汽车行业作为我国的支柱型产业之一,其关键零部件加工质量和生产效率直接关系到汽车的动力性、经济性和环保性。作为汽车动力系统零部件主要加工机床之一,立式加工中心的高精度、高效率以及高可靠性是我们追求的目标、也是汽车行业提档升级的基础。国外加工中心的可靠性已经达到了较高的水准,然而国内的加工中心在早期使用阶段故障频发,一直制约着机床行业和汽车行业从中端迈向高端的发展,因此消除立式加工中心早期故障,提高其可靠性已经刻不容缓。本文依托重庆市科委“汽车动力系统关键零部件加工数控机床增效技术开发与应用”项目(项目编号:cstc2017zdcy-zdzxX0005),以重庆市某机床企业所生产的立式加工中心(VTC-32S)为研究对象,使用统计检验法则建立了与故障数据相匹配的可靠性模型,确定了机床的早期故障期;将故障失效模式及影响分析(FMEA)与故障树分析(FTA)技术相结合,确定了早期故障期的严重故障模式和导致相应早期故障产生的重要底事件;针对故障频发的子系统,设计早期故障试验方案并进行相应的试验;最后对总装过程装配精度进行了相关分析。论文主要研究内容包括以下几个方面:(1)立式加工中心故障率曲线建模。采用统计量检验法对机床故障数据进行独立同分布检验,初步判定故障数据符合随机点过程的非齐次泊松过程(NHPP);运用图检法进行趋势检验,进一步确定故障数据服从NHPP中的浴盆曲线模型;采用最大期望算法(EM算法)求解了几类可能符合故障数据的浴盆曲线模型参数;并使用赤池信息准则(AIC)和拟合优度R确定了边界浴盆强度过程(B-BIP)模型是最优模型,从而确定了早期故障期约为1588h。(2)立式加工中心结构层次划分及早期故障分析。根据早期故障期,对处于早期故障期的故障数据进行统计,得到自动换刀子系统是故障频发的子系统;基于群组层次分析法(GAHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)建立了早期FMEA分析模型,得到“几何精度超标”是最严重的故障模式。并根据故障数据统计,以“Z轴垂直度超标”为顶事件,运用下行法和模糊评价法进行定性和定量分析,得到零部件装配精度低是导致该顶事件发生的重要底事件。(3)基于载荷谱的自动换刀系统早期故障排除试验。针对故障频发的自动换刀子系统(ATC),收集实际工况信息,确定了服从双对数正态分布的单刀相对重量谱、服从威布尔分布的刀库相对重量谱以及服从Clayton Copula联合函数的二维载荷谱;并根据二维载荷谱进行了早期故障试验方案的设计,包括分级加载表、任务剖面等。最后,通过对试验结果的分析,采取了相应的整改措施。(4)基于状态空间模型的装配精度分析。总装环节是整机质量形成的最终环节,其装配精度直接影响着整机性能,因此先在小位移旋量(SDT)理论的基础上进行了零件装配偏差传递分析,然后综合考虑零件加工误差和自身重力引起变形的影响,建立了机床总装过程的状态空间模型。最后,针对机床的Z轴垂直度,进行了装配精度分析计算。