第2期 2018年2月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)02003403
D0I :10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2018. 02. 009
基于蒙特卡罗方法的机床主轴可靠性预测
刘智键1,2，刘宝林1,2胡远彪1,2
No.2 Feb.2018
（1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京100083；2.国土资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京100083）
摘要：针对机床主轴可靠性的预测，提出了一种基于蒙特卡多模拟仿真的机床主轴可靠度求解方法。阐述蒙特卡罗理论并建立主轴可菲性预测模型，采集机床主轴输出端电机的电压和电流信号，计算出电机的输出功率，并画出功率的时域图，结合数理统计和概率论相关理论得到样本均值的置信区间和可信度。利用蒙特卡罗仿真产生符合抽样样本的总体分布的随机数，通过置信区间和功能函数计算出机床主轴可靠性的无偏估计，判断数控机床运行状态下主轴的可靠性。实验数据结果分析表
明，该方法可以有效地判断机床主轴可靠性预测，验证了方法的可行性。关键词：蒙特卡罗方法；可靠性；评估；置信区间
中图分类号：TH16；TG659
文献标识码：A
ReliabilityPrediction of MachineTool Spindle Based on MC Method
LIU Zhi-jian'-2, LIU Bao-lin'2, HU Yuan-biao'-2
(1. School of Engineering and Technology , China University of Geosciences ( Beijing) , Beijing 100083, Chi-na; 2. Key laboratory on Deep Geo-Drilling Technology of the Ministry of Land and Resources, Beijing 100083,China）
Abstract: Based on the prediction of the reliability of spindle, a method of reliability of spindle based on monte carlo simulation is presented. Monte carlo spindle reliability prediction model is established, the ac-quisition of machine tool spindle motor output voltage and current signals, and then calculate the output pow-er of the motor, and draw the power of the time-domain diagram, combined with the mathematical statistics and probability theory related theory to get the confidence interval of sample mean and credibility. Conform to the overall distribution of the sample by monte carlo simulation of random Numbers, use of confidence in-terval and the function function to calculate the reliability of the machine tool spindle unbiased estimates, de-termine the reliability of nc machine tools spindle running condition. The results of experimental data show that this method can effectively determine the reliability prediction of machine tool and verify the feasibility of the method
Key words: monte carlo methods; reliability; evaluation; fiducial interval
0引言
随着智能制造技术的不断发展，机械加工技术和加工精度要求也越来越高，特别是现代智能化数控机床加工，由于实现了智能化技术，对数控机床主轴的可靠性提高了要求，
机床主轴可靠性预测是数控机床整体系统可靠性预测的重要环节之一，主轴可靠性与否对机床整体加工影响特别大，对提高生产效率、降低生产成本具有重要的意义]。因此，在维修机床故障过程中，机床主轴可靠性预测方法的研究显得尤为重要。首先，吉林大学机床实验室等对机床主轴进行寿命研究，以加速机
收稿日期：2017-09-28；修回日期：2017-11-01
*基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（2014AA06A614）
床主轴寿命试验方法为基础，为主轴可靠性研究提供数据参考[2]；西安理工大学机床研究课题组提出了一种基于性能可靠性研究的方法，且应用到机床主轴可靠性能的研究[34]。以上两者对机床主轴可靠性分析存在两点不足之处：①加速机床寿命试验方法时间周期长，计算精度不高；②实验采集的数据样本量小，不足以验证方法的准确性。
针对以上不足之处，本文提出了一种基于蒙特卡罗模拟仿真的机床主轴可靠度求解方法。该方法借助于计算机技术建立主轴可靠性分析模型，将采集的大量样本数据传输计算机软件进行计算分析，实现了大
作者简分券数据983一），男，辽宁彰武人，国土资源部深部地质钻探技术重点实验室工程师，中国地质大学（北京）博士研究生，研究方向为工
程机覆滤压系统的研究，（E-mail）lzjcumtb@126.com。