數(shù)控組合機床機械設(shè)計制造論文

1、數(shù)控組合機床機械設(shè)計制造論文目錄第一章 緒 論11.1 課題背景11.2數(shù)控組合機床發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2國內(nèi)外數(shù)控組合機床可靠性研究情況21.3課題研究目的和意義31.4本課題主要研究內(nèi)容51.4.1研究對象51.4.2主要研究內(nèi)容5第二章 數(shù)控組合機床故障模型72.1數(shù)控組合機床故障模型結(jié)構(gòu)72.1.1樣本抽取72.1.2故障采集72.1.3 故障模型92.2數(shù)控組合機床依據(jù)故障模型的可靠性評價92.2.1多故障數(shù)據(jù)模型的可靠性評價102.2.2單故障數(shù)據(jù)模型和無故障數(shù)據(jù)模型的可靠性評價202.3本章小結(jié)35第三章 數(shù)控組合機床故障分析373.1 數(shù)控組合機床故障部位、模

2、式、原因分析373.1.1數(shù)控組合機床故障部位373.1.2數(shù)控組合機床整機故障分析383.1.3數(shù)控組合機床故障模式、影響及危害度分析413.2數(shù)控組合機床主軸早期可靠性控制圖分析433.2.1 控制圖的建立433.2.2 控制圖的分析463.3本章小結(jié)50第四章 數(shù)控組合機床可靠性管理514.1數(shù)控組合機床可靠性設(shè)計管理514.1.1 數(shù)控組合機床可靠性設(shè)計準(zhǔn)則514.1.2 數(shù)控組合機床可靠性設(shè)計檢查514.1.3 數(shù)控組合機床可靠性改進(jìn)設(shè)計524.2 數(shù)控組合機床早期故障試驗544.2.1 數(shù)控組合機床早期故障試驗規(guī)范544.2.2 數(shù)控組合機床主軸步進(jìn)應(yīng)力加速壽命模型584.3關(guān)鍵工

3、序和裝配過程可靠性保障體系654.4 關(guān)鍵配套件、外購件的可靠性保障體系664.5 本章小結(jié)68第五章 數(shù)控組合機床可靠性模糊綜合評價705.1 數(shù)控組合機床可靠性模糊評價705.1.1建立可靠性評價因素集705.1.2建立可靠性評價集715.1.3 可靠性模糊評價725.1.4 建立可靠性評價權(quán)重集735.1.5 數(shù)控組合機床可靠性綜合評價數(shù)學(xué)模型745.2 數(shù)控組合機床工作節(jié)拍模糊綜合評價755.3 數(shù)控組合機床主軸最高轉(zhuǎn)速浮動值多級模糊綜合評價775.4 本章小結(jié)88參 考 文 獻(xiàn)90致 謝97第一章 緒 論1.1 課題背景數(shù)控組合機床是數(shù)控裝備重要品種之一。近幾年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，國產(chǎn)數(shù)控

4、裝備和數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)市場占有率很低，國外品牌依舊控制著70%的市場份額，特別是外國品牌的高檔數(shù)控裝備依然占絕對統(tǒng)治地位 1 23，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的重要原因之一是國產(chǎn)數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)的可靠性低，故障率高4。隨著社會需求的不斷增加，中國制造業(yè)面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)，數(shù)控組合機床的需求量將不斷提高，而這方面的可靠性研究在國內(nèi)外尚無詳細(xì)的可參考資料。因此，要想提高我國數(shù)控組合機床的競爭力，就必須提高數(shù)控組合機床的可靠性。作者在實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)控組合機床及其生產(chǎn)線可靠性低，平均故障間隔時間與國外同類產(chǎn)品相比差距較大。由此可見可靠性不但是數(shù)控組合機床發(fā)展的“瓶頸”，而且是整個數(shù)控裝備行業(yè)乃至制造業(yè)發(fā)展

5、的重大共性和關(guān)鍵技術(shù)。其提高的途徑有兩條：一條是積極開展此方面的可靠性關(guān)鍵技術(shù)的研究工作；另一方面是加強可靠性管理技術(shù)的研究，以縮短設(shè)備可靠性提高的周期。所以如何迅速提升數(shù)控組合機床的可靠性是一個重大研究課題，而提高可靠性管理技術(shù)的研究對于單樣本數(shù)控組合機床具有現(xiàn)實意義。1.2數(shù)控組合機床發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1發(fā)展現(xiàn)狀 建國初期，在優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)方針指導(dǎo)下，機床制造業(yè)得到迅速發(fā)展。我國第一臺組合機床和第一條自動生產(chǎn)線于1956年在大連機床集團公司（大連機床廠）問世。而在產(chǎn)品加工中，大批量生產(chǎn)的零件并不多，單件與小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工市場總量的80%15，但是組合機床及其自動生產(chǎn)線卻得到快速發(fā)

