加工中心主轴系统的可靠性分析

0   前言
　　加工中心是一种自动化程度较高、加工复杂零部件的先进生产设备，在现代加工制造业中处于领先地位。随着加工制造业对加工设备自动化程度要求的提高，机床发生故障的概率也随之变动，而可靠性问题是机床发展需首要解决的问题，因此，对于提升或改善机床可靠性的研究是有必要的［1－2］。
　　故障模式、影响及危害性分析 ( FMECA) 是传统的机床故障分析法，然而根据故障模式的影响数值，描述故障模式对零部件造成的损伤概率具有片面性的现象。为了科学、全面的考虑加工中心发生故障的随机性与模糊性，采用模糊综合评判法进行了分析，并应用 Matlab 软件对主轴系统的故障数据进行了分析，根据得到的可靠性指标对该加工中心主轴系统进行了可靠性评价。以国外生产的 SIＲIUS-850 型加工中心为研究对象，图 1 为 SIＲIUS-850 型加工中心的外观，其特点是配有 FANUC-18iMB 数控系统，高速、超精密整体式主轴 ( 电机内装式) 结构，主轴最高转速可达 12 000 r / min。
1   主轴系统的故障模式及危害度分析
1. 1   主轴系统的故障数据
采用现场定时截尾实验法采集故障数据，记录
161 台同型号加工中心历时 7 年实际生产过程中发生的故障，剔除无效数据。并对其整理分析，制成子系统故障频率排序表，如表 1 所示。
由表 1 可知: 主轴系统故障频率 (24. 0%) 在所有子系统中居于首位，其次为进给系统 (21. 0%) 和防护系统 (12. 6%)。

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4 结束语
　　首先，通过对主轴系统故障的频次分析，得出主轴系统的首要故障模式是主轴冷却循环系统异常，达到了 0. 73 次/10 000 h，说明了该主轴系统质量较好。然后，对各子系统进行了危害度分析，得出主轴系统排在了第三位。为了充分考虑加工中心主轴系统发生故障的随机性与模糊性，采用模糊综合评判法进行了危害度分析，结果显示主轴系统排到了第一位。最后，通过对主轴系统首次故障时间进行了参数估计与检验，得到主轴系统首次故障时间服从二参数威布尔分布模型，求得可靠性指标 MTTFF 值为 3 143. 88 h，其指标值表明: 该加工心主轴系统的平均首次故障时间远远的超过国产数控机床可靠性指标的最高值。因此，可以认为国内加工中心主轴系统的可靠性水平具有很大的提升空间，应当在一定的时间内对国内加工中心主轴系统的可靠性进行科学的、全面的研究。

加工中心主轴系统的可靠性分析

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