1、徐州建筑學院繼續教育學院道路橋梁工程技術專業專科畢業論文數控機床可靠性研究學生姓名：學 號：指導教師：專 業：年 級： 教 學 點：江蘇省交通技師學院二0一二年五月目 錄1 緒論42 數控機床應用及可靠性現狀分析42.1 數控機床的應用52.2 國產數控機床可靠性分析63 提高國產數控機床可靠性的對策研究73.1 正確理解可靠性的價值73.2 從設計的源頭把握可靠性73.3 重視現場故障數據的采集與分析83.4 持續改進，實現可靠性增長84 總結9致謝10參考文獻1111摘要：數控機床已成為制造業和經濟建設的基礎裝備。通過數據分析國產數控機床可靠性現狀，剖析了國產數控機床可靠性偏低的原因，指出

2、了系統可靠性設計、零部件選型、制造與裝配工藝、機床使用與維護等是影響機床可靠性的主要因素。企業應在戰略上重視可靠性，從設計源頭上把握產品的可靠性，并注重故障數據的統計分析，這樣才能實現數控機床的可靠性增長。本文從我國數控機床可靠性的現狀出發，提出了提高我國數控機床的可靠性的對策，希望本文的研究對我國數控機床的發展提供幫助。關鍵詞：數控機床，可靠性，分析，對策Abstract: CNC machine tools has become a manufacturing and economic foundation for building equipment. Data analysis, th

3、e status of domestic CNC machine tool reliability, analyze the reason for the low domestic CNC machine tools reliability, system reliability design, component selection, manufacturing and assembly process, machine use and maintenance, etc. of the machine tool reliability the main factor. Reliability

4、, enterprises should attach importance to the strategic grasp the reliability of the product from the design source, and focus on the statistical analysis of failure data, which can achieve the reliability of the growth in numerical control machine tools. Departure from the status quo of Chinas CNC

5、machine tool reliability, reliable countermeasures to enhance Chinas CNC machine tools, and hope that this study is to assist the development of CNC machine tools in China.Keywords: CNC machine tools, reliability, analysis, strategy1 緒論在經濟全球化背景下，產品結構和功能日趨復雜，顧客對產品性能和質量的要求不斷提高，市場需求趨于多品種、小批量。數控機床具有加工精度

6、高、加工質量穩定、柔性好和適合于復雜產品制造等特點。滿足了現代制造業的加工需求。數控機床的研發及其應用水平已成為衡量一個地區乃至一個國家綜合實力的重要標志。2006年，國務院頒布國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要，其中將數控機床作為振興裝備制造業的重點工作之一。國務院在中要求：發展大型、精密、高速數控裝備和數控系統及功能部件，改變大型、高精度數控機床大部分依賴進口的現狀，并提出，到2010年，國產數控機床中經濟型數控機床要占50市場份額、普及型數控機床占45、高級型數控機床占5，其中，高速、高精度數控銑鏜床是機床工業“十一五”的發展重點之一。數控機床的可靠性研究具有特殊性，既不同于純電子產

7、品也不同于純機械產品，數控機床可靠性的研究要有大批有效的試驗數據和先進的數據處理與管理手段，經過多年的生產實踐和可靠性試驗，我們積累了大量寶貴的試驗數據，但如何對其進行妥善的處理與保存，如何從大量的數據中進行分類統計和查詢，所有這些繁瑣工作單憑人力是無法達到實際要求的。所以為了更好地評價與提高數控機床現有可靠性水平，迫切需要研究、建立一套數控機床可靠性信息管理系統，充分發揮計算機高速、準確的運算功能和數據庫系統極強的管理功能，為將來全行業乃至更大范圍內的信息交換打下堅實的基礎。2 數控機床應用及可靠性現狀分析數控機床是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物， 是技術密集度

8、及自動化程度很高的典型機電一體化加工設備。它與普通機床相比，其優越性是顯而易見的，不僅零件加工精度高，產品質量穩定，且自動化程度極高，可減輕工人的體力勞動強度，大大提高了生產效率，特別值得一提的是數控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜曲面的零件加工，因而數控機床在機械制造業中的地位愈來愈顯得重要。數控機床體現了當前世界機床技術進步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產和計算機集成制造技術中起著重要的基礎核心作用。因此，如何更好的使用數控機床是一個很重要的問題。2.1 數控機床的應用影響數控機床的應用水平的因素很多，如操作人員的綜合素質，是否按正確的操作規程使用，使用環