6、展，僅大連機床集團公司為汽車等行業(yè)生產(chǎn)的自動線就達(dá)360多條。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在由于汽車制造水平不斷提高，汽車行業(yè)不但需要大批普通數(shù)控機床、加工中心，還急需精密的專用機床，特別是精密的專用數(shù)控組合機床。而精密專用數(shù)控組合機床因需求品種多、批量一般是單件生產(chǎn)、技術(shù)要求高、開發(fā)難度大，因此被不少機床企業(yè)所放棄，使汽車行業(yè)叫苦不迭，例如曲軸孔、鏜缸孔、加工缸體止口以及缸蓋閥座導(dǎo)管等汽車關(guān)鍵部件加工使用的精密專用數(shù)控組合機床，市場嚴(yán)重短缺?，F(xiàn)在機床產(chǎn)值數(shù)控化率和國產(chǎn)機床產(chǎn)值逐年提高4 ，各機床廠在生產(chǎn)數(shù)控機床的同時，投入科技力量采取攻關(guān)和技術(shù)聯(lián)合等方法加大專用數(shù)控組合機床的開發(fā)力度。如大連機床集團公司

7、與美國一家組合機床廠進(jìn)行技術(shù)聯(lián)合，生產(chǎn)數(shù)控組合機床及生產(chǎn)線；第一汽車集團公司數(shù)控裝備有限公司與韓國一家數(shù)控機床廠進(jìn)行技術(shù)合作，生產(chǎn)數(shù)控組合自動生產(chǎn)線。 隨著制造業(yè)市場開放性和經(jīng)濟全球化趨勢的不斷加強，數(shù)控組合機床的競爭將日趨激烈，產(chǎn)品的開發(fā)時間（time）、質(zhì)量（quality）、成本（cost）、創(chuàng)新能力（creation）和服務(wù)（service）將是決定產(chǎn)品競爭力的重要指標(biāo)。顧客在追求高質(zhì)量、高可靠性產(chǎn)品的同時，價格低廉和交貨期短也是他們追求的目標(biāo)。這就要求每個企業(yè)應(yīng)通過提高自身的科技含量，采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)、方法和手段，加快設(shè)計速度，提高設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性，增強競爭力?，F(xiàn)在數(shù)控組合機

8、床及生產(chǎn)線各個工序的加工機床大多采用數(shù)控加工單元和數(shù)控機床，控制系統(tǒng)多采用計算機控制。隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，“精密性、高效性、柔性、可靠性、綜合性、成套性”是數(shù)控組合機床必然的發(fā)展方向15。1.2.2國內(nèi)外數(shù)控組合機床可靠性研究情況可靠性技術(shù)源于軍工產(chǎn)業(yè)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家在六、七十年代開始在民用工業(yè)中普及可靠性技術(shù)。八十年代后，可靠性技術(shù)進(jìn)入了國際化發(fā)展時代。而機床可靠性技術(shù)是在70年代發(fā)源于前蘇聯(lián)。當(dāng)時蘇聯(lián)機床研究的權(quán)威機構(gòu)“金屬切削機床科學(xué)試驗研究院”的一些國際著名機床學(xué)者，轉(zhuǎn)入機床可靠性的專門研究19，建立了機床可靠性技術(shù)的一些基本理論，開辟了機床

9、領(lǐng)域可靠性研究的途徑。但是直至今天在數(shù)控組合機床可靠性研究方面很少能查到詳細(xì)的研究資料。國內(nèi)外在可靠性產(chǎn)品開發(fā)方面、統(tǒng)計技術(shù)應(yīng)用方面、可靠性質(zhì)量管理方面、產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量方面、可靠性實驗、可靠性增長及可靠性理論的應(yīng)用等等取得了很大成績；而在數(shù)控機床和專用數(shù)控 組合機床方面可靠性文獻(xiàn)比較少，只是查閱到一些實驗方法在某些電子專用設(shè)備的應(yīng)用情況。 本文針對我國數(shù)控組合機床企業(yè)的實際情況，進(jìn)行數(shù)控組合機床可靠性理論及其應(yīng)用的研究，提出一套適用于數(shù)控組合機床企業(yè)的可靠性設(shè)計和故障分析理論。1.3課題研究目的和意義本論文研究是攻關(guān)課題的一部分，本課題研究的目的是提升數(shù)控組合機床的平均故障間隔時間mtbf（me

