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1、2006年1月农业机械学报第37卷第1期*数控车床故障分布规律及可靠性张英芝申桂香贾亚洲薛丹李研【摘要】利用22台某系列数控车床现场试验数据,借助数理统计手段和可靠性理论,揭示了国产典型数控车床整机和控制系统(CNC系统)的故障分布规律;同时求取了其可靠性评价指标的估计值。关键词:数控车床故障分布规律故障总时间法可靠性中图分类号:TG519.1;N945.17文献标识码:AResearchontheDisciplinarianandReliabilityofFailureDistributionofCNCLatheZhang
2、YingzhiShenGuixiangJiaYazhouXueDanLiYan(JilinUniversity)AbstractThefailuredataof22numericallycontroled(CNC)latheoperatedinfactorywerecollected.Bymeansofmathematical,statistictheoryandreliabilityanalysis,thefailurelawoftypicalmachinetoolmadeinourcountrywasfoundout,a
3、ndtheevaluatingvalueofreliabilityindexwascalculated.KeywordsCNClathe,Failurelaw,Totaltimefailuremethod,Reliability列情况均称为故障:¹不能完成规定的功能。º一个引言或几个性能参数超出允许的变化范围(参数性故数控机床主要由数控系统和机床本体两部分组障)。数控机床故障分为关联性故障和非关联性故成,数控系统主要包括CNC装置、可编程控制器障。关联性故障是指产品本身条件引起的故障;非关PLC、输入/输出设备、输入/输出接
4、口电路、伺服系联性故障是指不是产品本身条件引起的故障。考核[1～2]统、驱动系统和检测装置。数控系统是数控机床可靠性指标时,仅计入关联性故障,但非关联性故障的控制中心,其性能和可靠性水平将直接决定数控也应记录以便分析和判断。本文的故障数据就是按机床的质量和可靠性。数控车床是数控机床的主要照上述规定记录的。类型,因此,研究这类数控机床的整机及其控制系统故障分布模型的确定方法与可靠性试验数据密故障发生规律及确定其可靠性评价指标,对于深入切相关。数控机床价格高、结构复杂,且属于批量产了解国产数控机床的可靠性现状及实施可靠性增长品,
5、在使用条件下不确定因素多,故采用现场抽样定[3～4]具有重要意义。时截尾的试验方法。但由于机床投入使用的时间不同,虽然试验截止时间相同,也导致数据出现随机截1故障规律及可靠度函数尾的特性。文献[4]将这种情况归为定时逐次截尾,机床在规定的条件下和规定的时间内,发生下并提出采用残存比率法或平均秩次法计算经验分布收稿日期:20040325*国家“863”高技术研究发展计划资助项目(项目编号:2004AA424512)张英芝吉林大学机械科学与工程学院讲师博士生,130025长春市申桂香吉林大学机械科学与工程学院教授贾亚洲吉林大学机
6、械科学与工程学院教授博士生导师薛丹吉林大学机械科学与工程学院硕士生李研吉林大学机械科学与工程学院硕士生第1期张英芝等:数控车床故障分布规律及可靠性157函数。但参加试验的数控车床台数越多,则截尾数据数分布和威布尔分布,通过最小二乘法进行参数估越多,采用文献介绍的方法则计算过于复杂。因此,计,并运用相关系数法来检验其分布,从而初步确定本文采用故障总时间法计算故障时间,不管试验机该数控系统故障间隔时间的分布规律。指数分布和床台数多少,最后得到的截尾时间都只有一个,这样威布尔分布的参数估计和假设检验过程相似,本文可以简化运算过程,
7、易于编程运算。只以威布尔分布为例加以介绍。1.1故障数据的预处理威布尔分布函数为m故障总时间的计算方tF(t)=1-exp-(4)G法如图1。以3台数控车床进行可靠性试验为例,式中m——形状参数,指数分布m=1tks(t1s,t2s,t3s)为第k号机G——尺度参数对式(4)两端进行变换,并取自然对数得床试验截止时间,“·”表图1故障总时间的计算[5]1示故障点。lnln=mlnt-mlnG(5)Fig.1Computing1-F(t)各故障点的故障总时techniquetotaltime1间的计算方法为:t′1=3t11,
8、令y=lnlnx=lntoffailure1-F(t)t′2=2t21+t1s,t′3=2t22+t1s,D=-mlnGB=m则数控机床的故障间隔时间为则式(5)变为ti=$t′i=t′i-ti′-1(1)y=D+Bx(6)故障顺序号可以按照文献[4]介绍的Johnson由式(3)计算F(
