数控磨床液压系统可靠性建模与评估

液压系统是数控磨床的关键组成系统,其可靠性高低对磨床的加工质量和效率有重要的影响。根据采集到的故障数据,进行统计分析与数据处理,然后利用常用的故障分布类型,分别进行拟合检验和优选,获得了数控磨床液压子系统故障间隔时间的分布函数及相关参数。根据建立的数学模型计算可靠性指标MTBF,与观测值进行比较,验证所建模型的正确性,为数控磨床可靠性提升提供理论依据。这里所建模型及评估方法已应用于某机床厂的可靠性提升工程中。     

数控磨床故障分布参数估计与可靠性评估技术研究

评估数控机床的可靠性首先需要根据统计数据判断故障分布类型,并确定故障概率密度函数的参数。根据数控机床常见的故障分布类型,提出了故障统计数据的分组处理步骤,利用最小二乘法对概率密度函数进行参数估计的方法和可靠性指标MTBF的求解方法。利用所述方法对某型数控曲轴磨床的故障分布进行了参数估计和故障概率密度曲线拟合,对两种分布进行了拟合优度比较,对可靠性指标进行了计算。MTBF计算结果与利用定义直接计算的结果较为接近。所提出的可靠性评估方法可以方便地生成计算机程序,为研究数控磨床的可靠性提供了一种方法。     

基于故障数据的挖掘机液压系统可靠性研究

液压系统作为挖掘机故障率最高的子系统之一,直接影响着整机的使用情况和产品竞争力。在挖掘机故障数据的基础上,建立挖掘机液压系统故障间隔时间分布模型,利用最小二乘法和最大似然估计法对各分布模型进行参数估计。通过假设检验证明分布模型的合理性,并对模型进行优选,最终确定挖掘机液压系统的故障间隔时间服从威布尔分布。利用建立的分布模型对挖掘机液压系统的平均故障间隔时间和可靠度进行可靠性评估,并验证了模型的合理性。     

数控机床故障数据自动分析处理软件的开发

针对机床故障数据分析处理存在的困难,开发一套数控机床故障数据自动分析处理软件。在对机床的故障数据进行收集整理的基础上,通过数理统计方法处理故障数据,拟合故障数据的概率密度曲线并初步判断故障数据的分布类型。在此基础上,采用极大似然法计算对数正态分布、威布尔分布、正态分布、指数分布和瑞利分布5种分布模型的参数,并且采用柯尔莫哥洛夫-斯米尔洛夫法对各种分布模型进行拟合优度校验,确定故障数据的分布类型。最后,根据特定的分布类型计算出各个可靠性特征量,如概率密度、失效概率、可靠度、失效率和数学期望值。将以上的理论流程和方法在Matlab中采用软件编程,实现了数控机床故障数据的全自动分析处理。     

利用故障迫切度对数控车床进行可靠性分析

采用了故障迫切度的方法来分析数控车床整机可靠性,该方法综合考虑了数控车床各子系统故障对整机可靠性提升的重要程度,可以快捷、准确地确定数控车床产品可靠性改进的重点方向.以某型号的数控车床整机为例,对故障数据进行了统计分析,指出其可靠性薄弱环节为刀架系统、主轴系统和电气系统,分析了薄弱环节产生故障的原因,并提出了相应的改进措施.结果证明该方法合理、实用.     

数控磨床头架系统可靠性建模与评估

头架系统是数控磨床的关键功能部件,其可靠性高低对磨床的加工质量和效率有重要的影响。根据采集到的故障数据和常用的故障分布类型,应用回归分析法和最大似然估计法对MKS系列数控磨床建立指数分布模型和威布尔分布模型,以获取分布函数及相关参数,用相关系数法和最小距离之和法检验建立模型合理性。根据建立的数学模型计算可靠性指标MTBF,与观测值进行比较,验证所建模型的正确性,为数控磨床可靠性提升提供理论依据。这里所建模型及评估方法已应用于某机床厂的可靠性提升工程中。     

磨床冷却系统的可靠性建模及评估研究

对某厂的MKS系列数控磨床的冷却系统的故障数据进行处理,绘制冷却系统故障间隔时间分布函数散点图以及分布密度函数散点图,利用参数估计以及数据拟合确定冷却系统模型的所属分布类型为指数分布。根据所属分布类型确定冷却系统的平均故障间隔时间MTBF,计算冷却系统的平均维修时间MTTR,进而计算冷却系统的固有可用度A。所得结果已经反馈到生产厂家,并获得认可,对数控磨床可靠性的提升有重要意义。     

