GB/T 23567.3-2018 数控机床可靠性评定 第3部分：数控车床与车削中心

　　ICS 25 . 040 . 20 J 50

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　数控机床可靠性评定

　　第 3 部分：数控车床与车削中心

　　Reliabilityevaluationfornumericalcontrolmachinetools—

　　part3：Numericallycontrolledturningmachinesandturningcentres

　　2018-07-13 发布 2019-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　前 言

　　GB/T 23567《数控机床可靠性评定》拟分为以下八个部分：

　　— 第 1 部分：总则;

　　— 第 2 部分：加工中心;

　　— 第 3 部分：数控车床与车削中心;

　　— 第 4 部分：数控铣床;

　　— 第 5 部分：数控磨床;

　　— 第 6 部分：数控齿轮加工机床;

　　— 第 7 部分：五轴联动机床;

　　— 第 8 部分：复合加工机床。

　　本部分为 GB/T 23567 的第 3 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分由中国机械工业联合会提出。

　　本部分由全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC 22)归口 。

　　本部分起草单位：国家机床质量监督检验中心。

　　本部分起草人：赵钦志、张维、官端阳、王军见、陈妍言、李书林。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　数控机床可靠性评定

　　第 3 部分：数控车床与车削中心

　　1 范围

　　GB/T 23567 的本部分规定了数控车床与车削中心(以下简称机床)在进行可靠性符合性验证、测定和评定时的试验方式、试验要求、试验方法、数据采集和记录、可靠性评定。

　　本部分适用于数控车床与车削中心的可靠性符合性验证、测定和评定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2900 . 13—2008 电工术语 可信性与服务质量

　　GB 5226 . 1—2008 机械电气安全 机械电气设备 第 1 部分：通用技术条件

　　GB/T 6477—2008 金属切削机床 术语

　　GB 22997—2008 机床安全 小规格数控车床与车削中心

　　GB 22998—2008 机床安全 大规格数控车床与车削中心

　　GB/T 23567 . 1—2009 数控机床可靠性评定 第 1 部分：总则

　　JB/T 2322.2—2006 卧式车床 第 2 部分：技术条件

　　3 术语和定义

　　GB/T 2900 . 13—2008、GB/T 6477—2008、GB/T 23567 . 1—2009 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 为了便于使用，以下重复列出了 GB/T 2900 . 13—2008、GB/T 6477—2008 中的某些术语和定义。

　　3.1

　　数控车床 numericallycontrolledturningmachine

　　主运动为工件相对刀具旋转，切削能是由工件而不是刀具提供的数控机床。

　　注：该类数控机床由数字控制装置提供自动功能。

　　[GB/T 6477—2008,定义 3 . 1 . 1]

　　3.2

　　失效 failure

　　产品完成要求的功能的能力的中断。

　　注 1 ：失效后，产品处于故障状态。

　　注 2 :“failure(失效)”与“fault(故障)”的区别在于，失效是一次事件，故障是一种状态。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　注 3：这里定义的“失效”，不适用于仅由软件构成的产品。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-04-01]

　　3.3

　　设计故障 designfault

　　产品设计不当引起的故障。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-05-09]

　　3.4

　　制造故障 manufacturingfault

　　由于产品未按设计或规定的工艺制造而引起的故障。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-05-10]

　　3.5

　　间歇故障 intermittentfault

　　在有限的时间内出现，随后产品未经任何修复性维修即能恢复完成要求的功能的故障。

　　注：这类故障经常会再现。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-05-17]

　　3.6

　　故障模式 faultmode

　　对给定的要求的功能，故障产品的可能状态之一 。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-05-22]

　　3.7

　　故障识别 faultrecognition

　　识别有故障的事件。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-07-20]

　　3.8

　　失效原因 failurecause

　　设计、制造或使用期间导致失效的因素。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-04-17]

　　3.9

　　失效机理 failuremechanism

　　引起失效的物理、化学或其他过程。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-04-18]

　　3 . 10

　　符合性试验 compliancetest

　　表明产品的某一特征或某一性质是否符合所述要求的试验。

　　[GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-14-02]

　　3 . 1 1

　　模拟现场试验 simulationfieldtest

　　在指定和受控条件下(可模拟或不模拟现场实际工况)所做的符合性试验或测定试验。

　　注：改写 GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-14-04 。

　　3 . 12

　　跟踪统计现场试验 trackingofstatisticalfieldtest

　　在对工作、环境、维修和测量条件均作记录的用户现场，采取跟踪统计方式进行的符合性试验或测定试验。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　注：改写 GB/T 2900 . 13—2008,定义 191-14-05 。

