关键词：数控机床；可靠性技术；中国制造；高速铣削
一、数控机床可靠性判断依据
数控机床可靠性指的是数控机床在制造过程中机床的系统以及产品在规定时间内完成一系列指令的能力。评价数控机床可靠性主要通过两个方面：平均无故障时间与平均修复时间。其中平均无故障时间作为判断数控机床可靠性的重要标准，指的是在数控机床第一次故障修复后到第二次故障发生时所历经时间的平均值，平均时间值越大说明机床可靠性越好，反之则可靠性越低。而平均故障修复时间则指的是系统出现故障所需维修的时间平均值在这个标准下，平均维修时间值越小说明可靠性越高，反之则可靠性低。
二、限制数控机床可靠性研究发展的因素
随着经济的发展和社会的进步，目前产品加工日新月异和日渐复杂的设计方式和加工流程对于数控机床都有着很高的要求。这种复杂的工作环境是数控机床故障率增高、故障门类多、故障类型多元化的主要原因。加之我国目前在机械加工方面实力还相对薄弱，在研究人才储备、设备研究知识积累方面都相较德、美、日等机床加工大国还存在较大的差距。所以目前我国就陷入了一种“人财两缺”的机床发展窘境。
具体来说，数控机床人才建立的机制缺乏一个系统科学的组织方法，专业学者对于研究资料的结构严重不完善，不能构筑一个完整的知识体系，重点理论存在缺失。科研工作无法系统的按照科学的方法过程开展。数控机床的可靠性研究作为一个边缘问题同时还需要多力学、材料学等学科同时协力完成。在研究工作进行的过程中参与的学科多，需要面对的问题庞杂，在工程量上也给了研究人员一个巨大的挑战。在研发效率上，由于工程庞大，研究周期长，对数控机床领域还在积累的行业而言，成本是巨大的。
人才的缺失是导致技术积累薄弱的另一重要原因。技术积累薄弱主要是体现在主控机床可靠性的数据积累环节。目前国内数控机床生产厂家由于种种客观原因，产品多以仿造为主，在仿造的过程中由于不具备科学的设计思想和严谨的检验流程，导致许多机床的满荷数据都不够准确。能够提供的数据也只是针对个别特定机型，对于广大数据车床、加工中心而言根本不适用。缺乏载荷原始数据积累，设计和制造过成功就无法编制机床的整机和与功能相关的部件、零件的载荷谱，就无从谈起源头上进行把控的可靠性设计。使得我国机床生产中“先天不足”的情况比比皆是。
数控机床忽视维修性与可用性的应用。许多企业在数控机床在维修时多出现忽视维修性、可用性等原则，片面而机械地为了解决问题而解决问题。维修的目的不仅仅是解决问题，修好机器。更重要的是在维修过程中注重经验的积累，在解决问题的同时保证维修的效果与维修时间的缩减。按照正常的发展理论，我国机床维修是机床制造发展的重要环节，通过维修过程中积累和总结数控机床可靠性是在：“先天不足”前提下的一个重要且必要的应用方法和手段。而片面机械维修带来的结果直接导致了目前我国机床“先天不足”，“后天发育缓慢”的现象。
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三、数控机床可靠性技术研究的具体方法
在数控机床可靠性技术研究的过程中，通过前人发展和总结，大概有以下方法：
对于数控机床的可靠性建模：可靠性建模是在对数控机床进行可靠性分析中使用的最主要、最直观的评估标准，良好的可靠性建模可以在机床设计之初变为其设置一个相对稳定合理的设计环境。美国自上世纪60年代起陆续推行实施了“MLK-HDBK-217”、“MLK-STD-781”、“MIL-STD-785”等机械类可靠标准，并规定了一般性产品在可靠性建模、预计、实验中的具体实施方法和措施。在我国最早进行可靠性建模研究的是吉林大学。1995年吉大对24台国产数控机床转塔刀架1年的故障数据汇总上，运用近似中卫秩公式的方法计算得出转塔刀架故障间隔工作时间分部函数，通过将故障间隔工作时间与指数分部函数的模拟，加以线性回归方法对参数进行评估预测得出了24台国产数控机床转塔刀架的故障时间分部函数，并与实际检验相符。
数控机床结构复杂、系统性强，在时间的不同阶段各个零件的寿命周期、故障率发生曲线均不同。所以利用多重分部函数进行假设检验的方式并不具备普适性。鉴于此，北京航空航天大学提出了一种突破性的方案：即在双重威布尔分段模型对于数控机床的可靠性建立模型，在表述方法上，通过威布尔概率纸图分析法来评估参数，运用拟合性来检验模型的正确性。
总的来说建模方式对于数控机床的可靠性研究而言是一个有力的工具，通过多种方式，积极通过理论为机器建立各种数学模型的方法可以高效直观的分析机床的相关可靠性能数据。随着机床工作时间的推进，可靠性能也会随着使用时间的增加而退化。建模的方法可以有效地针对这一情况，积极总结退化的速率，建立退化率与时间的函数关系，在解决维修问题的同时，也可以为可靠性研究积累下宝贵的经验。
四、结论
综上所述，虽然蜂窝芯材料构件高速铣削专用机床的发明促进了中国在此领域的地位，但对于数控机床可靠性分析的探究目前在我国还处在技术人才积累阶段，与德、日、瑞士的机床可靠性能相比，我国机床在设计上缺乏完善的可靠性数据，关键部件的可靠性也不过关等原因只能在国际中低端市场中竞争。要改变这种情况，首先要建立一个对于机床可靠性全生命周期的认识与理解。在充分建模、数据整理的基础上开展机床的设计工作。并进一步在机床安装调试阶段开展机床可靠性的检测，优化运输、使用方面的可靠性问题。通过上述环节来具体得出有针对性的维修策略。全盘考虑机床从设计、生产、运输、使用过程中对于可靠性的影响，最后再落实到维修上。这样我国的数控机床制造业才能持续良性的发展，完成从“制造大国”到“制造强国”的转变。
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论文作者:张小雨
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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