10、an time between failures），增強市場競爭力。數(shù)控組合機床是集精密機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控組合機床質(zhì)量的好壞直接影響到代表國家裝備能力和知識水平的集成化、成套裝備的水平，影響相關(guān)制造業(yè)（汽車行業(yè)、內(nèi)燃機工業(yè)、農(nóng)機工業(yè)、工程機械、通用機械、輕工機械、發(fā)電設(shè)備、內(nèi)燃機車等行業(yè)）的發(fā)展，因此，它是體現(xiàn)國家綜合國力、制造業(yè)和工業(yè)化水平的重要標(biāo)志5 6。本論文研究的數(shù)控組合機床是指專用組合計算機數(shù)控機床及其生產(chǎn)線，是專用機床的一種，它以標(biāo)準(zhǔn)化部件為基礎(chǔ)，

11、配以少量的專用部件組成。一般情況下數(shù)控組合機床有多個加工工位，每個工位的加工工作由數(shù)控加工單元、數(shù)控機床或?qū)Ｓ脵C床執(zhí)行，完成“專職”的加工任務(wù)，在控制裝置、檢測裝置和傳輸裝置的共同作用下完成整個工件的加工。專用機床是一種專門適用于特定零件（汽車變速箱體、離合器殼體、發(fā)動機缸體發(fā)動機缸套、汽缸蓋、主軸承蓋、凸輪輪軸軸承蓋等）和特定工序加工的機床，它往往是組成自動生產(chǎn)線的現(xiàn)代制造系統(tǒng)中不可缺少的機床品種。由于專用機床是一種“量體裁衣”的產(chǎn)品，它具有高效和自動化的優(yōu)點，是大批量生產(chǎn)企業(yè)的首選裝備。隨著制造業(yè)水平的不斷提升，微電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)日新月異的發(fā)展，專用機床的數(shù)控化腳步越來越快，在整個機床產(chǎn)

12、業(yè)中專用數(shù)控機床占有一定的比重，日本2001年專用機床產(chǎn)值占機床總產(chǎn)值的8.8%；我國臺灣省6.9%；我國僅為0.67%7 8。由此可見在現(xiàn)代社會需求層次不斷提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整中，專用機床的發(fā)展是值得制造企業(yè)注意的問題。專用數(shù)控組合機床制造與普通機床相比有兩個鮮明的特征：1)是集成性高，它要解決好涉及較寬技術(shù)領(lǐng)域可能遇到的每一個問題，而不是單單解決一個加工工藝、機床夾具、工具（輔助工具）開發(fā)設(shè)計與選擇、成品檢驗測量和物流輸送、切屑和冷卻液的防護(hù)與處理等單獨問題；2)專用數(shù)控組合機床的用戶往往要求交鑰匙工程，需要單臺生產(chǎn)，因此要根據(jù)用戶提出的各種技術(shù)要求一次性開發(fā)，并且要保證一次性成功，它的

13、單一性強。所以組合數(shù)控機床設(shè)計、生產(chǎn)和制造具有以下特點：1、由于它涉及技術(shù)領(lǐng)域?qū)拸V復(fù)雜，并且是集中設(shè)計，一次性制造，還要保證一次成功，例如小直徑孔（0.06mm）加工，達(dá)到無欠損加工和具有良好的加工面，要求低振動主軸和優(yōu)良的鉆頭；難切削加工材料，要求高剛性結(jié)構(gòu)以延長刀具的使用壽命等，所以技術(shù)難度大。2、數(shù)控組合機床根據(jù)用戶訂單制造，決定它不可能有試制探索的機會，要確保一次成功技術(shù)風(fēng)險很大；在制造過程中由于設(shè)計失誤、結(jié)構(gòu)欠妥及技術(shù)方案不當(dāng)?shù)仍?，造成局部或整體報廢的情況屢見不鮮；在制造調(diào)試過程中出現(xiàn)問題需要時間解決，所以按期交貨有一定風(fēng)險；如果用戶因交貨期延誤而拒絕付款時，勢必造成制造企業(yè)的重大

14、損失，所以經(jīng)營風(fēng)險率高。3、由于是一次性制造生產(chǎn)，找協(xié)作廠家很困難，所以協(xié)作困難大。4、技術(shù)依賴性強。數(shù)控組合機床從設(shè)計、工藝編制、生產(chǎn)制造到裝配調(diào)試的全過程，都需要一批有經(jīng)驗的技術(shù)人員、管理人員和技術(shù)工人。 5、利潤空間小。由于國情或用戶對數(shù)控組合機床制造業(yè)不夠理解等原因，造成數(shù)控組合機床的銷售價格總體偏低。6、技術(shù)成熟期長。數(shù)控組合機床的設(shè)計制造涉及專業(yè)面廣，要求主管設(shè)計師具備較豐富的工藝知識，熟悉用戶所需產(chǎn)品的制造工藝，才能設(shè)計出好的產(chǎn)品，保證一次成功，這需要幾年的時間。7、人才交流困難。由于訂單的隨機性和不均衡性，引起了生產(chǎn)的不均衡，國內(nèi)沒有成熟的技術(shù)勞動力市場，技術(shù)熟練的技工難以尋求