基于虚拟仪器的旋转机械主轴故障在线监测系统研究

针对机床主轴状态直接影响加工产品精度及刀具寿命的问题,对加工过程中的主轴故障状态监测技术进行了研究,提出了一种基于虚拟仪器的旋转机械主轴故障在线监测系统。该系统以主轴振动、转速及温度为监测信号,采用了时域分析、频域分析和小波包分析相结合的信号处理技术,提取了能反映主轴运行状态的特征参数,建立了基于模糊C均值聚类算法的主轴故障识别模型,通过计算当前故障特征参数与模型中已知状态的隶属度来判断主轴状态;最后,采用了基于虚拟仪器技术的Lab VIEW软件作为编程工具,设计了一套旋转机械主轴故障在线监测与诊断系统软件,并在实际机床中进行了理论验证和实例验证。研究结果表明,该系统可在线实时识别主轴的冲击、摩擦、松动、不平衡等故障,具有速度快、效率高的特点,平均准确率达99%。     

数控磨床可靠性建模及评估研究

以北京第二机床厂生产的MKS系列数控磨床为研究对象,使用采集的故障数据进行无故障间隔时间分布建模,利用最小二乘法进行了参数估计,经过拟合检验和拟合优度检验确定这些数据的无故障间隔时间趋近于威布尔分布。计算了该类数控磨床的可靠性评价指标:平均故障间隔时间、平均维修时间以及可用度。取得的研究成果得到了厂家的认可和应用,对数控磨床可靠性的研究和提升具有重大的意义。     

基于集对理论的砂轮主轴转动系统故障树分析

考虑砂轮主轴转动系统工作状态随机、中介、不可知等不确定性的影响,在对其进行故障树分析的基础上,引入集对分析理论,建立一种两者结合的集对故障树模型。推导了模型中常用的逻辑门集对算子并给出了模型的基本分析流程。以联系度表征各事件状态,求得砂轮主轴转动系统发生故障的可能性区间,并提出针对性的改进措施。结果表明,此分析方法更加全面,客观,为砂轮主轴转动系统可靠性分析提供了良好的理论依据。     

基于威布尔模型的数控机床可靠性分析

针对数控机床的运行可靠性规律进行了研究。根据采集的国产机床运行数据,对其无故障运行间隔时间进行统计分析,确定其分布类型服从威布尔分布。利用威布尔分布的参数评估方法,确定出三参数威布尔分布的各个特征量,并与两参数威布尔分布相比较。运用威布尔分布模型及可靠性评定方法确定出数控机床的平均无故障时间和使用可靠性规律。     

基于退化量分布的电主轴可靠性评估

针对在较短的时间内难以评估高可靠度、长寿命电主轴可靠度的问题,利用基于退化量分布的方法对其可靠性进行评估。首先对电主轴的失效机理进行了分析;然后结合退化量分布的基本原理和退化试验数据对电主轴的可靠性进行评估,分别求出电主轴的4个常用可靠性指标,同时绘制可靠度曲线、失效概率密度曲线以及失效率曲线;最后估计出电主轴的平均寿命和特征寿命。该方法缩短了试验时间,提高了评估精度,对长寿命产品的可靠性研究具有一定的意义。     

HSK刀柄和主轴在高速旋转下连接性能可靠性分析

空心短锥刀柄在数控机床上起到连接主轴与切削刀具并传递力矩的作用。刀柄与主轴连接性能的可靠性对机床的加工精度及工作安全性有重要影响。由于加工和装配等误差、实际过盈量和实际夹紧力等结构和性能参数具有不确定性,考虑到HSK工具系统中这些参数的不确定性,利用区间模型描述这种不确定性,建立了HSK刀柄与主轴连接接触面区间接触应力模型,提出了HSK刀柄与主轴连接性能的非概率可靠性模型,给出了可靠临界转速的概念。通过对HSK-A63刀柄性能的分析与计算,说明了该方法的合理性与可行性,为防止HSK刀柄与主轴的连接失效,保证数控机床的加工精度和使用的可靠性提供了理论基础。     

基于接触热阻的磨齿机电主轴热特性分析

大规格数控成形磨齿机高速电主轴系统在加工过程中产生大量热量,导致砂轮主轴产生相应热变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论,利用W-M分形函数表征结合面接触状态,使用均方根测度法对分形参数进行识别。结合基体热阻和收缩热阻的影响计算结合面间总接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,建立了综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻的综合有限元模型,获得热误差仿真结果。分析电主轴温度及热变形在是否考虑接触热阻情况下变化差异。最后建立电主轴系统热误差测量试验平台,通过试验验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度及热位移量与实验值基本一致。     