　　3 . 13

　　快速试验 quicktest

　　为缩短可控性试验进程，在机床工作机理不变和保障安全裕度下，施加的载荷水平超过机床正常工作水平的试验。

　　4 试验方式

　　4 . 1 试验方案

　　4 . 1 . 1 试验选择

　　采用的机床可靠性试验方式，模拟现场试验和跟踪统计现场试验两者任选其一 。

　　4 . 1 . 2 模拟现场试验

　　对于新研制和新改进的机床，应采用无替换的定时截尾试验的模拟现场试验。 模拟现场试验一般应为连续可靠性试验。

　　4 . 1 . 3 跟踪统计现场试验

　　对于批量生产的机床，应采用定时截尾或定数截尾的跟踪统计现场试验。

　　4 . 1 . 4 重新试验

　　因各种原因中途停止试验，应重新进行试验。

　　4 . 2 定时截尾试验时间

　　4.2. 1 采用快速方式的模拟现场试验，每台样机累积试验时间 T≥200 h。

　　注：对于非快速试验，可根据机床每天工作班次和试验目的来确定截尾时间。

　　4.2.2 采用跟踪统计现场试验，每台样机累积试验时间 T≥2 000 h。

　　4 . 3 定数截尾试验

　　采用定数截尾方式的截至试验要求按有关规定。

　　5 试验要求

　　5 . 1 试验环境

　　室温。

　　5 . 2 预检验

　　5 . 2 . 1 试验前，按使用说明书或技术文件的要求对机床进行预检验。 机床预检验合格后，方可进行可靠性试验。

　　5 . 2 . 2 试验前，不准许对机床进行任何质量方面的特殊处理。

　　5 . 3 试验装置和仪器

　　5 . 3 . 1 采用的可靠性试验装置应安全、可靠，并应满足试验要求。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　5 . 3 . 2 采用的测量仪器应经过标定，并在标定期限内。

　　5 . 4 模拟现场试验

　　5 . 4 . 1 应尽量模拟机床的实际使用工况。

　　5 . 4 . 2 机床的润滑、冷却等系统应在正常工作状态下。

　　5 . 4 . 3 试验装置应尽量安放在工作台中间位置，并应牢固可靠。

　　5 . 4 . 4 刀库中应装有最重、最长、最大直径模拟刀具。

　　5 . 4 . 5 应根据试验机床特性，编制试验用载荷谱和工况谱。

　　5 . 4 . 6 采用快速试验时，不应改变机床工作原理，以及故障和失效机理。

　　5 . 5 跟踪统计现场试验

　　5 . 5 . 1 机床的运行工况应具有代表性，并符合产品设计或说明书的规定。

　　5 . 5 . 2 选择的样机应尽可能在相似的工况条件下。

　　5 . 5 . 3 机床应经过早期故障筛除运行试验。

　　5 . 5 . 4 所有试验机床应有辨识用编号。

　　5 . 6 预防性维护

　　试验过程中允许按规定程序进行正常的预防性维护(如必要的更换、调整、润滑等)。

　　5 . 7 故障判定和计数原则

　　5 . 7 . 1 故障的判定原则应按 GB/T 23567 . 1—2009 中 4 . 1 的规定。

　　5 . 7 . 2 故障的计数原则应按 GB/T 23567 . 1—2009 中 4 . 2 的规定。

　　5 . 8 抽样

　　5 . 8 . 1 抽样原则应按 GB/T 23567 . 1—2009 中 5 . 1 的规定。

　　5 . 8 . 2 抽样数量根据抽样原则，在产品中随机抽样。 抽样数量按表 1 的规定。

　　表 1 抽样数量 单位为台

　　6 试验方法

　　6 . 1 模拟现场试验

　　6 . 1 . 1 试验内容

　　机床模拟现场试验的试验内容见表 2 。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　表 2 机床模拟现场试验一览表

