基于灰色理论的数控磨床可靠性预测研究

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数控磨床作为现代制造业的工作母机,同时也是现代电子信息技术与机械制造技术的完美结合,其综合水平在一定程度上已成为衡量一个国家创新能力、科技水平和综合国力的重要标志。目前,由于国家对数控磨床研究的高度重视,国产数控磨床的研发生产能力和应用水平发展迅速,但与国外先进水平相比仍存在一定差距。其中,在数控磨床可靠性方面体现的尤为明显。可靠性水平偏低不仅成为制约整个数控机床行业发展的瓶颈,同时也是国产数控磨床市场占有率低、关键功能部件及中高档数控机床依赖进口的直接原因。我国作为制造业大国,全面提升国产数控磨床可靠性不仅有利于满足国内制造业对高性能机床的需求,还可以促进国家工业地位和综合国力水平的提升,具有深远的战略意义。  本研究旨在提高国产数控磨床可靠性,针对数控磨床可靠性预测中亟需解决的问题进行了研究。以某型号国产数控磨床为研究对象,建立一套基于灰色理论的可靠性预测模型,利用收集整理得到的故障数据对其进行可靠性预测建模,最终预测出四个关键子系统的故障时间。该方法为解决当前数控磨床可靠性预测中存在的故障数据缺乏、精度低等问题提供了一种行之有效的新思路。论文开展了以下几个方面的研究:  (1)首先介绍了国内外数控机床可靠性研究领域的最新研究动态。针对目前国产数控机床尤其是数控磨床可靠性偏低的问题,阐明本课题研究的意义,提出本文的研究方向。  (2)阐述了数控磨床可靠性及可靠性预测的定义,提出了数控磨床可靠性的几个主要指标:平均无故障间隔时间、可靠度、累积故障分布概率、故障密度函数,以及各个函数的性质。揭示了数控磨床故障发生的三个阶段,最后总结出了数控磨床失效模式的七个大类,为数控磨床可靠性预测的研究奠定了理论基础。  (3)结合现场收集的96条有效的数控磨床故障数据建立了可靠性模型。结果表明该系列数控磨床故障间隔时间服从两参数威布尔分布,最终确定了几种主要的可靠性模型,并得出其函数曲线。  (4)针对数控磨床故障数据缺乏的问题,以灰色理论为依托,建立数控磨床的预测模型,并实现对模型的数学求解。阐述了灰色预测建模的理论基础,对原始的数据生成序列进行数据累加生成新的数列,再对此数列进行光滑准指数检验。对数控磨床的故障提出采用灰色理论建立故障灰色预测模型,检验通过后建立GM(1,1)灰色预测模型,然后再进行参数估计和模型精度检验。对检验不合格精度不高的模型进行残差修正,建立残差修正模型,以提高预测精度。  (5)根据所研究的同一系列数控磨床的实际情况,将整机分为15个子系统,对故障部位进行统计分析,获得主要故障系统。以数控磨床主轴系统为例,建立故障预测模型。通过预测模型成功预测出了各关键子系统下一次发生故障的时间,机床用户可依据这些信息为数控磨床故障及维修提前做好准备。
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