15、，這與企業(yè)發(fā)展不協(xié)調(diào)。 8、技術(shù)引進(jìn)困難。由于是單件生產(chǎn)，引進(jìn)技術(shù)成本太高。從以上分析可以看出，數(shù)控組合機床設(shè)計和制造具有它的特殊性。由于現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的需要，數(shù)控組合機床都具有結(jié)構(gòu)模塊化、加工多刀化、設(shè)計規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等特點，可按加工需要組合成多種專用性機床和自動線。由于采用了數(shù)控技術(shù)和計算機技術(shù)，從而使數(shù)控組合機床從過去完全的“剛性”演變?yōu)榫哂幸欢庸ぁ叭嵝浴钡闹圃煅b備，其加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度都很高。但一次設(shè)計，一次制造，要求一次成功，對設(shè)計和制造質(zhì)量提出了更高的要求。而國產(chǎn)數(shù)控組合機床的可靠性水平較低，故障發(fā)生頻率高（早期故障排除不夠，可靠性設(shè)計理念沒有貫穿設(shè)計全過程中），

16、影響了機床的市場占有率和我國集成化、成套裝備制造業(yè)的發(fā)展。由于數(shù)控組合機床是一種“訂制的量體裁衣”的產(chǎn)品，所以產(chǎn)品質(zhì)量與功能的可靠性直接影響到顧客的滿意度，關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）頒布的2000年版iso 9000族質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)“以顧客為關(guān)注焦點”的質(zhì)量管理原則9，在美國以顧客滿意度作為經(jīng)濟狀況評價的重要標(biāo)準(zhǔn)10，涉及到近三分之一的企業(yè)11-14。所以產(chǎn)品的可靠性高，能滿足顧客希望的功能要求，是高質(zhì)量的重要表現(xiàn)。正是基于這種狀況，目前在國家調(diào)整機床工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，我們應(yīng)該注意到提高數(shù)控組合機床的質(zhì)量和可靠性是十分重要的工作，所以作者深入開展的數(shù)控組合機床故

17、障模型和可靠性管理技術(shù)的研究具有現(xiàn)實意義。1.4本課題主要研究內(nèi)容1.4.1研究對象本課題以國內(nèi)某中型專用數(shù)控組合機床制造廠生產(chǎn)的數(shù)控組合機床作為研究對象，重點研究數(shù)控組合機床故障模型及可靠性管理的關(guān)鍵技術(shù)。1.4.2主要研究內(nèi)容1、依據(jù)樣本對多故障數(shù)據(jù)、少故障數(shù)據(jù)、單故障數(shù)據(jù)、無故障數(shù)據(jù)四種情況，建立數(shù)控組合機床故障分析模型。應(yīng)用bayes和多層bayes方法對數(shù)控組合機床可靠性參數(shù)進(jìn)行估計。采用作者首創(chuàng)的改進(jìn)型laplace統(tǒng)計量公式對其可靠性進(jìn)行趨勢檢驗。2、對某型數(shù)控組合機床進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計；建立數(shù)控組合機床可靠性管理文件。提出數(shù)控組合機床主軸早期故障“循環(huán)試驗法”，闡述數(shù)控組合機床

18、主軸步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗理論。3、數(shù)控組合機床有“節(jié)拍”這一技術(shù)指標(biāo)，對于一條生產(chǎn)線，節(jié)拍的時間是固定的，每個工序完成加工任務(wù)的時間也是一定的。如果時間發(fā)生變化，說明機床出現(xiàn)異常，將要發(fā)生故障。而節(jié)拍的選擇對數(shù)控組合機床的設(shè)計來說是至關(guān)重要的。本文采用模糊綜合評判和多級模糊綜合評判方法對數(shù)控組合機床工作節(jié)拍和主軸最高極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行了模糊綜合評價，為數(shù)控組合機床設(shè)計的參數(shù)選擇提供依據(jù)。4、建立數(shù)控組合機床故障數(shù)據(jù)庫，對其故障部位表、故障模式代碼表、故障原因代碼表、故障原因分類表等進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上對某型數(shù)控組合機床進(jìn)行故障模式、影響及危害度（fmeca）分析，深入了解該型數(shù)控組合機床的故障發(fā)生機

