第４３卷第５期 Ｖｏ１．４３ Ｎｏ ５ 时代农机 ２Ｏ１６年５月 Ｍａｙ ２０１６ ＴＩＭＥＳ ＡＧＲｌｃＵＬＴｕＲＡＬ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ 数控系统的可靠性研究 常 影 （吉林农业科技学院机械工程学院，吉林吉林１３２１０１） 摘要：针对某机床数控系统的故障数据，从故障部位、故障模式及故障原因进行分析，分析该系列数控系统及其 相关功能部件的薄弱环节，最后分析了影响该数控系统可靠性的主要因素并提出提高数控系统可靠性的主要措施。 关键词：数控系统；可靠性；提高数控系统可靠性 中图分类号：ＴＧ６５９．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—９８０Ｘ（２０１６）０５—００６７－０２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ０ｆ ＣＮＣ Ｓｙｓｔｅｍ ＣＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ，Ｊｉｌｉｎ １３２１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆａ ＣＮＣｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｆａｕｌｔ ｍｏｄｅｓ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｒｅａｓｏｎ，ｔｈｅ ｗｅａｋ ｌｉｎｋ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉ— ｔｙ ｏｆ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ 作为数控机床的重要中枢来说，数控系统的质量数控机 床整体的运行影响很大。数控系统可靠性是用户购买时主要 考虑的问题，可靠性的程度对数控产业至关重要。可靠性分析 ４０．３４％，电源（１４．２９％）、主板（１２．６１％）、电气系统（８．４％），这 几点是主要故障发生原因，可以通过降低这几个概率提高可 靠性。 的目的不仅是评价系统及其组成单元的可靠性水平，更重要 的是通过分析提高其可靠性。因此，必须对数控系统及其组成 单元从故障部位、故障模式及故障原因进行详细的分析，其所 形成的故障分析技术构成了可靠性分析的一项重要内容。掌 握数控系统的可靠性薄弱环节，对其关键部件或子系统进行 （２）数控系统故障模式及原因分类分析。对该数控系统的 故障模式进行统计，发生故障的主要模式为元器件损坏，高达 ５５．４６％，这主要包括一些集成电路板、以及电气、电子器件的 损坏。对故障原因进行分类如表２所示。 表２故障原因分类表 深入分析具有重要意义。因此，文章对数控系统可靠性进行研 究并总结出几点提高可靠性的措施。 １ 数控系统的故障分析 故障模式、影响和致命性分析（Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ、Ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＦＭＥＣＡ）是可靠性研究的重要内容，也是 产品可靠性改进设计的重要方法和措施。文章将引用数控系 从表２可以看出，设计和外购、外协件发生故障的比例为 ５８．８２％。其他原因导致的故障相对较为分散，但表中由于用 户和环境的原因而发生故障的比例为１７．６５％，这就要求生产 统故障模式、影响及危害度分析（ＦＭＥＣＡ）中的结论。 （１）数控系统故障部位分析。首先对数控系统的故障部位 厂商通过提高售后服务提高可靠性。 进行了统计分析，各故障部位发生故障的比例如表１所示。 表１ 故障部位发生故障的比例 ２数控系统可靠性分析 （１）数控系统的研究现状。国内外对数控系统可靠性的研 究多从故障数据采集人手，在故障数据分析的基础上提出可 靠性改进策略。虽然有了很好地效果，但仍可以进一步改进。 文章主要从数控系统的软硬件角度对数控系统的可靠性进行 分析。 （２）数控系统软硬件可靠性分析。可靠性分析建立在对研 从表格统计来看，该型号数控系统硬件故障为８９．０８％， 软件故障比例为１０．９２％，说明提高该数控系统可靠性可以首 究对象功能、结构剖析的基础上。系统可靠性水平在较大程度 上取决于其功能和结构特点，对任何研究对象进行可靠性研 究，深入了解其可靠性结构、分析其可靠性水平现状，为可靠 先提高硬件。从表中可见，进给驱动单元发生故障概率为 收稿日期：２０１６—０４—２８ 作者简介：常影（１９８８一），女，吉林长春人，助教，主要研究方向：模具 设计、数控加工及逆向建模等。 性设计、增长技术决策等做铺垫，是可靠性研究不可或缺的内 容。产品设计在很大程度上决定其可靠性水平，将可靠性纳入 到系统产品开发阶段考虑，是达到最终可靠性指标的必要措 施。 设计研究 （３）数控系统可靠性增长研究。系统产品在原始设计阶段 的技术成熟程度有限，存在设计、材料、工艺等多方面缺陷，不 能满足预期的可靠性指标。