数控机床可靠性的评定指标及工作性能

发布时间:2019-07-24  发布者:禹创重工机械
可靠性是指系统、机械设备或零部件在规定的工作条件下和规定的时间内保持与完成规定功能的能力。一个系统、一台设备,无论其如何先进,功能如何全面,精度如何高级,如果故障频繁、可靠程度差,不能在规定时间内可靠地工作,那么它的使用价值就不高,经济效果就不佳。从设计规划、制造安装、使用维护、更新改造到修复报废,可靠性始终是系统和设备的灵魂。可靠性是评定系统和设备好坏的主要指标之一,它体现了产品的耐用和可靠程度。
数控机床是现代制造技术的基础装备,其技术水平高低是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志,而数控机床的可靠性是机床质量的关键。目前国产数控机床的可靠性水平与国外相比明显偏低,严重影响了国产数控机床的竞争能力,如何合理、准确地评定数控机床的可靠性,提高国产数控机床的可靠性已成为当务之急。
数控机床可靠性的评定指标
可靠性只是一个定性的概念,在研究可靠性问题时,还需要有定量的指标。一台设备的可靠性不能停留在“好”或“不好”或“可靠”或“不可靠”这样笼统的评价上,而必须具体确定可靠性的数量。由于可靠性不能用仪表测定,所以衡量可靠性必须进行研究、试验和分析,从而做出正确的估计和评定。
目前可靠性已从一个模糊的定性概念发展为以概率论及数理统计为基础的定量概念。表示产品总体可靠性水平高低的各种可靠性数量指标称为可靠性特征量。其真值是理论上的数值,实际上是未知的。根据样本观测值,经一定的统计分析可得到特征量的真值估计值。可靠性是每个产品都有的客观属性,是产品到了用户手中随着时间的推移,稳定保持原有功能的能力,也就是对一个产品投入生产使用后无故障工作能力的量度。
对于机械设备,可靠性的特征量主要有:可靠度、失效率、故障率、平均无故障间隔时间、平均寿命、有效度等。任何一个特征量只能表示可靠性的某一个特征方面,所以对不同的设备要使用不同的特征量描述。对于可维修的复杂系统,常用可靠度、平均无故障间隔时间MTBF CMean Time Between Failures)等指标来衡量。
对于数控机床来说,如何客观、正确地评价其状态,目前尚无一致性规定,尤其对那些使用年限较长、工作性能不稳定的数控机床,只有真正了解其状态,才能为更新、改造提供决策的依据。因此,确定评定指标尤为重要。数控机床集机、电、光、液、气、计算机自动控制等技术于一体,同时受诸多因素(如操作水平、使用环境、保养维护等的影响较大,在评估指标确定方面,既不完全等于纯电子产品,又有别于纯机械产品,因此科学地制定评估指标是十分重要的。笔者认为,数控专用机床可靠性的评定可用平均无故障工作时间、平均修复时间、固有可用度、精度保持时间4项指标来评定。
轴承是主轴组件的重要组成部分,它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴组件的工作性能。主轴的回转精度在很大程度上由轴承所决定。
1)主轴轴承的选择和配置形式
数控专用机床主轴有前、后2个支承和前、中、后3个支承两种,以前者较为多见。两支承主轴轴承的配置形式,包括主轴轴承的选型,组合以及布置,主要根据对所涉及主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求。
在确定两支承主轴轴承配置形式时应遵循以下一般原则:
①适应刚度和承载能力的要求:主轴轴承配置形式的选择首先应满足所要求的刚度和承载能力。
②适应转速要求:不同型号、规格和精度等级的轴承所允许的较高转速是不同的。在相同条件下,点接触的比线接触的高;圆柱滚子比圆锥滚子高。
③适应精度的要求:主轴组件承受轴向力的推力轴承配置形式直接影响主轴的轴向位置精度。
2)三支承主轴组件
某些机床由于结构设计上的原因,导致主轴箱长度较长,其主轴两个支承之间的支承跨距远大于较佳跨距,此时,应考虑增设中间支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。
3)主轴滚动轴承的应用设计
①主轴滚动轴承的刚度和承载能力
滚动轴承的刚度主要取决于滚动体与滚道之间的接触刚度。运动轴承的刚度与轴承类型、载荷和预紧情况有关,且随着载荷的增大呈非线性特性。
②主轴轴承的润滑
润滑对主轴组件的工作性能与轴承的寿命有很大的影响。润滑不合理可能引发热量增加,降低主轴工作精度,并加速轴承磨损。用于滚动轴承的润滑剂可分为两大类,即油脂润滑剂和液体润滑剂。
③主轴滚动轴承的密封
滚动轴承密封装置的作用在与防止冷却液、切屑、灰尘、杂物等进入轴承,并使润滑剂无泄漏地保持在轴承内,从而充分发挥轴承的性能,确保轴承的使用寿命。对主轴组件密封装置的要求是:适宜主轴的转速、适应工作环境、结构紧密。主轴轴承的密封分接触式和非接触式。前者又可分为径向密封圈密封盒毛毡圈密封,一般适用于低速主轴。非接触式密封可分为间隙式密封、曲路式密封盒垫圈式密封,为保证密封作用,旋转部分与固定部分的径向间隙应小于0.2-0.3mm,在密封处应有回油控,以防漏油。
 
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