19、理，找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，為數(shù)控組合機床可靠性改進(jìn)設(shè)計提供依據(jù)。 第二章 數(shù)控組合機床故障模型要對專用數(shù)控組合機床進(jìn)行可靠性分析和可靠性評價，首先我們要了解它的特點。專用數(shù)控組合機床是一種“量體裁衣”的產(chǎn)品，用戶往往要求交鑰匙工程，需要單臺生產(chǎn)。對它進(jìn)行故障采集和現(xiàn)場試驗時機床樣本只能是“1”，與其它批量生產(chǎn)的數(shù)控機床相比，出現(xiàn)了“特殊性”，即故障數(shù)據(jù)來源只能依靠一臺機床。在進(jìn)行定時截尾的可靠性試驗過程中，故障數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)如下四種情況：一種情況是多故障數(shù)據(jù)；另一種是少故障數(shù)據(jù)；再一種是單故障數(shù)據(jù)；最后一種是無故障數(shù)據(jù)。一般原則在考察時間內(nèi)（為可靠性試驗總時間），我們把可靠性試驗時間分成組，每組時

20、間可以相等，也可以不等，我們依據(jù)這樣的故障數(shù)據(jù)建立了數(shù)控組合機床故障模型，并應(yīng)用多層bayes方法對數(shù)控組合機床可靠性參數(shù)進(jìn)行估計，并對其可靠性進(jìn)行評價。2.1數(shù)控組合機床故障模型結(jié)構(gòu)2.1.1樣本抽取通用數(shù)控機床進(jìn)行可靠性研究時抽樣方法已經(jīng)比較成熟61，一般依據(jù)樣機使用單位、評定可靠性指標(biāo)需要、企業(yè)年產(chǎn)量等方面綜合考慮。而專用數(shù)控組合機床一般只有一個樣本，即樣本總體為1。某些數(shù)控組合機床在功能和結(jié)構(gòu)上有極大相似之處，只是在個別功能要求上有差別，在可靠性考察時也可以把它作為數(shù)控組合機床抽樣數(shù)。2.1.2故障采集2.1.2.1確定試驗方案當(dāng)設(shè)備剛剛制造出來時，理想的情況是它應(yīng)該滿足合同或任務(wù)書對

21、它的可靠性要求，對于復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性問題實際情況是很突出的?？煽啃栽囼灳褪菍Ξa(chǎn)品的可靠性進(jìn)行調(diào)查、分析及評價的一種手段。目的是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、材料和工藝方面的各種缺陷；為改善產(chǎn)品的完好性、提高任務(wù)成功性、減少維修費用及保障費用提供信息；確定是否符合可靠性定量要求，即確定是否在規(guī)定的使用期內(nèi)達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo)6263。通過可靠性試驗可以揭示產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品研制階段和設(shè)計階段的問題，明確是否需要修改設(shè)計方案。并且可以對產(chǎn)品改進(jìn)后的可靠性指標(biāo)進(jìn)行驗證和評定，進(jìn)而制定出提高其可靠性的措施和方法，采取合理的維修制度，這些措施將決定設(shè)備在今后運行中的效果和經(jīng)濟合理性。因此，不要認(rèn)為可靠性試驗只是

22、為了對產(chǎn)品做出拒收或接收、合格或不合格的結(jié)論判斷，更重要的是通過可靠性試驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的不可靠問題，采取有效措施，切實提高產(chǎn)品的可靠性，同時為可靠性評價提供第一手現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)?？煽啃栽囼炇羌壤速M時間又浪費金錢的試驗。對于數(shù)控組合機床而言，確定試驗方案重點考慮試驗場所、試驗時間和試驗樣本等方面問題。由于數(shù)控組合機床是單件生產(chǎn)、價格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及技術(shù)面寬廣，在使用條件下不確定的因素很多，故采用現(xiàn)場試驗方法能夠較真實反映機床在實際運行中的可靠性情況；試驗時間分為早期故障試驗時間和偶然故障試驗時間；可靠性試驗樣本抽取方法為全數(shù)抽樣試驗；本文采取全數(shù)定時截尾試驗方法。2.1.2.2故障數(shù)據(jù)收集1、故障記

