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数控机床是集成高新技术的现代制造业装备,同时能够体现出一个国家的综合实力。然而国内中高端数控机床大多数还依赖于进口产品,其中可靠性一直是制约国产数控机床走向高端的瓶颈,虽然目前国内大部分企业主机产品的平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)指标已由300小时提升到1400小时以上,但与国外同类型机床相比,其可靠性水平至少低一倍。可靠性水平低不仅造成正常使用过程中出现不必要的停机时间,进而降低生产效率,而且还给机床制造企业带来极大的维修成本,更有甚者,国内机床在竞争市场上呈现出寸步难行的局面。因此提高国产数控机床可靠性刻不容缓。本文依托国家《高档数控机床与基础制造装备》科技重大专项“机床制造过程可靠性保障技术研究与应用”(项目号:2016ZX04004-005),以国内某机床企业的数控磨床(YK7332A)为研究对象,使用统计量最小原则选取了最优可靠性评估模型。采用可靠性分析方法,确定了影响机床薄弱环节的关键部件,并运用ANSYS软件对其进行可靠性优化与分析,提高了关键部件的可靠度,最终对提升整机的可靠性具有一定的贡献。论文主要研究内容包括如下:(1)采用四分位距(Interquartile range,IQR)法对故障数据的离群值进行识别,初步判断有效故障数据有可能服从的分布类型。运用Minitab绘制出假设分布模型的概率图,从而实现对故障分布模型的优选,并采用极大似然估计法确定了机床服从故障率为?(28)0.00213的指数分布,掌握了机床可靠性特征量规律,为设计人员在机床可靠性改善方面提供参考依据。(2)通过失效模式和影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)对机床整机展开故障部位、故障模式、故障原因分析,找出影响机床的故障频发部位。利用重要度数学模型确定了电主轴系统为整机中最核心的子系统,进而结合故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)和层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)确定了影响电主轴系统的关键故障因素及关键功能部件(主轴),并提出可靠性改善措施,以提高机床的可靠性。(3)通过ANSYS Workbench分析确定了电主轴的实际失效机理为静刚度不足,因此建立具有拉伸和压缩的弹簧单元(Combin14)代替轴承支承,分析了主轴在实际工况下的动静态特性。为了提高电主轴动静态性能,本文采用了响应面优化方法中的遗传算法响应类型对其进行响应面优化,优化结果表明:主轴质量减轻了3.78%,静刚度提升了19.44%,第一阶固有频率也提升了9.65%,具有更为良好的动静态性能。(4)考虑到各随机变量(结构几何尺寸、外载荷、材料性能和轴承刚度)对电主轴静刚度影响,运用ANSYS Workbench中的3?原理对随机变量进行灵敏度和相关性分析,最后选用拉丁超立方体抽样方法对随机样本进行抽样,分析结果表明优化后的电主轴结构可靠度从87.731%提升到99.99%,确保了优化后的电主轴具有更高的可靠性。