9、境如何，機床的開動率的高低，對待機床故障的態度等，下面就具體談一下使用和維護數控機床時的注意事項：1、數控機床使用中應注意的事項使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：（1）機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業知識的專業人員或經過技術培訓的應人員，且必須按安全操作規程及安全操作規定操作機床。（2）非專業人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經關掉了機床總電源開關。只有專業維修人員才允許打開電柜理門，進行通電檢修。（3）除一些供用戶使用并可以改動的參數外，其它系統參數、主軸參數、伺服參數等。用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設備

10、，工件，人身等傷害。（4）修改參數后，進行第一次加工時，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住，單程序段等方式進行試運行，確認機床正常后再使用機床。（5）機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設計的。不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者。（6）建議機床連續運行最多24小時，如果連續運行時間太長會影響電氣系統和部分機械器件的壽命，從而會影響機床的精度。(7) 機床全部連接器，接頭等，不允許帶電拔插操作，否則將引起嚴重的后果。2、數控機床正常使用時的維護措施數控系統是數控機床的核心部件，因此，數控機床的維護主要是數控系統的維護。數控系統經過一段較長時間的使用，電子元

11、器件性能要老化甚至損壞，有些機械部件更是如此。為了盡量地延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發生，就必須對敷控系統進行日常的維護。概括起來，應注意下幾個方面。（1）制訂數控系統日常維護的規章制度。根據各種部件特點。確定各自保養條例。如明文規定哪些地方需要天天清理哪些部件要定期檢查或更換。（2）應盡量少開數控柜和強電柜的門。因為在機加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉。一旦它們落在數控系統內的印制線路或電器件上。容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。有的用戶在夏天為了使數控系統超負荷長期工作，打開數控柜的門來散熱，這是種絕不可取的方

12、法，最終會導致數控系統的加速損壞。正確的方法是降低數控系統的外部環境溫度。因此，應該有一種嚴格的規定，除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時敞開柜門。（3）定時清掃數控柜的散熱通風系統。應每天檢查數控系統柜上各個冷卻風扇工作是否正常，應視工作環境狀況，每半年或每季度檢查一次風道過濾器是否有堵塞現象。如果過濾網上灰塵積聚過多，需及時清理，否則將會引起數控系統柜內溫度高(一般不允許超過55)，造成過熱報警或數控系統工作不司靠。2.2 國產數控機床可靠性分析可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力，它是產品質量在時間尺度上的描述。對機床制造企業而言，可靠性

13、低意味著產品的故障率高、壽命短、售后服務和維修成本高。對機床用戶而言，低可靠性意味著機床故障停機頻繁、加工質量不穩定，不僅影響企業的正常生產，甚至會造成災難性的事故。若缺乏必要可靠性保證，任何先進的加工性能將失去意義，機床產品及相關制造企業也將失去競爭力。目前可靠性已成為產品技術指標的重要組成部分，平均無故障工作時間(Mean Time BetweenFailures，MTBF)等已成為機床產品必須提供的基礎數據。對生產現場的跟蹤考核表明，目前國產數控機床的MTBF在500h-600h之間，進口加工中心及數控銑床的MTBF在800h-1000h之間。另據一些廠商提供的數據，國外數控機床產品的M

14、TBF已達到5 000h，數控系統的MTBF甚至達到80 000hL4|。因此，與世界先進水平相比，國產數控機床的可靠性總體水平仍然偏低。近年來，我國機床工業得到長足發展，成為數控機床制造大國。2007年，數控金屬切削機床年產量達到123萬臺，產量躍居世界首位。目前國產數控機床已能滿足多數用戶的要求，在價格和售后服務等方面也具有優勢。但是，與世界先進水平相比，國產數控機床在性能、精度尤其是可靠性方面仍存在明顯的差距，因而導致進口數控機床數量增加、高端數控機床的市場占有率偏低。3 提高國產數控機床可靠性的對策研究3.1 正確理解可靠性的價值產品可靠性水平的提高要有一定的技術和經濟投入。那么能否據

15、此得出結論，提高產品可靠性在經濟上得不償失?實際上，對數控機床等制造裝備而言，產品全生命周期費用包括購置費用和維護費用兩部分。隨著設備可靠性(R)的提高，購置費用將增加，但維護費用將減少；反之，低劣的可靠性雖然有利于減少購置費用，但由于設備故障停機頻繁，維護費用以及因停機造成的停機損失、機會損失等將急劇增加，使得全生命周期費用居高不下。因此，在產品研發和設備選型時，應確定合理的可靠性水平(R)，以實現設備全生命周期費用最小(C)，在市場競爭日趨激烈的今天，高可靠性已成為數控機床產品開拓市場的利器，高可靠性的產品有利于增強企業的市場競爭力。日本、德國以及瑞士等國的制造企業因重視質量和可靠性，產品