23、錄本文故障數(shù)據(jù)來源于兩部分，一是通過對某數(shù)控裝備有限公司現(xiàn)場使用的和剛剛出廠的數(shù)控組合機床及自動生產(chǎn)線從2002年3月10日至2002年12月23日進(jìn)行跟蹤調(diào)查得到的。值得說明的是2002年3月到6月采集的故障由于沒有明確的故障時間、維修時間，我們對這些故障只進(jìn)行了fmea分析，提出了一些改進(jìn)措施；二是剛剛出廠的數(shù)控組合機床從2002年12月30日至2003年9月23日進(jìn)行跟蹤調(diào)查得到的，并對剛出廠的某數(shù)控組合機床進(jìn)行了可靠性早期故障實驗，進(jìn)行了故障模式及故障原因分析，對可靠性進(jìn)行了評價。主要是參考部頒標(biāo)準(zhǔn)（jb/gq1153-90）cnc機床故障記錄報告的格式對數(shù)控組合機床的實際故障進(jìn)行跟蹤

24、記錄。2、數(shù)控組合機床故障定義及故障判據(jù)為進(jìn)一步提高故障數(shù)據(jù)本身的可靠性，規(guī)范故障數(shù)據(jù)記錄過程是非常必要的67。本文根據(jù)數(shù)控組合機床的特點制定了數(shù)控組合機床的故障判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。(1)故障定義設(shè)備在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，出現(xiàn)下列情況之一稱為故障：a 功能性故障，即完不成規(guī)定的功能。b 參數(shù)性故障，即一個或多個性能參數(shù)超出允許的變化范圍。c “節(jié)拍”時間發(fā)生波動，出現(xiàn)較大異常。(2)故障分類數(shù)控組合機床故障分為關(guān)聯(lián)性故障和非關(guān)聯(lián)性故障。關(guān)聯(lián)性故障是指產(chǎn)品本身質(zhì)量缺陷引起的故障；非關(guān)聯(lián)性故障是指非產(chǎn)品本身的因素引起的故障?？疾鞌?shù)控組合機床時，僅記入關(guān)聯(lián)性故障，但非關(guān)聯(lián)性故障應(yīng)該記錄在案以便于分析

25、和判斷。(3)關(guān)聯(lián)性故障的判斷a 修復(fù)后累計工作不足24小時,發(fā)生同一關(guān)聯(lián)故障,只記入1次b 不是同一因素引起卻是同時發(fā)生的關(guān)聯(lián)性,應(yīng)該如數(shù)記入;如果是同一因素引起的,則只計一次c 必須通過更換元器件、零部件或附屬設(shè)備才能排除的故障d 有壽命要求的損耗件在其壽命期內(nèi)發(fā)生的故障e 設(shè)備偶然出現(xiàn)失?；蛲Ｖ惯\行現(xiàn)象，但再次啟動就能恢復(fù)正常功能，這種偶然事件如在72小時內(nèi)累計達(dá)到三次應(yīng)記為一次關(guān)聯(lián)性故障，不足三次可以作為非關(guān)聯(lián)性故障處理f 需要對印刷電路板、電纜、插接件等進(jìn)行維修，以消除斷路、短路和接觸不良，方可以排除的故障。g 由于某一元器件、零部件故障而直接引起另一相關(guān)元器件、零部件故障而造成的故

26、障，(4)非關(guān)聯(lián)故障由于運行條件已經(jīng)超出規(guī)定的范圍而造成的故障，即從屬性故障；由于操作人員的過失而造成的故障，即誤用性故障；因維修人員的過失而造成的故障，即誘發(fā)性故障。2.1.3 故障模型由于數(shù)控組合機床樣本為單樣本,在定時截尾的可靠性試驗時故障只能來源于一臺機床,其故障數(shù)據(jù)只能有四種情況,即多故障數(shù)據(jù)、少故障數(shù)據(jù)、單故障數(shù)據(jù)和無故障數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)控組合機床的特點，建立數(shù)控組合機床故障模型，這樣就可以對不同故障數(shù)據(jù)分別進(jìn)行可靠性參數(shù)估計和可靠性評價。數(shù)控組合機床的故障模型描述如下：設(shè) 其中 是開始試驗時間() 是試驗總時間() 是試驗時間的組數(shù)(把試驗時間分為組) 對于單樣本的數(shù)控組合機床，在可

27、靠性試驗過程中,如果在時間內(nèi)發(fā)生()個故障,故障模型為。其中“1”表示測試設(shè)備的樣本數(shù)；為試驗時間 ()內(nèi)故障數(shù)總數(shù)。 綜合以上分析，給出數(shù)控組合機床的故障模型:1在內(nèi)，如果=1,即可靠性實驗時間內(nèi)只有一個故障發(fā)生，故障模型記為 2在內(nèi)，如果=0,即可靠性試驗時間內(nèi)沒有故障發(fā)生,故障模型記為3 假設(shè)故障的概率記為=,為時刻有個故障時的故障概率，當(dāng)在內(nèi)發(fā)生個故障時,故障模型記為,這里有0=0；：尺度參數(shù)，0設(shè)一元線性回歸方程為： 對于兩參數(shù)威布爾分布，對式(2-7)進(jìn)行線性變換得： (2-8)所以采用最小二乘法可以求得和的估計值。進(jìn)而求得威布爾分布的兩參數(shù),的估計值。根據(jù)最小二乘法公式，依據(jù)數(shù)控

