網(wǎng)絡(luò)資料，系統(tǒng)學(xué)習相關(guān)知識，寫出需求報告，博采眾長、詳細分析設(shè)計要達到什么樣的目標。

3.2 方案設(shè)計工作

準備工作做好后，就要進入方案設(shè)計階段了，需要從原理展現(xiàn)、技術(shù)參數(shù)、系統(tǒng)總布局、技術(shù)評價、技術(shù)可行性等方面撰寫方案。原理展現(xiàn)要展現(xiàn)出機床的運動原理，包括運動要求、運動分配、運動聯(lián)系和實現(xiàn)運動的方式。系統(tǒng)總布局既要考慮內(nèi)部因素也要考慮外部因素，內(nèi)部因素可能關(guān)系到工件、刀具間的相互作用以及位置擺放和工件形狀、質(zhì)量問題，外部因素則主要是人—機關(guān)系，人對機器的操作和管理維修等。

性能參數(shù)是通過計算或者前人研究的經(jīng)驗得出，這一因素能夠影響機床的整體性能，因此要慎重，確保設(shè)計方案最優(yōu)。

3.3 技術(shù)設(shè)計工作

技術(shù)設(shè)計工作階段要完成數(shù)控機床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。首先繪制出機床的總體尺寸關(guān)系圖，確定下來內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分的尺寸比例，以防生產(chǎn)時出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致制造和轉(zhuǎn)配錯誤。針對圖紙，估算成品所需要的經(jīng)費，并作技術(shù)經(jīng)濟分析。交由專家審核確認，不合理之處反復(fù)修改，按照最終評審?fù)ㄟ^的方案，組織有經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員進行總裝配圖和部件結(jié)構(gòu)圖的繪制，詳細描繪出主要零部件結(jié)構(gòu)，例如，床身、立柱、橫梁、主軸箱等。在電腦上使用相關(guān)軟件對設(shè)計圖進行計算和模擬仿真分析，對數(shù)控機床設(shè)計方案的主要工件和整體結(jié)構(gòu)進行動靜態(tài)性能分析，查出優(yōu)缺點，提出改進方案。修改后再次進行終審評核，直至通過評核，正式繪制技術(shù)設(shè)計圖紙，詳細標明零件和裝配位置。

3.4 工作圖設(shè)計工作

根據(jù)技術(shù)設(shè)計圖的零件圖和裝配圖，定出每個零件的尺寸，在適當位置詳細標出，計算出公差配合和形位誤差。依據(jù)技術(shù)設(shè)計圖中的裝配位置和總結(jié)構(gòu)對每張圖進行審核校對。確保尺寸上和零件型號上的準確性和是否有遺漏，經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員審查確認零件的工藝性是否便于制造和裝配后，選擇零部件的尺寸基準，公差的精度等級，材料的選擇，熱處理的要求等是否合理。最后編寫各類零件明細表、外購件明細表和使用說明書等技術(shù)文件。

4 總結(jié)

數(shù)控機床在制造業(yè)中的重要地位不容忽視，對其可靠性的研究經(jīng)驗提醒我們：產(chǎn)品的可靠性要想提高，必須在基礎(chǔ)階段做好防備工作和設(shè)計方案，充分發(fā)揮可靠性工作流設(shè)計工作在可靠性設(shè)計中的指導(dǎo)性和重要性。本文通過介紹可靠性設(shè)計的重要性和工作流程，概括總結(jié)了認定數(shù)控機床可靠性工作過程中要考慮的因素，按照順序性對該工作劃分了層次，為數(shù)控機床生產(chǎn)可能出現(xiàn)的故障做好預(yù)防和排除指導(dǎo)。

[1]全國電工術(shù)語標準化技術(shù)委員會.GB/T2900.13-2008電工術(shù)語可信性與服務(wù)質(zhì)量[S].北京:中國標準出版社,2008.

[2]周正伐.可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京:中國宇航出版社, 2009，18-19.

[3]曾聲奎.可靠性設(shè)計與分析[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2011，1-2.

[4]李長娜.基于CompactPCI總線加固機的設(shè)計與實現(xiàn)[D].天津:天津大學(xué)電氣工程專業(yè),2003.

王智超（1986.10—）男，漢族，本科學(xué)歷，畢業(yè)于長春工程學(xué)院機械電子工程專業(yè),現(xiàn)從事機械維護及管理工作。

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