16、暢銷全球市場。3.2 從設計的源頭把握可靠性產品的固有可靠性(inherent reliability)是由設計決定并通過制造實現的。從提高產品可靠性的角度看，數控機床設計應遵循以下原則：1、簡化系統結構，減少零部件數量。從故障維修的角度看，任何一個單元的故障都將導致系統的故障、停機和維修。系統基本可靠性模型將各組成單元之間界定為串聯關系，研究系統在規定條件下無故障工作的持續時間或概率。此外，隨著零部件數量的增多，系統設計、制造、裝配和維護變得復雜，發生沖突、干涉和參數不匹配等現象的概率增大，也會降低系統可靠性。從提高機床可靠性的角度看，應簡化系統結構、減少零件數量。例如：以封裝的集成電路代替

17、分離器件；在高速數控機床中，由內置式電機直接驅動機床主軸，取消皮帶或齒輪等傳動鏈，不僅能減小傳動誤差，提高加工精度，也有利于提高機床的可靠性。2、尋找薄弱環節，提高零部件的可靠性。零部件是系統結構和功能的基本單元。在任何時刻，系統可靠度都不高于系統中可靠度最小的單元的可靠度。改善薄弱單元可靠度的基本途徑包括：優化結構設計；選擇合適的材料；改進制造工藝；強化質量檢驗和檢測，通過老化和加速應力篩選等淘汰存在質量隱患的零件；加強外購件的質量控制。選擇具有良好信譽和質量資質的供應商。3、重視可靠性設計方法的應用。產品性能、可靠性和全生命周期成本主要由設計階段決定。在產品研發的早期，應充分了解產品的工作

18、要求、載荷特征和使用環境，確定合理的可靠性，不斷尋找產品的薄弱環節，有針對性地加以改進和優化。可靠性預計與分配、失效模式影響及危害度分析、故障樹分析零件可靠性設計等都是常用的可靠性設計方法。3.3 重視現場故障數據的采集與分析由于研發周期短、試驗成本高等原因，機床研發時企業通常難以獲得足夠的可靠性數據。對出廠產品進行質量跟蹤、從生產現場采集故障數據，通過對樣本數據的分析，尋找可靠性薄弱環節，成為機床可靠性評估與改進的重要數據源。根據現場數據，可以得到機床可靠性指標。3.4 持續改進，實現可靠性增長數控機床的可靠性受多種因素的共同影響。高可靠性的實現決不是一蹴而就的事情。只有不斷地尋找可靠性薄弱

19、環節，持續地消除產品設計或制造中的缺陷，才是提高產品可靠性的惟一途徑，上述過程稱為可靠性增長。在產品研發初期，由于結構設計不合理、材料選擇不合適、制造工藝不成熟、操作方式不正確以及管理維護不及時等原因，致使產品缺陷多、故障頻繁、可靠度偏低。可靠性增長就是通過“試驗-分析糾正-再試驗-再分析-再糾正”的循環過程，不斷暴露產品在設計、制造工藝以及使用維護等方面的缺陷，并加以改進，使產品可靠性不斷提高。 可靠性增長是反復進行的循環過程，其中發現故障源是實現可靠性增長的關鍵和前提。發現故障源的途徑包括數值計算、仿真分析、故障推理、產品歷史數據、類似產品的經驗數據、性能試驗、環境試驗、壽命試驗、現場跟蹤

20、數據等。在發現故障源后，需要將所暴露的缺陷反饋給設計人員，以便制定改進措施，完成產品改進，并通過測試驗證改進措施的有效性，直至產品達到可靠性設計目標。值得指出的是，應正確理解可靠性增長，主要注意以下幾點：(1)可靠性試驗本身并不能提高產品的可靠性。它只能用來暴露產品缺陷或得到產品性能數據。(2)簡單地修理或更換零部件無法消除產品的薄弱環節，不能實現可靠性增長。(3)可靠性增長是不斷改進的過程，只有通過改進，才能達到可靠性增長的目的。(4)改進措施是用來消除薄弱環節的，但改進措施本身也可能會引入新的薄弱環節，因此對改進措施本身也要進行試驗驗證。4 總結可靠性學科始于第二次世界大戰期間。經過幾十年的發展，已形成了較為成熟的可靠性理論及方法體系，并在航空、航天、核電、軍