可靠性增长，是为了消除这种滋生 常影：数控系统的可靠性研究 制定软件的可靠性考核办法，以便有效提高软件的可靠性。 ４结语 文章通过对数控系统的故障进行分析，分析出数控系统 的可靠性因素，找到降低故障发生率的措施并实施，从而提高 了产品的可靠性并且降低了生产成本，增强企业的竞争力。 ０ 参考文献 故障的潜在危险而实施的、以提高系统可靠性水平为目的的 一系列改进措施。在考虑软硬件可靠性增长差异的基础上，有 必要兼顾软硬件不同增长特点，建立适应系统增长特性的软 硬件综合可靠性增长模型。可以快速地掌握影响可靠性信息 以便及时反馈给制造商。 ３提高数控系统可靠性的措施 较早的措施是在数控系统未正式工作之前，生产厂商通 过可靠性实验来尽可能避免故障的发生。 ３．１ 数控系统硬件的改进措施 （１）从表２中不难看出，因为设计原因而发生的故障概率 为３４．４５％，所以主要改进数控系统的设计。 （２）从表中还能看到，数控系统发生故障的另一个主要原 ［１］贾亚洲．数控系统可靠性国内外现状及对策［Ｊ］．中国制造业信息 化，２００６，（５）：５１－５３． ［２］乔巍巍，贾亚洲，张海波，等．数控系统故障分析及可靠性提高措施 ［Ｊ］．吉林大学学报，２００６，３６（９）：７０—７２． ［３］ＨｏｕｓｈｙａｒＡ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐ－ ｎｌｅｎｔ，ｐａｒｔ １：ａｅｅｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ＆Ｒ＆Ｍ ｐｅｒｆｏｒ— ｍａｎｃｅ［Ｊ Ｊ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２Ｏｏ４，２４ （１）：２０１－＇２１０． ［４］张海波，贾亚洲，周文广．数控系统故障模式、影响及危害度分析 （ＦＭＥＣＡ）［Ｊ］．中国机械工程，２００４，６（３）：４９１—４９３． ［５］何沛霖，李斌，陆云祥，等．ＣＮＣ系统可靠性的模糊评价ＩＪ１．中国机 械工程，１９９９，１０（１１）：１２８０—１２８１． 因是零件损坏，所以要保证零件的质量可以降低故障率。 （３）还有一个主要的原因是，由于使用者和维护者缺乏相 关的培训而发生故障。 （４）数控系统故障还涉及到两个因素，制造和装配过程操 作不当也会导致故障发生，所以应该保证在每一个环节都是 正常运转的。 ３．２数控系统软件的改进措施 ［６］谭华．基于故障树分析法的数控系统可靠性研究［Ｊ］．装备制造技 术，２００６，（４）：１９—２０． ［７］石柱．控制软件可靠性设计和评估方法［Ｊ］．航大控制，２００４，２２（１）： ５８－６２． ［８］李伯成．嵌入式系统可靠性设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６． 为了方便维护，应该建立软件可靠性保证体系，对开发的 数控软件要进行可靠性论证，要考虑软件的容错、避错措施， ［９］王晓红．可靠性试验与可靠性增长管理［Ｊ］．实验室研究与探索， ２００４，２３（１２）：１７—１９． （上接第６６页） １ １ １＾ （３）零件制品形状的影响。一般而言，零件形状不同对铸 造结果影响不同，使得空间三维方向的收缩速度不同。为了 ／ 、 、 简单起见，这里讨论圆形和正方形板材的零件的收缩率影响。 模具形状不同，流体受到的阻力也不相同，流动的路径也会产 生差别。对于圆形的零件，模具内效应明显，零件脱离模具时 、 ｌ｛ １ ３５一 受到，圆环零件的内径收缩率比外径的收缩率小，而正方 。。 —百— 吉面形平板的收缩率是最大的。零件的壁厚增加时，液体的收缩率 也相应增加，材料同时，收缩率不同。 图１模具型腔壁厚影响图 （２）浇口的影响。浇口大小对零件精度有很大影响，当浇 口的直径增加时，零件的精度下降。主要是因为浇口增加时， 制品的收缩率变化，成型的难度变化，气体的排除受到影响。 在一般的合理的浇口，其尺寸应小于零件壁厚的二分之一，流 动性比较差时，浇口可以适当增加。另外，浇口位置不同，液体 流去型腔的方向，流程都会产生变化，制件精度受到影响。对 浇筑位置进行不同性能的测定可以过得横纵方向上收缩速 度。浇口尺寸大小的实验获得的影响趋势图如图２所示。 ３结语 模具设计技术和现代加工技术的进步为模具制造业发展 奠定基础，模具制造过程中，基本模具性能参数对零件成型有 重要影响。模具属于比较精密的机械加工成品，模具的基本组 成包括成形工作零件、浇筑液体导向零件、定位支撑零件等。 未来的模具设计将朝着科学化方向发展。口 参考文献 ［１］王广春，赵国群．快速成型与快速模具制造技术及其应用ｌＭ］．北 京：机械工业出版社，２００４． 『２］姚长虹，詹肇麟，刘健雄．快速原型制造技术的发展与应用研究［Ｊ］． 昆明理工大学学报，２０００，２５（５）：８３—８６． ［３］王学农，陈发，吐鲁洪．应用快速成型技术提高科研创新水平［Ｊ］．新 疆农机化，２００３，（１）：５６—５８． ［４］赵万华，李涤尘，洪军，等．快速成形集成制造系统的开发与研究 图２不同尺寸大小对零件影响图 ［Ｊ］冲国机械工程，２０００，１ １（１０）：１０８３—１０８６．
