加工中心作为数控机床的主要种类，其可靠性水平的高低已成为衡量机床性能的关键指标之一。目前，中高档加工中心基本依赖进口，进口加工中心总量占据了国内市场约70%以上的市场份额。随着我国汽车、发电设备、高铁、船舶、航空航天等技术的发展，我国对加工中心的需求量将不断上升，而国内的用户企业宁可花高价购买进口加工中心也不选择国产品牌，导致国内加工中心市场被国外产品占领，且许多关键技术受制于人，造成这种局面的主要原因之一是国产加工中心可靠性水平低下，使得使用国产加工中心给用户带来了较高的维护成本和严重的停机损失。因此，提高加工中心的可靠性水平、提高国产加工中心市场占有率，已经成为整个机床行业的主要研究工作。可靠性建模与评估是加工中心可靠性研究的基础工作，是加工中心设备维护、维修管理、可靠性增长的前提和基础。然而，目前的评估方法主要以故障间隔时间为建模对象，不能评估加工中心从考核时刻起的时间段内的可靠性水平，且在评估时一般假定故障修复如初，更没有考虑加工中心在工作中的不同切削负荷，因而使得评估结果与产品真实可靠性水平存在差异。为此，本文提出了一种考虑加工中心切削负荷的时间动态可靠性建模方法，并在此基础上对加工中心关键子系统后验概率以及加工中心瞬时可用度建模进行了研究，形成了一套用于加工中心可靠性的建模与评估方法，本文具体开展了以下几方面的研究工作：1对国内外数控机床发展现状、国内外加工中心可靠性研究现状进行了分析，得出了目前用于加工中心可靠性建模与评估的方法存在不足，为此，本文提出了一种考虑切削负荷的加工中心时间动态可靠性建模方法。2针对传统基于故障间隔时间建模方法所得可靠性模型不能描述加工中心从运行时刻起任意时间段内可靠性水平的不足，提出了一种基于故障时间和各次故障时间的可靠性建模方法。借助于经验建模方法，分别建立了加工中心基于故障时间与各次故障时间的可靠性函数模型。为了分析各次故障时间之间的影响关系，分别对各次故障时间之间的相关性进行了研究。实例分析表明：加工中心基于故障时间的可靠性模型能够描述加工中心从考核期起的任意时间段内的可靠性水平，亦能反映出当加工中心故障间隔相同而故障时间不同时产品可靠性水平的差异。各次故障时间相关分析结果表明，实例中各次故障时间之间存在明显的相关关系。因此，在进行可靠性建模时，加工中心故障时间的先后顺序不应改变。3加工中心在不同切削负荷下的可靠性水平有所不同。为了体现在不同切削负荷下机床可靠性水平的差异，文章在假定加工中心在大切削负荷下的可靠性水平相对较低的前提下，以平均切削圆周力为对象，建立了基于切削应力的恒定应力加速修正模型。选用两参数威布尔分布为各切削力下的分布模型，应用范德蒙-福特与巴利特检验法分别对模型的拟合优度与各切削力下的一致性进行了检验。为得到合适的应力加速模型，文中以加速模型中切削力与可靠性特征寿命(平均故障间隔时间)拟合相关系数大于0.85为约束条件，应用最小二乘法解出了最优加速模型，以该模型为基础，实现了不同切削负荷下故障间隔时间的转换，最终实现不同切削负荷下可靠性模型的修正。实例分析结果表明，各个切削力下故障间隔时间符合两参数威布尔分布，且两参数威布尔分布的形状参数趋于一致，表明切削应力没有改变加工中心故障机理，故所建立加速模型有效，所得的修正因子是有效的；同时，通过考虑切削负荷与不考虑切削负荷的可靠性函数对比分析得出，在进行可靠性建模时，如不考虑加工中心切削负荷，将使得评估结果产生偏差。4加工中心属于复杂机电液系统，一般可视为串联系统，加工中心故障一般是某个子系统发生故障。因此，如何判定影响加工中心整机可靠性水平的关键子系统对加工中心可靠性状态检测以及设备维修管理具有重要意义。整机要发生故障时，由关键子系统引发的概率以及风险相对较大。针对本文研究对象的加工中心，首先应用FMECA方法找出影响加工中心整机可靠性的关键子系统。其次，结合贝叶斯理论公式与各关键子系统的可靠性函数，推导出了各关键子系统基于切削负荷的后验概率模型。实例中的分析表明，在实例中给定的切削负荷下，该类加工中心的关键子系统分别为主轴系统、自动换刀系统、电气系统、ABC轴系统等。各关键子系统的后验概率随着时间的增加开始呈上升趋势，并在2000小时左右达到最大，随后逐渐下降并趋于稳定。实例中，四个关键子系统的后验概率之和存在大于1的情况，这表明各个子系统之间可能存在相互影响，不绝对独立。5针对加工中心的可修复特性，对加工中心瞬时可用度建模进行了研究。现行的可用于加工中心可用性的建模方法在使用时存在诸多不足，如马尔可夫过程大都以指数分布为前提，约束性较强；计算机仿真方法一般以子系统故障率已知，而加工中心子系统故障率短时期内难以精确获得；经验建模方法求解瞬时可用度时，存在故障时间与维修时间无法解耦问题等。针对上述不足，提出了一种基于函数性数据分析方法的瞬时可用度建模方法。该方法以函数性一元回归模型为基础，首先以四次Bernstein多项式基函数对可靠度函数进行平滑处理，得到可靠度平滑函数；其次，对维修度函数估计值按照故障发生时间进行跨截面对齐，并结合维修度函数趋势选择傅立叶函数对其进行平滑处理；最后，借助于函数性回归模型，建立了加工中心瞬时可用度模型。实例分析表明，随着时间的增加，该型加工中心瞬时可用度值初始较为平稳，在2000小时以后，瞬时可用度呈现剧烈波动态势。本文创新之处如下：(1)提出了一种基于故障发生时间的建模方法，与传统故障间隔时间建模方法相比，能够评价加工中心在考核期内从运行初期其的任意时间段内的可靠性水平，且能体现当加工中心故障间隔时间相同而故障发生时间不同时产品可靠性水平的差异；(2)在对加工中心可靠性评估时考虑了切削负荷的影响。以加工中心平均圆周力为对象，通过建立基于平均圆周切削力的加速模型，实现了不同切削力即不同切削负荷下整机可靠性水平的修正，克服了传统建模方法不考虑加工中心切削负荷的不足；(3)将函数性数据分析方法引入加工中心可用性建模，建立了加工中心瞬时可用度函数模型，克服了以往方法存在的解耦困难的不足。