如圖2.5所示，圓盤式刀庫可靠性試驗臺主要由以下七個部分組成：1.控 制柜，用于實現(xiàn)對自動換刀系統(tǒng)的控制作用，囊括電氣系統(tǒng)、下位機(jī)PLC以及 上位機(jī)VB控制程序等；2.地平鐵，作為平面基準(zhǔn)以及橫向?qū)蜃饔?，保證試 驗臺能夠準(zhǔn)確的實現(xiàn)自動換刀，同時地平鐵材料選擇HT200,具有很好的減震作 用；3,下支撐架，連接上支架以及地平鐵作用，且能夠自由調(diào)節(jié)試驗臺位置以 及微調(diào)自動換刀系統(tǒng)位置；4.上支架，連接下支架以及刀庫主體，且能夠微調(diào) 上下以及左右相對位置；5.自動換刀系統(tǒng)，試驗臺主體部分；6.虛擬主軸，用 虛擬主軸代替真實主軸完成換刀動作簡單實用；7.虛擬主軸位置調(diào)節(jié)墊板，在 橫向上自由調(diào)節(jié)虛擬主軸位置以及縱向上微調(diào)虛擬主軸位置。
啟動與關(guān)閉控制電路的功能：控制整個電路的正常啟動與關(guān)閉，同時具備在 突發(fā)狀況下能夠迅速有效的切掉電源的功能。整個電路的啟動與關(guān)閉控制電路如 圖2.10所示。
選擇PLC型號要根據(jù)具體需要的輸入輸出端口數(shù)目以及PLC的存儲容量大 小來選定，同時也要考慮到通訊協(xié)議模式，為后面編程做準(zhǔn)備。經(jīng)過統(tǒng)計，如下 表2.2 PLC輸入接線端口、2.3 PLC輸出接線端口所示，可以看出，PLC輸入接 線端口至少需要11個，輸出接線端口至少需要6個。總共至少需要17個I/O輸 入輸出接點。
本章設(shè)計并搭建了盤式刀庫可靠性試驗臺。首先設(shè)計了試驗臺的基本結(jié)構(gòu)， 試驗臺主要包括下支架、上支架以及虛擬主軸等部件，并在這些部件上設(shè)計了微 調(diào)結(jié)構(gòu)以及預(yù)留了傳感器安裝位置，便于后期對試驗臺的調(diào)試；其次設(shè)計了電氣 系統(tǒng)，主要包括啟動與開閉控制電路、三相電機(jī)控制電路以、單相強(qiáng)電控制電路 以及單相弱電控制電路，保證對執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的控制；最后完成對控制程序的設(shè) 計，主要包括上位機(jī)VB程序控制以及下位機(jī)PLC程序控制，保證對自動換刀 系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的記錄功能。
搭建完圓盤式刀庫可靠性試驗臺后，首先讓試驗臺空刀運轉(zhuǎn)至少一個月，每 天至少運轉(zhuǎn)五個小時以上，這樣做的目的是為了消除早期故障。試驗臺在運行之 初，由于刀庫本身以及各個支架和虛擬主軸制造的缺陷，導(dǎo)致刀庫可靠性試驗臺 的故障率比較高，故在做可靠性試驗之前應(yīng)該消除這些缺陷。早期故障排除之后， 應(yīng)該按照規(guī)定的可靠性試驗方法，進(jìn)行換刀試驗，在不改變失效機(jī)理的前提下， 加速暴露換刀系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，同時在試驗過程中要對不同的故障信息進(jìn)行及時 有效的記錄和處理。
實驗室故障數(shù)據(jù)是從圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)試驗臺搭建完成后，滿刀運轉(zhuǎn) 一個月以后開始記錄的。選取了從2011年~2013年間的故障數(shù)據(jù)。通過附錄1 表A-2對實驗室自動換刀系統(tǒng)故障進(jìn)行記錄，并判斷故障類型，將試驗臺試驗過 程中出現(xiàn)的關(guān)聯(lián)故障通過附錄1表A-6進(jìn)行統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果見表4.2。
1. 圖形顯示模塊，包括原始數(shù)據(jù)圖形、數(shù)據(jù)最小二乘法圖形以及模型曲線 圖形。其中原始數(shù)據(jù)圖形由故障間隔時間頻率圖以及累計頻率圖組成，要完成的 功能是初步篩選樣本的分布模型；數(shù)據(jù)最小二乘法圖形由最小二乘法散點圖以及 最小二乘法擬合圖組成，要完成的功能是從擬合圖中初步判斷所選模型是否合適; 壽命曲線圖形由采集數(shù)據(jù)的概率密度分布曲線以及概率分布函數(shù)曲線組成，要完 成的功能是確定采集數(shù)據(jù)的壽命曲線。
本論文通過搭建圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)試驗臺進(jìn)行可靠性試驗，通過可靠 性試驗方法對試驗進(jìn)行規(guī)范，對實驗室可靠性試驗以及現(xiàn)場可靠性試驗采集的故 障數(shù)據(jù)及換刀頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行了可靠性分析，對不同類別數(shù)據(jù)的處理方法以及評估 方式開展了研宄，同時編制基于VB與Matlab的兩參數(shù)威布爾分布模型與三參 數(shù)威布爾分布模型的混合軟件來處理相關(guān)數(shù)據(jù)。
三相電機(jī)控制電路主要是實現(xiàn)刀盤的選刀以及機(jī)械手的換刀。由于刀盤是根 據(jù)就近原則選刀，故刀盤電機(jī)要具備正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。同時由于機(jī)械手在換刀過 程中容易出現(xiàn)卡刀以及刀盤電機(jī)選刀過程中出現(xiàn)刀盤電機(jī)卡死等故障，長時間的 卡刀會導(dǎo)致電機(jī)過載而損壞電機(jī)，故應(yīng)在機(jī)械手電機(jī)回路以及刀盤電機(jī)回路中加 入過載保護(hù)裝置。如圖2.12三項電機(jī)控制電路圖中，F(xiàn)Rl、FR2和FR3為過載 保護(hù)熱繼電器，熱繼電器由于其工作原理的原因只有過載保護(hù)功能，而沒有短路 保護(hù)功能。M2為刀盤電機(jī)，通過對輸入刀盤電機(jī)三相電的改變來實現(xiàn)刀盤的正 轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，同時要考慮到交流接觸器KM3與KM4之間的互鎖作用，即當(dāng)KM3 閉合時，KM4要處于斷開狀態(tài)，反之亦然。
本章主要是從四個方面對圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)可靠性試驗方法進(jìn)行了 研宄。首先從試驗環(huán)境、試驗的前期準(zhǔn)備以及試驗要求等方面設(shè)計了可靠性試驗; 其次給出了自動換刀系統(tǒng)的故障定義以及分類方法、判據(jù)原則和計數(shù)原則，以此 對試驗過程中出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行及時有效的歸類總結(jié)；再次劃分了自動換刀系 統(tǒng)故障的危害等級；最后研宄了實驗室試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的采集以及處理 方法，同時研宄了非典型數(shù)據(jù)的處理方法，如加工中心換刀頻率數(shù)據(jù)。利用上述 試驗方法以及數(shù)據(jù)采集方法規(guī)范以后的可靠性試驗，保證試驗的順利進(jìn)行以及采 集數(shù)據(jù)的真實可靠性。
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