本章首先對盤式刀庫換刀系統(tǒng)可靠性試驗臺的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和換刀流程進(jìn)行了 分析；其次，介紹了試驗臺預(yù)警系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標(biāo)，然后以所要完成的目標(biāo)為導(dǎo)引， 對所需的硬件設(shè)備和軟件做了簡要概述。在此基礎(chǔ)上，對預(yù)警系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了 設(shè)計，選擇PLC為下位機、選擇數(shù)據(jù)采集卡PCI對振動信號和溫度信號進(jìn)行監(jiān)測。
隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，從二十世紀(jì)八十年代開始加工中心引起了發(fā)達(dá)國家的重 視，并注入了大量的資金和人力進(jìn)行研究。加工中心的精度、速度等一系列參數(shù)得到 了迅速提升，而可靠性作為一個評估參數(shù)也逐漸浮現(xiàn)在人們的視野中。狀態(tài)監(jiān)測和故 障預(yù)警作為提升可靠性水平的一種重要措施也引起了更加廣泛的關(guān)注。
為了實現(xiàn)對刀庫運行狀態(tài)的監(jiān)測功能，本文設(shè)計了數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 采集信號主要包括振動信號、溫度信號三個方面，溫度傳感器安裝于電機表面，振動 傳感器安裝于機械手下表面，如圖3.3所示。
加工中心盤式刀庫換刀系統(tǒng)的故障率較高，但故障模式較為單一。通過實驗室連 續(xù)試驗激發(fā)故障，對所采集的故障前后信號特征進(jìn)行處理分析，獲取故障特征值，從 而實現(xiàn)故障預(yù)警，即在故障信號出現(xiàn)而故障未發(fā)生時發(fā)出報警提示。本文旨在提出一 種有效的故障預(yù)警方法，并在實驗室條件下驗證其可行性。
該系列盤式刀庫采用減速電機帶動分度機構(gòu)實現(xiàn)刀盤的運轉(zhuǎn)，選刀動作快速、平 穩(wěn)。分度機構(gòu)由圓柱凸輪與凸輪軸承組合而成，分度精度高，噪音??；刀庫刀套采用 工程塑料ABS制作，具有重量輕、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、沖擊小等優(yōu)點，因此在進(jìn)行信號采集時 能將干擾降到最低，有效地降低了故障誤報率。上述減速電機在運轉(zhuǎn)時帶動副鏈輪、 副鏈條運轉(zhuǎn)，通過副鏈條帶動刀庫外部帶有接近傳感器的軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對刀盤運動的 精確控制。機械手的換刀動作由減速電機帶動鏈條、鏈條帶動滾子式蝸型弧面復(fù)合凸 輪來完成。
故障預(yù)警系統(tǒng)主要包括電氣控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和PLC控制環(huán)節(jié)，只有三個 環(huán)節(jié)協(xié)同工作才能完成盤式刀庫換刀系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警功能。本章設(shè)計任務(wù) 為設(shè)計電氣控制環(huán)節(jié)控制刀庫的正常動作、設(shè)計數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)采集刀庫工作時的狀態(tài) 信號和設(shè)計PLC控制環(huán)節(jié)控制故障預(yù)警機構(gòu)的動作。
搭建圓盤式刀庫可靠性試驗臺的目的主要是能夠更及時、迅速的收集自動換 刀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，包括故障時間、故障原因、換刀次數(shù)、換刀時間等信息。將 收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析，不僅可以得出刀庫的MTBF，為評估同類型刀庫 MTBF做指導(dǎo)，而且能夠通過故障信息找出刀庫容易出現(xiàn)故障的部位，針對不同 的故障部位提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，能夠極大的縮短時間，提高該類型刀庫的可靠 性水平。并且對其他類型的刀庫也具有一定的指導(dǎo)意義。這就要求試驗臺具備以 下功能：
圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)故障主要包括功能型故障、參數(shù)性故障以及狀態(tài)性 故障。功能性故障主要是自動換刀系統(tǒng)由于內(nèi)因因素而產(chǎn)生的故障，如機械手卡 刀，導(dǎo)致機械手電機過載而燒壞等。參數(shù)性故障主要是指刀庫的相關(guān)性能參數(shù)超 出規(guī)定的變化范圍，如刀盤轉(zhuǎn)位以及機械手定位不準(zhǔn)確等。狀態(tài)性故障主要是換 刀系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中由于溫度過高、振動劇烈以及噪聲過大而造成的故障。簡單來 說，圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)故障就是在規(guī)定的條件和時間內(nèi)，自動換刀系統(tǒng)不 能完成規(guī)定的功能。
試驗臺運行數(shù)據(jù)，包括運行時間、換刀次數(shù)以及換刀系統(tǒng)故障。如附錄1 表A-1所示。表中包括運行日期、換刀時間以及每把刀的換刀次數(shù)，試驗人員需 要把這些數(shù)據(jù)歸類總結(jié)以及檢查這些數(shù)據(jù)是否有出現(xiàn)偏差的地方，分析人員根據(jù) 這些數(shù)據(jù)計算換刀頻率；如附錄1表A-2,主要是記錄刀庫運行中出現(xiàn)的故障現(xiàn) 象、故障部位、故障原因以及故障處理，并且記錄下當(dāng)日的試驗員以及維修人員， 以便分析人員能夠及時迅速的找到先關(guān)人員咨詢情況；
現(xiàn)場加工中心的試驗對象是精工機床中的YP系列圓盤式刀庫，數(shù)據(jù)采集時 間是從加工中心精工機床調(diào)試完成后開始的。選取了從2011年~2013年間的加 工中心精工機床。通過附錄1表A-3記錄每臺精工機床現(xiàn)場加工中出現(xiàn)的有關(guān)圓 盤式刀庫的故障，并判斷該故障是否是關(guān)聯(lián)故障，將每臺機床出現(xiàn)的關(guān)聯(lián)故障通 過附錄1表A-7進(jìn)行統(tǒng)計。將統(tǒng)計結(jié)果整理，具體見附錄2表B-1,從附錄2表 B-1中可以看出YP系列圓盤刀庫在2011~2013年共出現(xiàn)92次故障。