28、組合機床故障試驗數(shù)據(jù)整理表2-2中的數(shù)據(jù)得： / -0.77()-4.37=0.77=291.4表2-2 某型專用數(shù)控組合機床故障試驗數(shù)據(jù)整理表序號111.452.440.0486-2.99915.998.9945-7.3118212.962.560.1181-2.07446.564.3033-5.3145315.372.730.1875-1.57207.472.4710-4.29524100.664.610.2569-1.214121.271.474-5.59905143.004.960.3264-0.928624.630.8623-4.60866160.035.080.3958-0.685

29、925.760.4697-3.47857171.185.140.4653-0.468426.450.2194-2.40888236.275.460.5347-0.262729.870.0717-1.46319349.495.860.6042-0.076134.300.00580.445410389.275.960.67360.113035.570.01280.674111418.406.040.74310.306736.440.0941.851212450.256.110.81250.515237.330.26543.147812516.956.250.88190.759239.040.576

30、44.743514689.536.540.95141.106543.721.22447.2324合計3664.8169.747-7.4807374.421.0447-16.3851對于威布爾分布的擬合效果，采用線性相關(guān)性進(jìn)行檢驗如下: =0.95當(dāng)時，認(rèn)為與線性相關(guān)，說明該分布符合威布爾分布。 由可靠性信息管理系統(tǒng)57可知，當(dāng)顯著性水平=0.1時,相關(guān)系數(shù)起碼值=0.4562,由于，因此認(rèn)為該型專用數(shù)控組合機床故障間隔時間分布函數(shù)服從威布爾分布.威布爾分布的假設(shè)檢驗可以依據(jù)表2-3中的假設(shè)檢驗數(shù)據(jù)求得：表2-3 某專用數(shù)控組合機床假設(shè)檢驗數(shù)據(jù)整理表序號111.450.07939700.0714

31、0.00797212.960.0869880.07140.14290.05587315.370.0985750.14290.21430.115714100.660.3566900.21430.28570.070985143.000.4390160.28570.35710.081876160.030.467610.35710.42860.039047171.180.4857180.42860.5000.014828236.270.572980.5000.57140.001559349.490.6843580.57140.64290.0406010389.270.713450.46290.7143

32、0.0008311418.400.73320.71430.78570.0525112450.250.7529240.78570.85710.1042213516.950.78880.85710.92860.139814689.530.851460.92861.0000.14854根據(jù)公式(2-5)，依據(jù)表2-3最后一行數(shù)據(jù)得的觀察值為：= =0.14854取顯著性水平0.10，由經(jīng)驗公式得：由于因此接收原假設(shè)，即認(rèn)為該機床平均故障間隔時間服從威布爾分布。2、故障間隔時間的分布模型由以上數(shù)據(jù)求得某型號數(shù)控組合機床故障間隔時間的故障概率密度函數(shù)、分布函數(shù)分別為： (2-9) (2-10),的曲線分

33、別如圖2.3,圖2.4所示。 圖2.4概率分布函數(shù)曲線圖2.3 概率密度函數(shù)曲線 2.2.1.2單樣本數(shù)控組合機床故障率函數(shù)從單元件的壽命過程考慮的故障率函數(shù)為 28，但是專用數(shù)控組合機床作為復(fù)雜的機電產(chǎn)品是由成百上千的零部件組成，如何確定其故障率函數(shù)是可靠性研究的關(guān)鍵問題。對于專用數(shù)控組合機床，一般情況下我們可以認(rèn)為它是由個子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，假設(shè)子系統(tǒng)是串聯(lián)的，則系統(tǒng)的可靠度函數(shù)可以表示如下： (2-11) 由上式可知，如果求得組成數(shù)控組合機床的各子系統(tǒng)的可靠度函數(shù)，就可以求得數(shù)控組合機床的可靠度函數(shù)。根據(jù)2.2.1.1的分析，假設(shè)各個子系統(tǒng)的故障分布都服從威布爾分布，則數(shù)控組合機床的可

