重型数控机床主要用于大型零部件的加工，是国防军工、航天、船舶、能源、机械等国家重点企业的当家把关装备。由于重型数控机床是集成机械、电气、液压、和信息等多项技术的机电一体化产品，具有样本少、结构复杂、质量大、寿命长、故障多样等特点。传统的可靠性评估方法（基于失效数据）所需样本多，且对于可靠性高、寿命长的产品评估难度较大。因此仅仅采用基于失效的可靠性评估方法难以真实全面的反映重型数控机床可服役可靠性的变化情况。为解决这一问题，本文提出了基于“故障”“加工稳定性”“性能保持性”三个角度的不同的可靠性评估方法来全面的评估重型数控机床的服役可靠性，对重型数控机床提供具有指导意义的可靠性评估结果。在可靠性评估的基础上，对重型数控机床的可靠性增长技术进行了研究，提出了基于FMEA的维修策略优化方法和基于加工过程非线性动力学模型的多目标加工工艺参数优化方法，从而在维修和控制参数的角度对重型数控机床的服役可靠性进行了提高。本文围绕基于失效、动态特性参数、性能劣化参数的三种可靠性评估方法，构建了重型数控机床服役可靠性评估体系，开展了基于“故障”“加工稳定性”和“性能保持性”的重型数控机床服役可靠性评估和可靠性增长技术研究，具体内容包括：（1）给出了重型数控机床服役可靠性的定义，并从狭义可靠性、性能可靠性、维修可靠性、可用性四个角度建立了比较全面的重型数控机床的可靠性评估指标体系。从“故障”“加工稳定性”“性能保持性”三个不同的角度论述了重型数控机床可靠性的评估问题，并对三个不同角度出发的可靠性评估方法进行了国内外的研究概况分析。（2）从“故障”的角度对重型数控机床服役可靠性进行分析，并基于重型数控机床失效数据进行可靠性评估，得到机床的各项可靠性指标。该评估方法通过绘制多台重型数控机床生产加工中的故障间隔时间及维修时间数据的概率密度函数及累计概率密度函数的散点图，通过对比排除法得到该类型重型数控机床的故障间隔时间和维修时间可能遵循的几类分布模型。通过K-S假设检验验证各假设分布的正确性并最终得到机床故障间隔时间和维修时间所满足的分布模型。由此可计算出重型数控机床的多项可靠性指标。（3）从“加工稳定性”的角度对重型数控机床进行可靠性分析，通过基于机床动态特性参数的可靠性评估方法对机床的工艺可靠性进行了评估。该评估方法分析了机床-刀具-工件系统的振动特性并建立了机床加工过程的非线性动力学模型，通过激励试验和切削实验得到频率响应函数和切削力与进给速度之间的非线性关系，进而通过拟合和参数辨识得到机床的固有动态特性参数（固有频率、阻尼和刚度系数）和切削力模型参数。将各项参数代入到加工过程非线性动力学模型后求解得到机床的仿真振动曲线，用实际振动曲线对仿真曲线进行验证后，并由仿真曲线求得机床在指定工况下的工艺可靠性指标值。（4）分析重型数控机床在使用过程中的性能劣化现象，从“性能保持性”的角度分析了对重型数控机床的可靠性，基于性能劣化数据进行机床的可靠性评估。采用隐马尔科夫链模型（HMM）描述机床的性能劣化过程与机床运行状态的隐含关系，根据机床的少样本多性能的特点，对标准隐马尔科夫链模型进行改进，得到可用于多性能多序列训练的马尔科夫链模型，经过对多台重型数控机床的多项关键性能参数数据的训练得到模型的参数估计值，然后基于此模型进一步计算得到该类重型数控机床的各状态概率变迁曲线和性能可靠度变迁曲线。（5）分析维修对重型数控机床可靠性增长的影响，提出了基于模糊故障影响图的FMEA分析法，在FMEA分析结果的基础上充分考虑维修的成本、耗时等因素，针对不同的故障模式对可靠性的影响采用不同的维修策略，在保证有效提高可靠性的同时能更好的节约维修时间和维修成本。（6）分析不同的加工工艺参数对加工稳定性的影响，提出优化加工工艺参数组合达到提高重型数控工艺可靠性的目的。同时，本文还将加工过程中的生产率、生产成本、加工尺寸精度以及表面粗糙度等因素引入到加工工艺参数的优化过程中，构建了基于加工过程非线性动力学模型的多目标加工工艺参数优化模型，并通过网格寻优算法对加工工艺参数的可行域进行寻优，由此得到更稳定、更快速、更低成本的加工工艺参数组合，尽可能的提高了机床的加工性能和加工稳定性。最后，对全文进行了总结，并指出了进一步的研究方向。