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Reliability allocation method for CNC machine tools with enhanced cost-effectiveness balancing

作者：刘志峰，吴一鸣，黎志杰，陈传海，杨岳川，杨聪彬

单位：吉林大学数控装备可靠性教育部重点实验室、北京工业大学高精密机床正向设计与智能加工技术北京市重点实验室

摘要：为促进可靠性分配方法在数控机床研发中的工程应用，文章结合企业工程实际，提出了一种基于权衡改进费效比的数控机床可靠性分配优化算法。首先，采用可靠性数据间的转换关系及贝叶斯融合方法建立基于多源数据融合的可靠性预计方法，用于开展子系统可靠性初值评估；其次，结合层次分析法（analytic hierarchy process, AHP）与有序平均加权（ordered weighted averaging, OWA）修正算法，通过组织企业人员以实际提升措施及相对经济标量进行相对评分，并用群体决策科学量化改进成本与提升效益等与具体改进措施所引起的子系统可靠性增长量的函数关系，从而建立子系统的改进费效量化模型；然后，结合非支配排序遗传算法（non-sorting genetic algorithm, NSGA）构建可靠性具体实施方案的优化分配模型。最后，以五轴数控加工中心为例进行方法验证，确定其各子系统平均无故障工作时间（mean time between failures, MTBF）分配值，揭示了主轴系统、进给系统和数控系统等薄弱部件的同时，对上述关键子系统改进措施的选择提供量化参考。文章实现了数控机床的可靠性合理分配，对于机床的可靠性设计具有重要的指导价值。

基金：无

Research on the machining process and reliability analysis of steam turbine blades based on additive-subtractive hybrid manufacturing

作者：吴全会，丁驰语，潘柏松，姚鑫骅

单位：浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江工业大学机械工程学院，浙江大学机械工程学院浙江省三维打印工艺与装备重点实验室、流体动力基础件与机电系统全国重点实验室

摘要：文章针对汽轮机叶片在高温高压环境下服役时对制造精度与结构可靠性的双重要求，开展了基于增减材复合制造（additive-subtractive hybrid manufacturing, ASHM）的系统性研究。研究以316L不锈钢为材料，利用五轴复合制造一体化装备，结合激光送粉增材与数控减材加工技术，实现了叶片的近净成形与精密加工一体化制造。设备翻转式增材策略与双端装夹方案的采用，提高了加工刚性与材料利用率，结合路径仿真、在线监测及Monte Carlo随机仿真，对工艺可靠性进行了定量分析。结果表明，该工艺可使增材效率提高25%～30%，几何误差控制在±0.03 mm以内，表面粗糙度Ra优于0.4 μm，疲劳寿命可靠度达到0.96以上。研究揭示了增减材参数与结构可靠性间的耦合规律，验证了复合制造工艺在复杂曲面薄壁构件中的高精度与高可靠性优势，为汽轮机叶片的高效制造与再制造提供了理论与技术支撑。

基金：浙江省自然科学基金项目（LD24E050011）；浙江省自然科学基金项目（ZCLY24E0502）

Reliability evaluation using nonlinear least squares method and optimization of CNC rotary tables

作者：吴琦，冉琰，熊磊，李笑天，胡建亭

单位：重庆大学机械与运载工程学院、重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室、烟台环球机床装备股份有限公司

摘要：数控转台作为机床核心功能部件，其可靠性保障对数控机床的发展至关重要。为此提出一种基于非线性最小二乘优化法的参数估计方法，通过对数控转台的故障数据进行统计处理、模型假定，利用该方法估计未知参数，并采用Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验验证该系列数控转台故障数据分布符合三参数威布尔分布模型。基于该模型，计算得出此系列数控转台的平均故障间隔时间（mean time between failures, MTBF）、平均修复时间（mean time to repair, MTTR）和可用度（availability, A）等关键可靠性指标。通过对比极大似然法、相关系数法所建立模型的拟合效果，证明非线性最小二乘优化法的有效性。最后基于Ansys Workbench平台对该型数控转台的薄弱部位进行优化和六西格玛可靠性分析。为数控机床及其功能部件的可靠性评估及优化提供有效方法参考。

基金：国家自然科学基金资助项目（52275473）；国家自然科学基金资助项目（51835001）；中央高校基本科研业务费资助项目（2025CDJZKZCQ-04）

Analysis of thermal stability and prediction of thermal robustness for precision horizontal milling machining centers

作者：吴全会，吕佳伟，文娟，丁文闯，史小全，潘柏松

单位：浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室、浙江工业大学机械工程学院、哈尔滨工业大学机电工程学院

摘要：数控机床的热稳定性是制约其加工精度与长期可靠性的核心因素。文章以精密卧式铣削加工中心为研究对象，通过仿真软件分析机床关键部件（主轴、进给轴电机、滚珠丝杠等）的生热特性与热误差演化规律，明确核心热源分布及机床热平衡达成时序、热误差快速波动时段；结合磁吸式 K 型热电偶（覆盖关键温度测点）与激光测量设备，采集易发热部件的温度-热变形实测数据，验证仿真结论的准确性。在此基础上，针对不同类型热误差构建适配模型，对进给轴线性热误差采用多元线性回归建模，对主轴非线性热漂移采用支持向量回归建模，两类模型均具备较高预测精度，且支持向量回归模型在非线性误差预测上表现更优。研究为机床制造企业提供高效的热误差预测方案，明确热管控关键靶点与重点时段，解决传统单一模型精度不足的问题，为提升精密卧式加工中心的热稳定性、热稳健性及加工精度提供理论支撑与实验依据。

基金：浙江省自然科学基金资助项目（LD24E050011）；浙江省自然科学基金资助项目（ZCLY24E0502）；特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室/全省高精高效复合加工技术与装备重点实验室资助项目（EM2025110105）

CNC machine tools FMECA reliability analysis method based on trapezoidal fuzzy numbers and BWM-VIKOR

作者：程强，康永博，张涛，初红艳，刘志峰

单位：北京工业大学先进制造与智能技术研究所、北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室、北京工业大学高精密机床正向设计与智能加工技术北京市重点实验室、吉林大学数控装备可靠性教育部重点实验室

摘要：可靠性是评价机床性能的重要指标，而在分析过程中，故障模式、影响和危害度分析（failure mode, effects and criticality analysis，FMECA）是最常用的方法之一，是提升机床可靠性的重要手段。但传统的FMECA方法评价指标单一，难以涵括数控机床的复杂性，且计算过程简单，极易因主观偏差而影响分析结果。鉴于以上问题，文章在传统方法的基础上，扩大风险因素的考量范围，增加维修成本指标。通过最优最劣方法（best-worst method, BWM）方法对指标进行赋权，使用多准则妥协解排序（multi-criteria optimization and compromise solution, VIKOR）方法得到故障模式排序结果，最后通过实际案例，和传统方法进行比较，验证了该法的有效性。

基金：国家自然科学基金项目（52275230）；国家自然科学基金项目（U24B2051）