加工中心盘式刀库换刀系统的故障预警方法研究

【摘要】数控机床作为装备制造业的基础装备，其先进程度在一定程度上体现了一个国家的综合实力和国际竞争力。国产数控机床在精度、速度、功能上已经取得了明显进展，但在可靠性方面与国外同类型机床却存在明显差距。可靠性作为评价数控机床性能的重要指标引起了国内学者广泛的关注。2013年进口产品占国内高端数控机床市场份额高达85%，究其原因主要是国产数控机床可靠性低，MTBF无法达到国外同类数控机床的水平。数控机床关键功能部件是其主要部件，提高其可靠性是提高数控机床整机可靠性水平重要措施之一。加工中心盘式刀库换刀系统作为加工中心关键功能部件之一，其可靠性的高低已经成为影响加工中心可靠性水平的主要因素之一。本文以国产加工中心盘式刀库换刀系统为研究对象，搭建了加工中心盘式刀库换刀系统可靠性试验台，并针对该可靠性试验台建立了状态监测和故障预警系统；提出了一种通过分析振动信号的峰值特征进行故障预警的方法，并以拉钉的松动故障为例，对多种刀柄拉钉进行了试验研究，建立了该故障模式下的预警阈值关系模型并进行了实验验证，证明了该故障预警方法的可行性。本文的主要研究内容如下：(1)盘式刀库可靠性试验台控制方案设计：对试验台的控制系统进行设计，确定上位机、下位机、电气控制系统、软件控制方案的设计。(2)盘式刀库可靠性试验台状态监测和故障预警方案设计：根据盘式刀库在生产现场和实验室试验所发生的故障进行分析后，针对性的选择了多种传感器，采集多种故障信号。针对不同类型的传感器，设计了上位机控制系统、电气控制系统、软件控制系统、数据采集系统。(3)下位机控制系统设计：采用PLC实现试验台的正常运转和预警装置报警的功能。首先，设计了包括电气元器件、温度传感器、振动传感器、数据采集卡和可编程控制器的主控制电路和辅助控制电路；其次，设计了PLC输入和输出电路，并在此基础上进行PLC程序设计。(4)上位机控制系统设计：通过上位机控制系统实现对试验台正常运转的控制、对试验台状态数据的实时采集。通过VisualBasic软件设计了试验台主控制界面、温度监测界面和振动检测界面。(5)确定故障预警阈值：采用单一变量法，设计了近似故障试验，并开展了近似故障试验。通过对试验数据进行拟合分析，得到了振动信号幅值峰值与拉钉松动量之间的关系模型为Y=-0.111X2+0.151X+51.28，得到了该故障模式下的故障预警阈值为51.28±1.32，并利用该模型进行了验证试验，结果表明通过振动信号对拉钉松动故障进行故障预警是可行的。
【作者】段炜；
【导师】杨兆军；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】加工中心；可靠性；盘式刀库；状态监测；故障预警；

【参考文献】
[1]证券时报记者邓飞.游资不甘寂寞碳纤维石墨烯红旗再展[N].证券时报,2013-03-20A14.
[2]王涛,陈怀义.基于Web的远程教学平台的设计与实现[J].计算机应用研究,2003,07:102-104.
[3]骆文英.英语财经新闻编译报告[D].四川外国语大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[4]尹同国.B2B电子商务系统中虚拟价值链研究[D].吉林大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[5]乌云尔德尼.氟吡啶对神经病理性疼痛大鼠的镇痛作用及其机制研究[D].华中科技大学,麻醉学,2013,硕士.
[6]索明亮.基于粗糙集的故障预测及诊断技术在卫星中的应用[D].哈尔滨工业大学,飞行器设计,2013,硕士.
[7]李小虎.云南省高校中老年教师身体活动指数与幸福感维度的相关研究[D].云南师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[8]宋丹丹.基于精益生产理论的A企业厅门生产线现场改善研究[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[9]李东杰.DMR/dPMR数字端机中频/基带模块的设计与实现[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[10]龚辉波.考虑多车型排放特性的交叉口信号控制多目标优化模型[D].北京交通大学,2014.
[11]谢梅.我国群体性事件的发生机制研究[D].浙江大学,2013.
[12]曹萍萍.光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法研究[D].燕山大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[13]刘贝贝.基于需求分析的英语专业课程设置研究[D].上海大学,外国语言学与应用语言学,2013,硕士.
[14]于荣年.司法审判对银行利息的裁判[D].大连海事大学,法律,2012,硕士.
[15]王飞跃.关于模糊系统研究的认识和评价以及其它[J].自动化学报,2002,04:663-669.
