随着我国产业结构的升级和经济的不断发展,作为装备制造业工作母机的数控机床需求量逐年增加,并且数控机床的市场需求也逐步向高端化方向发展。可靠性作为衡量数控机床质量的重要指标,也是市场竞争的焦点,因此备受关注。然而国产数控机床的可靠性与国际先进水平相比,还存在较大的差距,这也是导致国产数控机床在市场竞争中处于弱势地位的主要原因之一。故障频发是国产数控机床可靠性不足的主要表现,因此做好故障诊断,在合适的时间,针对相应的故障部位和故障原因进行故障消除,是提高数控机床固有可靠性的主要手段之一。论文结合“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项项目“800mm精密卧式加工中心研发与国产功能部件配套应用”(NO.2013ZX04005-012)。以某系列卧式加工中心为研究对象,建立了一套故障主动消除体系,该体系主要包括以下几个部分内容:①产品定义分析主要目的是对产品进行了解,掌握其结构组成、可以实现的功能、规定的技术要求、工作环境等,这是分析其故障征兆和性能退化的重要前提。另外,分析产品所有潜在故障模式及其危害度,可以为后续分析对象的选取提供参考,并为设计、制造、使用等阶段的工作提供依据。结构组成、基本功能、技术要求、可靠性指标等信息可以在产品的使用说明书中进行查找;产品每个结构组成部分所能实现的功能、产品所有的潜在故障及其危害性排序等可以通过FMECA(Failure Mode and Effects and Criticality Analysis)工作进行确定。②可靠性试验是对上述FMECA工作的分析结果中某一故障模式进行可靠性试验,这里进行可靠性试验的目的是为了激发产品的故障征兆并反映出与其相关性能参数的退化轨迹,为后续的故障征兆分析和退化轨迹的预测提供依据。根据产品的工况谱和载荷谱等信息,确定可靠性试验的应力类型和应力水平,选择合适的性能参数进行监测,确定综合应力剖面并进行试验,记录试验数据,为后续的故障征兆分析提供依据。③故障征兆分析通过可靠性试验,激发出故障征兆,并获得性能退化数据后,需要对故障征兆对应的潜在故障进行定性分析,找出潜在故障的发生原因;对性能退化数据进行定量分析,确定性能退化轨迹并进行预测,根据事先确定的阈值,确定故障发生时间。针对确定的故障时间点,对故障原因进行隔离,达到故障发生前主动消除的目的。这是本体系的重点,主要包括定性分析和定量分析两部分。定性分析:首先通过故障树分析,分析潜在故障模式的原因;因为故障并没有发生,还不知道到底是哪个或哪些原因会导致故障发生,所以需要通过层次分析法,确定故障原因相对于故障模式的相对权重,为故障消除提供参考依据。定量分析:首先通过基于支持向量机的时间序列法拟合一组应力水平下,产品的性能退化轨迹,并预测故障发生时间;然后通过神经网络,建立失效时间和应力水平的关系,达到已知任意一组应力水平,都可以得知失效时间的目的。④故障征兆消除阶段通过对故障征兆的定量分析确定经济合理的维修时机,通过定性分析,确定故障征兆产生的具体原因和产生机理,在设计(结构设计、材料选择、外购件选型)、制造(加工工艺、装配工艺、工作环境)、使用维护(使用工况、操作技能、维护保养)等各方面在合适的维修时间点采取相应措施对故障征兆的原因进行隔离,在故障发生前做到故障主动消除,进而可以达到避免被迫停机造成重大损失、提高运行效率、缩减维修成本、提高产品固有可靠性的目的。