加工中心盘式刀库可靠性试验方法研究

【摘要】数控机床是一种高度机电一体化的产品，其发展水平直接关系到一个国家的经济建设和国防安全及战略地位。在全球数控机床技术发展的大环境下，我国的数控机床技术也有突飞猛进的进步，然而数控机床，尤其是中高档数控机床的可靠性水平一直处在较低水平，因而导致了国产数控机床的市场占有率远低于国外产品，可靠性水平低制约了我国数控机床行业的发展。关键功能部件作为数控机床的重要组成部分，其可靠性水平的高低直接影响着整机的可靠性水平。加工中心圆盘式刀库自动换刀系统作为数控机床的关键功能部件之一，在实验室内搭建可靠性试验台，并进行可靠性技术研究，对于提高整机的可靠性水平具有重要的意义。本文研究的主要内容如下：（1）圆盘式刀库自动换刀系统设计。首先设计了试验台总体方案，包括换刀流程与试验台功能等；其次对机械结构、电气系统控制以及程序控制进行了设计，保证试验台能够平稳而迅速地完成换刀功能。（2）圆盘式刀库自动换刀系统的可靠性试验方法。首先从试验环境、试验前期准备以及试验要求等方面对试验进行论述；其次，给出了圆盘刀库自动换刀系统故障的判据以及计数原则，同时划分了故障等级，指出了对不同等级的故障应采用不同的防护措施；最后规范了需收集的故障信息数据类型以及给出了统一的数据表格。（3）圆盘式刀库自动换刀系统数据分析与处理。首先，将采集的数据进行归类，包括故障数据以及换刀频率数据；其次，现场试验数据和实验室试验数据采用可靠性建模分析的方法。经过研究分析，现场试验与实验室试验的可靠性模型都是两参数威布尔分布模型，前者的模型参数与MTBF点估计值为：=2157.897，=1.003,MTBF2155.2h;后者的为：BYS=2126.4，BYS=0.9576,MTBF2168h，经过图形对比以及计算可以发现实验室试验可近似代替现场试验；最后，给出了非典型数据的处理方法。经过计算得出：现场换刀频率为0.074次每分钟，实验室换刀频率为：6.0696次每分钟。相比于现场换刀频率，实验室换刀频率快，有利于激发换刀系统的潜在故障，加速暴露换刀系统的薄弱环节。（4）通过将VB良好的可视化界面与Matlab强大的计算能力与图形处理能力结合起来，利用两者的优势来处理故障数据，同时考虑到威布尔分布模型在工程应用中针对不同的研究对象采用的处理方式也不相同，开发了基于VB与Matlab的两参数威布尔分布模型与三参数威布尔分布模型的混合编程，并且给出了编程的方法以及用此软件处理数据的实例。
【作者】蒋敬仁；
【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】数控机床；圆盘式刀库自动换刀系统；试验台；可靠性分析；

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