　　6 . 1 . 2 试验过程

　　6 . 1 . 2 . 1 空运转试验

　　6. 1 .2. 1 . 1 机床按 JB/T 2322.2—2006 或企业编制的数控程序进行空运转试验。

　　6. 1 .2. 1 .2 机床空运转试验时间应至少为 24 h。

　　6 . 1 . 2 . 1 . 3 试验中，冷却液应开启。

　　6 . 1 . 2 . 2 轴线加载试验

　　6. 1 .2.2. 1 在模拟工作状态下，对机床 x 轴、z轴分别进行加载试验。

　　6 . 1 . 2 . 2 . 2 加载力、加载时间、加载频次应按载荷谱的规定。

　　6 . 1 . 2 . 2 . 3 主轴转速、进给速度等运行参数应按工况谱的规定。

　　6 . 1 .2 .2 .4 每个轴线加载时间应至少 40 h。

　　6 . 1 . 2 . 3 主轴系统静刚度试验

　　6 . 1 . 2 . 3 . 1 分别在每个轴线加载后，进行主轴系统静刚度试验。

　　6. 1 .2.3.2 在模拟工作状态下，应在 x 方向对机床主轴进行静刚度加载试验(见图 1)。

　　6 . 1 . 2 . 3 . 3 加载力不应超过设计规定的最高载荷。

　　6 . 1 . 2 . 3 . 4 加载力应分三档(轻载、中载、重载)进行加载，并且每档加载力应重复三次。

　　6. 1 .2.3.5 记录主轴在 x 轴方向上的弹性位移值，绘出相应的弹性位移曲线，并计算出主轴在最大静负载下的静刚度。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　图 1 静刚度试验

　　6 . 1 . 2 . 4 主轴扭矩和功率加载试验

　　6 . 1 . 2 . 4 . 1 在模拟工作状态下，在机床低速运转下进行扭矩加载试验;在机床高速运转下进行功率加载试验。

　　6 . 1 . 2 . 4 . 2 加载力、加载时间、加载频次应按载荷谱的规定。

　　6 . 1 . 2 . 4 . 3 主轴转速等运行参数应按工况谱的规定。

　　6. 1 .2.4.4 扭矩加载和功率加载时间分别应至少 24 h。

　　6 . 1 . 2 . 5 典型试件切削试验

　　6 . 1 . 2 . 5 . 1 试件切削试验：GB/T 16462 . 6—2017,或按企业标准、技术规范的规定，对样机进行典型试件工作精度切削试验。

　　6 . 1 . 2 . 5 . 2 加工试件的数量由试验方和制造方协商确定。

　　6 . 1 . 2 . 6 强化空运转试验

　　6 . 1 . 2 . 6 . 1 在空运转试验内容基础上采取强化措施，数控程序的设置应包括：主轴采用中速和高速运转，增加部件快速移动和主轴高速运行的时间，增大冷却液体的喷射量、增加模拟切削运动等。

　　6 . 1 .2 .6 .2 空运转加速试验时间应至少 24 h。

　　6 . 1 . 2 . 7 安全试验

　　6 . 1 . 2 . 7 . 1 按 GB 5226 . 1—2008、GB 22997—2008 或 GB 22998—2008 的规定进行相关安全试验。 一般应包括安全防护装置、联锁装置、控制装置、运动部件、刀架装置、排屑装置等试验。

　　6 . 1 . 2 . 7 . 2 机床动作安全试验的次数应至少 20 次，功能安全试验应至少 10 次，其他试验的次数按有关规定进行。

　　6 . 1 . 2 . 8 机床精度检验

　　6 . 1 . 2 . 8 . 1 在试验前、每个加载试验阶段后、整个试验结束后均应进行几何精度、定位精度和重复定位精度检验。

　　6 . 1 . 2 . 8 . 2 几何精度检验按 GB/T 16462 . 1—2007,或按企业标准、技术规范的规定。

　　6 . 1 . 2 . 8 . 3 定位精度和重复定位精度检验按 GB/T 16462 . 4—2007,或按企业标准、技术规范的规定。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　6 . 2 跟踪统计现场试验

　　6 . 2 . 1 一般应从产品投入使用时进行现场跟踪。

　　6 . 2 . 2 试验停止后，应对样机的性能和主要安全功能进行检验。

　　7 数据采集和记录

　　7 . 1 模拟现场试验

　　7 . 1 . 1 试验过程中应随时检查机床运行的情况，并做好记录(参见附录 A 的表 A. 1) 。记录应准确，凡涂改之处，应有记录人的签章并说明理由。

　　7 . 1 . 2 一旦发生故障，应立即停机检查，检验人员对每一故障立即进行记录，并填写“故障记录表” (参见表 A. 2)和“可靠性试验报告”(参见 A. 3) 。

　　7 . 1 . 3 在试验过程中，达到寿命期限的耗损件和配套件的更换不计故障，但应作记录。

　　7 . 2 跟踪统计现场试验

　　7 . 2 . 1 机床可靠性现场跟踪试验的数据采集点应至少 2 个 。

　　7 . 2 . 2 数据采集可由试验方或组织用户进行。 由用户采集数据时，应对用户进行培训，使用户明确有关定义和含义，掌握故障记录方法，并应向用户提供机床的故障记录表和故障分析报告。