数控磨床液压系统可靠性建模与评估

针对数控磨床液压系统故障率高、可靠性低的问题,连续跟踪并采集了液压系统的可靠性数据,利用不同的分布函数建立了液压系统的可靠性模型,提出了不同模型下对可靠性指标进行点估计和区间估计的方法。通过K-S检验、模型优选、评估指标与观测值的对比发现,液压系统的分布模型更适合于伽马分布,液压系统的可靠性指标MTBF为10345 h。所述的建模和评估方法可以用于液压系统的可靠性设计,也可以为数控磨床其他子系统的建模和评估提供参考。     

Comprehensive Reliability Allocation Method for CNC Lathes Based on Cubic Transformed Functions of Failure Mode and Effects Analysis

Reliability allocation of computerized numerical controlled(CNC)lathes is very important in industry.Traditional allocation methods only focus on high-failure rate components rather than moderate failure rate components,which is not applicable in some conditions.Aiming at solving the problem of CNC lathes reliability allocating,a comprehensive reliability allocation method based on cubic transformed functions of failure modes and effects analysis(FMEA)is presented.Firstly,conventional reliability allocation methods are introduced.Then the limitations of direct combination of comprehensive allocation method with the exponential transformed FMEA method are investigated.Subsequently,a cubic transformed function is established in order to overcome these limitations.Properties of the new transformed functions are discussed by considering the failure severity and the failure occurrence.Designers can choose appropriate transform amplitudes according to their requirements.Finally,a CNC lathe and a spindle system are used as an example to verify the new allocation method.Seven criteria are considered to compare the results of the new method with traditional methods.The allocation results indicate that the new method is more flexible than traditional methods.By employing the new cubic transformed function,the method covers a wider range of problems in CNC reliability allocation without losing the advantages of traditional methods.     

考虑不同失效相关性的系统可靠性分配方法

为考虑系统组成单元间不同失效相关性对系统可靠性分配结果的影响,将影响系统可靠性分配的因素分为直接和间接两类,提出将复杂度和失效危害度作为直接影响因素,用于确定组成单元可靠性分配权重的相对大小。将工作环境、技术水平、改进成本等归为间接影响因素,引入相对分散性描述系统组成单元失效相关性,提出基于相对分散性的复杂度和危害度计算方法。基于Vine Copula函数建立考虑组成单元间不同失效相关性的串联系统可靠性分配模型,最后以某型数控机床主轴系统为例,进行不考虑相关性和考虑相关性两种情况下的系统可靠性分配结果对比分析,结果表明不考虑失效相关性得到的分配结果过于保守,增加产品研制费用。使用Vine Copula函数建立的系统可靠性分配模型能够考虑组成单元间不同的失效相关性,分配结果与传统多元Copula函数的分配结果相比更为合理。     

基于改进的模糊层次分析法的电主轴可靠性分配

根据数控机床用高速电主轴系统的可靠性分配指标具有多层次、多因素且定量与定性指标并存的特点,采用改进的模糊层次分析法,以150MD36Q11磨削电主轴为例,从影响可靠性分配的众多不确定因素出发,建立可靠性分配的层次分析结构,定量分析计算出组成电主轴系统的主轴、轴承、电机等各组件的权重,根据权重完成对电主轴系统可靠性的合理分配。所得结果与电主轴实际运行情况基本吻合,证明该方法具有较好的实用性,较传统层次分析法更科学、合理且更简单易行,能够为电主轴的设计提供一定的依据。     

基于可靠性分析理论的数控磨床故障排查方法

鉴于目前国内对数控磨床研究较少且相关数据匮乏,对某机床厂生产的30台MSK系列外圆数控磨床的故障情况采用无替换定时截尾试验方法进行了长期跟踪统计,分别根据故障模式和子系统对数控磨床的故障数据进行分组划分,找出故障频发的故障模式,并结合所提出的基于子系统算法的敏感度分析方法(sensitivity analyze,SA)求得对整机可靠性影响最大的关键子系统为电控系统(electrical control,EC),该系统的可靠性指标平均无故障时间(mean time between failure,MTBF)提高10%,可使整机MTBF提升2.06%,敏感度远高于其他子系统。为提高电控系统可靠性,采用故障树分析(fault tree analyze,FTA)对电控系统进行故障排查找出该系统故障频发的原因,采用上行法对该故障树进行定性分析,根据求得的29个最小割集发现,造成该系统故障频发的主要原因是外购外协零部件的可靠性较差。通过改善和优化,最终使得整机的可靠性提升至1500 h,验证了所提方法的有效性。