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数控装备是具有高科技含量的工作母机,是制造业实现现代化的关键装备,其技术水平的高低代表了一个国家制造业的发展水平。近年来,我国的制造业进入了快速发展期,数控装备不断向着功能复合化、装备柔性化、高精度、高速度、高可靠性的方向发展。主轴系统作为数控装备的关键功能系统,其性能的好坏对数控装备的加工精度及加工效率有着至关重要的影响,是保证数控装备加工精度的核心部件,本文以某型精密数控车床的主轴系统为研究对象,对其进行可靠性研究。主要工作如下:(1)针对主轴系统进行故障模式、影响及危害性分析(Failure Modes,Effects and Criticality Analysis,简称FMECA)和故障树分析(Fault Tree Analysis,简称FTA)。通过收集的现场故障数据与具有相似结构的车床主轴系统的故障数据,结合主轴系统的结构特点及工作原理通过合理的逻辑推论进行主轴系统故障模式及影响分析;结合层次分析法、模糊理论、加权欧几里得距离和质心法对主轴系统各故障模式进行危害性分析;根据FMECA结果,通过分析建立主轴系统故障树,并以建立的故障树为模型进行定性分析及定量计算,最终确定主轴系统的薄弱环节。分析结果表明:轴承磨损是主轴系统性能下降的薄弱环节。(2)针对轴承磨损这一精密数控车床主轴系统的主要薄弱环节,开展考虑轴承动态磨损的主轴径向跳动分析,提出一种主轴轴承时变间隙模型及主轴轴端时变径向跳动模型构建方法。该方法首先基于赫兹接触理论建立主轴轴承的接触模型,计算轴承的最大接触应力、接触载荷及接触区域等参数;然后结合Archard疲劳磨损理论建立主轴轴承的时变磨损模型;最后通过建立轴承的时变间隙模型,分别建立考虑单个轴承和成对安装轴承间隙的主轴轴端时变径向跳动模型,并对安装有一对角接触球轴承的主轴进行了轴端径向跳动分析。(3)开展考虑精度退化的主轴系统时变可靠性计算方法研究。首先基于主轴轴端的时变径向跳动模型,采用应力-强度干涉理论建立主轴可靠性功能函数,考虑到主轴可靠性功能函数的复杂性,将重要抽样方法与Kriging模拟技术相结合,提出基于Kriging重要抽样方法的考虑轴承动态磨损过程的主轴时变可靠性分析方法,并将计算结果与改进一次二阶矩法及Monte Carlo模拟分析方法的计算结果进行对比验证,结果表明,基于Kriging模拟技术重要抽样方法在提高计算效率的同时能够获得较高的计算精度,最后基于重要抽样方法对主轴系统进行可靠性灵敏度分析。