[16]周强.高效长寿高炉的冷却设备——铜冷却壁[J].炼铁.2001(03)
[17]夏明生.Fe_3Al合金的堆焊性能研究[D].合肥工业大学,材料加工工程,2004,硕士.
[18]王如琰.论美国宪政下的正当法律程序原则[D].中国政法大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[19]冯一舰.进口废弃电子电器拆解残余物热处理过程的重金属环境行为研究[D].浙江工商大学,环境工程,2014,硕士.
[20]朱学保.AGX网站推广的电子邮件营销效果评价研究[D].兰州理工大学,工商管理,2013,硕士.
[21]魏学光.基于机器视觉的数控机床自动对刀技术研究[D].北方工业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[22]卢付民.柳州五菱汽车有限责任公司资本营运研究[D].湖南大学,工商管理,2003,硕士.
[23]吴丽珍.LADA的临床和代谢特征分析[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[24]柴军舰.带投资组合的一类相依风险模型的研究[D].兰州理工大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[25]张跃辉.基于RBAC通用授权管理系统的研究和实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[26]郑洪伟,李廷栋,高锐,贺日政.数值模拟在地球动力学中的研究进展[J].地球物理学进展,2006,02:360-369.
[27]杨猛.大跨屋盖结构风振特性及等效静力风荷载分析[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[28]杨瑞雪.基于“工学结合”人才培养模式的高职思想政治教育探析[D].河北师范大学,思想政治教育,2012,硕士.
[29]加依娜·木拉提,何丽.《“信、达、雅”重构视界下的中西译理融合》评介[J].民族翻译,2014,03:92-96.
[30]温广武,于洪明,黄小萧.气压辅助CVD法大量合成碳微米管[A].中国电工技术学会碳·石墨材料专业委员会(TheSpecificCommitteeonCarbon-GraphiteMaterialsoftheChinaElectrotechnicalSociety).第22届炭—石墨材料学术会论文集[C].中国电工技术学会碳·石墨材料专业委员会(TheSpecificCommitteeonCarbon-GraphiteMaterialsoftheChinaElectrotechnicalSociety):,2010:5.
[31]赵寅.中国东北地区健康成人髌骨位置X线研究[D].吉林大学,外科学,2014,硕士.
[32]杨星.秦巴山区精神发育迟滞患者家系人群B淋巴细胞永生细胞库的建立及影响因素初探[D].西北大学,遗传学,2013,硕士.
[33]毛雯.嘉陵江北碚段水体甲基汞光化学降解特征及硝酸根的影响[D].西南大学,环境科学,2014,硕士.
[34]刘志刚.消费者视角的企业声誉定量评价模型研究[D].浙江大学,2006.
[35]史进渊.汽轮机自动控制系统的可靠性预测[J].自动化学报,1994,02:247-250.
[36]张丹.伊恩·夏皮罗民主思想研究[D].河北师范大学,国际政治,2012,硕士.
[37]李青坤,孙毅,周玉,曾凡林.第一性原理研究bct-C4碳材料的强度性质[J].物理学报,2012,09:118-123.
[38]王智珠.多孔铁电陶瓷PZT95/5冲击应力作用下的去极化与放电响应研究[D].兰州大学,工程力学,2013,硕士.
[39]刘晓梅.毛泽东诗词哲学隐喻探微[D].福建师范大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[40]李晖,魏玲.全球光传送网络及设备的发展与趋势[J].现代电信科技.2007(11)
[41]吴凤.自制抗蒸腾叶面肥对苗木生长生理指标的影响研究[D].北京林业大学,生态环境工程,2013,硕士.
[42]刘粉林,罗军勇,蔡延荣.一类非线性激励器系统的鲁棒自适应跟踪[J].控制与决策,2004,08:920-922+930.
[43]高卫.论我国涉检信访工作机制的完善[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[44]黄先德.旱作农业节水灌溉机械化技术[J].农村经济与科技.1997(06)
[45]郭薇.大学生道德困境问卷的初步编制及相关因素分析研究[D].西北大学,应用心理学,2013,硕士.
[46]朱强.农村中介组织发展趋势研究[D].湖南农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[47]秦朗.基于SMAC的移动传感器网络低能耗MAC协议设计[D].西北大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[48]蒋金波.秦玛丽服装公司网络营销策略研究[D].湖南大学,工商管理,2013,硕士.
[49]秦国彤,贺林,路新瀛,张绪祎,殷大众.液态排渣立式旋风炉燃烧中脱硫研究[J].煤炭转化.2002(01)
[50]王宇宁.社会支持视角下社会工作者职业困境研究[D].沈阳师范大学,社会工作,2014,硕士.