34、靠度函數(shù)可以表示如下： 如果各個子系統(tǒng)的故障分布不服從一種形式的分布，則數(shù)控組合機床的可靠度函數(shù)仍然可由公式(2-11)求得，只是這時可以分別表示為相應(yīng)可靠度函數(shù)的形式。此處不再贅述。又因為，所以系統(tǒng)的故障率函數(shù)由下式給出： (2-12)其中 ：子系統(tǒng)可靠度函數(shù);：子系統(tǒng)的故障率函數(shù)當(dāng)可靠度函數(shù)確定情況下，我們可以求得系統(tǒng)的故障密度函數(shù)。其公式為： (2-13)從公式(2-12)和(2-13)，我們可以求得系統(tǒng)的故障率函數(shù)，表示為： (2-14)綜上所述可知，計算系統(tǒng)的故障率函數(shù)有兩種方法。第一方法是求得每個子系統(tǒng)的故障率函數(shù)，進(jìn)而計算出系統(tǒng)的故障率函數(shù)；第二種方法是由公式(2-14)直接求得

35、系統(tǒng)的故障率函數(shù)。對于單樣本的專用數(shù)控組合機床我們采用后一種方法。依據(jù)以上分析可求得某型號數(shù)控組合機床瞬時故障率函數(shù)為： 所以該型號數(shù)控組合機床的可靠度函數(shù)為：=2.2.1.3數(shù)控組合機床可靠性指標(biāo)評價1 的觀測值平均故障間隔時間觀測值是故障數(shù)據(jù)在符合假定壽命分布曲線情況下計算出來的。數(shù)控組合機床mtbf的觀測值可按下述公式進(jìn)行計算：(2-15)式中：在評定周期內(nèi)數(shù)控組合機床累計故障頻數(shù)；數(shù)控組合機床抽樣臺數(shù)；在評定周期內(nèi)數(shù)控組合機床的實際工作時間，單位是小時；在評定周期內(nèi)機床出現(xiàn)的故障頻數(shù)?？傻玫挠^測值為： 2 的點估計用公式： (2-16)來估計，可得點估計值為：應(yīng)用編程計算 69,在區(qū)間

36、0,3664(小時)內(nèi)對可靠度函數(shù)積分得：計算數(shù)值與點估計值非常接近，從另一角度證明了假設(shè)故障間隔時間服從威布爾分布是正確的。3 平均維修時間和固有可用度數(shù)控組合機床維修時間是指數(shù)控組合機床發(fā)生故障后用于實際維修的時間。維修時間 可直接從數(shù)據(jù)庫求得。對于可修復(fù)產(chǎn)品，除了考慮可靠性，同時還要考慮維修性。有的產(chǎn)品雖然不易出故障，但一旦發(fā)生故障要很長時間才能修復(fù)，有時可能經(jīng)常處于修理狀態(tài)，利用率顯然不高。所以，我們不僅要注意產(chǎn)品是否易損壞，還應(yīng)注意產(chǎn)品是否易修復(fù)。相應(yīng)的維修性指標(biāo)有平均維修時間，即數(shù)控組合機床維修時間的數(shù)學(xué)期望。數(shù)控組合機床平均維修時間也可由觀測值按下式求得： (2-17)式中：評定

37、周期內(nèi)第個時間段內(nèi)數(shù)控組合機床的實際修復(fù)時間（小時）?？傻闷骄S修時間為：固有可用度綜合了可靠度和維修度的廣義可靠性特征量，其表達(dá)式為： (2-18)可見越大，表示機床有效工作程度越高。所以提高固有可用度的方法是使增長和使縮短。該型數(shù)控組合機床的固有可用度為：2.2.2單故障數(shù)據(jù)模型和無故障數(shù)據(jù)模型的可靠性評價目前對于多樣本的單故障數(shù)據(jù)和無故障數(shù)據(jù)的可靠性分析主要有極小法、等失效數(shù)法和加權(quán)最小二乘法。實際資料表明65，極小法、等失效數(shù)法所得的可靠性估計偏低；經(jīng)過bayes方法改進(jìn)后，極小法的估計又有偏高傾向。而等失效數(shù)法對無故障數(shù)據(jù)的情況效果較好，缺點是估計也有偏高傾向，計算復(fù)雜，其構(gòu)想的等效失效數(shù)對單故障數(shù)據(jù)情況下可靠性分析不適用。加權(quán)最小二乘法相對于極小法和等失效數(shù)法而言具有方法簡單、估計精度較高特點，逐漸成為單故障數(shù)據(jù)和無故障數(shù)據(jù)可靠性分析的常用方法。具體步驟為先對各個時刻的故障概率0 : 特征壽命 0 根據(jù)上式可知機床在時刻故障概率的估計值為，