基于MKE1320A數(shù)控外圓磨床的可靠性理論分析

孫麗萍

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基于MKE1320A數(shù)控外圓磨床的可靠性理論分析

孫麗萍

（上海機床廠有限公司 上海 200093）

以MKE1320A數(shù)控外圓磨床為研究對象，采用專家評分法對該機床進行故障分析，按評分結(jié)果，由已知的子系統(tǒng)故障率計算出整個系統(tǒng)的總故障率，最終得出的預(yù)計值在正常范圍內(nèi)。這種故障分析技術(shù)構(gòu)成了可靠性理論分析的一項重要內(nèi)容，為新產(chǎn)品試制方案選擇及設(shè)計提供了可靠的理論數(shù)據(jù)。

MKE1320A 可靠性 專家評分法

中國的機床工業(yè)是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)，它的高速發(fā)展為我國裝備制造業(yè)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)[1]。數(shù)控磨床是機床工業(yè)發(fā)展中不可或缺的一部分，它的整體可靠性是影響機床質(zhì)量的核心因素。在數(shù)控磨床推向市場前，進行機床的可靠性預(yù)計分析是十分有必要的。影響數(shù)控磨床可靠性的主要因素有：機電元器件質(zhì)量、功能部件質(zhì)量、數(shù)控系統(tǒng)安裝使用、防護、制造過程、機床的使用等。數(shù)控磨床可靠性預(yù)計的主要價值體現(xiàn)在它可為樣品的試制，以及作為設(shè)計手段為設(shè)計決策提供依據(jù)[2]。同時，預(yù)計工作具有及時性，即在決策點之前做出預(yù)計，提供有用的信息，否則便失去其意義。其中，平均故障間隔時間是數(shù)控機床的主要可靠性指標。提高數(shù)控磨床的研究目標是提高它的的平均無故障工作時間。

MKE1320A是一種經(jīng)濟型普通數(shù)控外圓磨床，適用于加工圓柱類或多臺階軸類及小錐度零件，且非常適用于成批量的生產(chǎn)車間使用。該機床采用國產(chǎn)數(shù)控KT630系統(tǒng)，機床兩軸（軸、軸）的進給運動分別由數(shù)控交流伺服驅(qū)動電機通過滾珠絲杠傳動，能在一次安裝工作條件下，完成多檔外圓的自動磨削。以MKE1320A數(shù)控外圓磨床樣機為研究對象，提出采用專家評分法對該機床進行故障分析，得出總故障率，為MKE1320A樣品的試制以及設(shè)計決策提供理論依據(jù)。

1 可靠性理論分析方法

可靠性預(yù)計是一種預(yù)測方法，是在產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)上，根據(jù)同類產(chǎn)品在研制過程及使用中所得到的失效數(shù)據(jù)和有關(guān)資料，預(yù)測產(chǎn)品及其單元在今后的實際使用中，所能達到的可靠性水平，或預(yù)測產(chǎn)品在特定的應(yīng)用中符合規(guī)定功能的概率[3]?？煽啃灶A(yù)計則是自下而上地預(yù)計產(chǎn)品各層次的可靠性參數(shù)，判斷各層次設(shè)計是否滿足分配的可靠性指標。只有各層次的可靠性分別達到分配的要求，才能保證產(chǎn)品可靠性指標得以實現(xiàn)[4]。對未達到分配指標要求的設(shè)計，則能發(fā)現(xiàn)其可靠性薄弱環(huán)節(jié)、設(shè)計上的隱患及提供選擇糾正措施的指南，并依此改進設(shè)計直到滿足指標要求為止?？煽啃苑治龅哪康臎Q不僅是評價系統(tǒng)及其組成單元的可靠性水平[5]，更重要的是提高其可靠性。因此，必須對系統(tǒng)及系統(tǒng)各部件的故障進行詳細的分析，其所形成的故障分析技術(shù)構(gòu)成了可靠性分析的一項重要內(nèi)容。

采用專家評分法預(yù)計機床的可靠性，這種方法首先依靠有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗按照數(shù)控機床的幾種因素進行評分，然后按評分結(jié)果，由已知的某子系統(tǒng)故障率根據(jù)評分系數(shù)算出其余子系統(tǒng)的故障率，由各子系統(tǒng)故障率，便可得出總的系統(tǒng)故障率。一般數(shù)控磨床的評分因素主要有以下四種，每種因素的分數(shù)在1~10之間。數(shù)控磨床的評分因素見下表1。

表1 數(shù)控磨床評分因素表

已知某子系統(tǒng)的故障率為*，算出的其它子系統(tǒng)故障率p為：

式中：=1,2,…,表示子系統(tǒng)數(shù)；=1,2,…,4表示因素序號；m表示第個子系統(tǒng)，第個因素的評分數(shù)；*表示故障率為*的子系統(tǒng)的評分數(shù)。

由各子系統(tǒng)故障率p，便可得出總的系統(tǒng)故障率：

2 MKE1320A可靠性分析

MKE1320A數(shù)控外圓磨床有3個大的系統(tǒng)構(gòu)成：電氣、機械以及液壓系統(tǒng)，將這3大系統(tǒng)細分分別是頭架、尾架、砂輪架、床身、墊板、工作臺、工作臺移動機構(gòu)、電氣系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、量儀對刀、液壓、潤滑及冷卻系統(tǒng)。

在MKE1320A試制前，為了得到該機床的可靠性理論數(shù)據(jù)，我們請三位技術(shù)專家按四個評分因素打分，結(jié)果見表2所示。其中a、b、c、d分別代表評分因素中的復(fù)雜度、環(huán)境條件、工作時間、技術(shù)水平。

根據(jù)國家標準可知數(shù)控系統(tǒng)的平均故障間隔時間為3 000小時，即故障率*=3.33×104/h，以*為基礎(chǔ)，用專家評分法計算的MKE1320A數(shù)控外圓磨床的故障率表，如下表3所示。

表2 技術(shù)專家打分表

表3 MKE1320A故障率表

接上表

數(shù)控系統(tǒng)101.74.34325.080.47159.19 量儀對刀2.37.75.72.7272.600.40133.2 液壓系統(tǒng)3.357.72254.10.37123.21 冷卻系統(tǒng)1.76.37.71.7140.200.2066.6 總故障率1946.94

一般認為預(yù)計值在實際值的0.8~2倍范圍內(nèi)屬于正常。由MKE1320A故障率表得到數(shù)控機床總的故障率為1946.94×10-6/h，即平均故障間隔時間大約513.6小時，MKE1320A數(shù)控外圓磨床故障率處于正常范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

基于MKE1320A數(shù)控外圓磨床的可靠性理論分析為企業(yè)新產(chǎn)品方案選擇及設(shè)計提供了理論研究數(shù)據(jù)，通過專家評分法將預(yù)計結(jié)果與要求的可靠性指標相比較，審查設(shè)計任務(wù)中提出的可靠性指標是否能達到，再通過可靠性預(yù)計，根據(jù)結(jié)果進行方案比較，選擇最優(yōu)方案。在磨床的設(shè)計階段，通過可靠性預(yù)計發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，加以改進，為產(chǎn)品可靠性增長試驗驗證等方面提供理論依據(jù)。

[1] 陳循介.中國機床工業(yè)六十年發(fā)展狀況及思考[J].精密制造與自動化,2009(4):1-3.

[2] 高社生,張鈴霞.可靠性理論與工程應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2002.

[3] 賀國芳.可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,1995.

[4] 賓鴻贊.先進制造技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[5] 陳曉彤.可靠性實用指南[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.