　　7 . 2 . 3 试验方应定期到用户现场了解情况，并对具体问题予以指导，并应定期或一次性对用户的记录和报告进行回收，并负责保存。

　　8 可靠性评定

　　8 . 1 平均故障间隔时间 MTBF估计

　　8 . 1 . 1 平均故障间隔时间 MTBF估计的计算按式(1)的规定。

　　n

　　……………………( 1 )

　　式中：

　　k — 可靠性系数;

　　Tj — 评定周期内第 j台机床的累积工作时间，单位为小时(h) ;

　　rgj — 评定周期内第 j台机床的有效累积功能故障数，单位为个;

　　rsj — 评定周期内第 j台机床的累积失效，单位为个;

　　n — 样机数量，单位为台。

　　8. 1 .2 可靠性系数 k应符合附录 B 的 B.1 规定。

　　8. 1 .3 失效数rsj应符合 B.2 规定。

　　8 . 2 可靠性试验结果评定

　　应按 GB/T 23567 . 1—2009 中第 12 章的规定进行。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　附 录 A

　　(资料性附录)可靠性试验记录

　　A.1 可靠性试验运行记录

　　机床可靠性试验运行记录见表 A. 1 。

　　表 A.1 机床可靠性试验运行记录表

　　(盖章)

　　A.2 可靠性试验故障记录

　　机床可靠性试验故障记录见表 A. 2 。

　　表 A.2 机床可靠性试验故障记录表

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　　(盖章)

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　A.3 可靠性试验报告

　　机床可靠性试验报告式样见表 A. 3 。

　　表 A.3 机床可靠性试验报告式样

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　表 A.3(续)

　　试 验 报 告

　　报告编号： 共 ×页 第 ×页

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　表 A.3(续)

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　附 录 B

　　(规范性附录)

　　可靠性系数 k和失效数rs

　　B.1 可靠性系数 k

　　B.1 . 1 可靠性系数 k 的计算

　　可靠性系数 k 的计算按式(B.1)的规定。

　　k=kz ·ks ·kq ……………………( B.1 )

　　式中：

　　kz — 制造系数;

　　ks — 试验系数;

　　kq — 强化系数。

　　B.1 .2 可靠性制造系数 kz

　　B.1 .2. 1 可靠性制造系数 kz 的计算按式(B.2)的规定。

　　kz =kz1 ·kz2 ·kz3 ……………………( B.2 )

　　式中：

　　kz1 — 数控轴线系数;

　　kz2 — 装配系数;

　　kz3 — 装配环境系数。

　　B.1 .2.2 可靠性制造系数 kz 的选取按表 B.1 的规定。

　　表 B.1 可靠性制造系数 kz

　　B.1 .3 可靠性试验系数 ks

　　B.1 .3 . 1 ks 的计算按式(B.3)的规定。

　　ks = ks1 ·ks2 ·ks3 ·ks4 ·ks5 ·ks6 ……………………( B. 3 )

　　式中：

　　ks1 — 力载荷系数;

　　ks2 — 扭矩载荷系数;

　　ks3 — 加载时间系数;

　　ks4 — 主轴转速系数;

　　ks5 — 主轴起停系数;

　　ks6 — 换刀频次系数。

　　B.1 .3.2 可靠性试验系数 ks 的选取按表 B.2 的规定。

　　GB/T 23567 . 3—2018

　　表 B.2 可靠性试验系数 ks

　　B.1 .4 可靠性强化系数 犽q

　　可靠性强化系数 犽q 设定为 4.8。

　　B.2 失效数 rs

　　B.2 . 1 失效数 rs 的计算

　　失效数 狉s 的计算按式(B.4)的规定。

　　狉s = 0 . 25 狉s1 + 0 . 25 狉s2 + 0 . 15 狉s3 + 0 . 20 狉s4 + 0 . 15 狉s5

　　……………………( B.4 )

　　式中：

　　狉s1 — 几何精度失效;

　　狉s2 — 位置精度失效;

　　狉s3 — 主轴温度变化失效;

　　狉s4 — 电柜温度变化失效;

　　狉s5 — 液压温度变化失效。

　　B.2 .2 失效数 rs 的选取

　　失效数 狉狊 的选取按表 B.3 的规定。

　　表 B.3 失效数 rs