本章設(shè)計(jì)并搭建了盤式刀庫可靠性試驗(yàn)臺。首先設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺的基本結(jié)構(gòu), 試驗(yàn)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(jì)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(yàn)臺的調(diào)試;其次設(shè)計(jì)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(jì),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(yàn)臺后,首先讓試驗(yàn)臺空刀運(yùn)轉(zhuǎn)至少一個月,每 天至少運(yùn)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(yàn)臺在運(yùn)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(yàn)臺 的故障率比較高,故在做可靠性試驗(yàn)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(yàn)方法,進(jìn)行換刀試驗(yàn),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(yàn)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(shí)驗(yàn)室故障數(shù)據(jù)是從圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)試驗(yàn)臺搭建完成后,滿刀運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)臺試驗(yàn)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(jì)。統(tǒng)計(jì)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(jì)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(diǎn)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。
為了實(shí)現(xiàn)對耦合雙電磁懸浮系統(tǒng)的解耦,本章采用了逆系統(tǒng)解耦的方法。將被控 系統(tǒng)的逆系統(tǒng)串聯(lián)在其前面可將其解耦成多個獨(dú)立的偽線性系統(tǒng)。解耦后的系統(tǒng)具有 了線性系統(tǒng)的性質(zhì),可以降低對獨(dú)立系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)的難度。由于非線性電磁懸浮系 統(tǒng)不易求得其逆系統(tǒng),因此為了解決這一問題本文利用了支持向量機(jī)擬合回歸逼近任 意函數(shù)的功能,從而得到不易求得電磁懸浮系統(tǒng)的逆系統(tǒng)。MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)表明 支持向量機(jī)a階逆系統(tǒng)可以很好的達(dá)到對耦合雙電磁懸浮系統(tǒng)的解耦控制。當(dāng)對其中 一個電磁懸浮系統(tǒng)施加干擾時另外一個電磁懸浮系統(tǒng)不會受到千擾。
本論文通過搭建圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)試驗(yàn)臺進(jìn)行可靠性試驗(yàn),通過可靠 性試驗(yàn)方法對試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)范,對實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)以及現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)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(shí)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(xiàng)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(shí)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(yàn)方法進(jìn)行了 研宄。首先從試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備以及試驗(yàn)要求等方面設(shè)計(jì)了可靠性試驗(yàn); 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(jì)數(shù)原則,以此 對試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場試驗(yàn)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(yàn)方法以及數(shù)據(jù)采集方法規(guī)范以后的可靠性試驗(yàn),保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行以及采 集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。
本章針對可靠性試驗(yàn)的不同對象的特點(diǎn),研宄了不同的可靠性建模與評估方 法。對于整機(jī)以及部件子系統(tǒng),如果故障間隔工作時間符合威布爾分布則采用兩 參數(shù)威布爾分布模型求解;對于以耗損為特征的零件以及結(jié)構(gòu)件,如果其壽命分 布符合威布爾分布則采用三參數(shù)威布爾分布模型求解。針對上述兩種模型的求解 過程,將VB良好的可視化界面與Matlab強(qiáng)大的計(jì)算能力以及圖形能力結(jié)合起 來,利用兩者的優(yōu)勢來處理相關(guān)數(shù)據(jù)以及圖形。兩者的混合編程不僅使用戶能夠 直觀的觀察相關(guān)圖形以及數(shù)據(jù)的變化,而且能夠?qū)崟r的更新數(shù)據(jù),而不用花費(fèi)時 間重新編制程序。
本論文設(shè)計(jì)并搭建了圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)臺,闡述了可靠性 試驗(yàn)方法,規(guī)范了數(shù)據(jù)的采集方法與統(tǒng)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上,對不同類型數(shù)據(jù)以 及同一類型下不同來源的數(shù)據(jù)的分析方法進(jìn)行了研究:故障數(shù)據(jù)按照樣本量的大 小分別采用常用建模分析方法與貝葉斯建模分析方法;頻率類數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)采集 方法的不同,采用近似求取和直接計(jì)算的方法。最后針對現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)復(fù)雜多變 致使建模復(fù)雜的問題,基于VB與Matlab軟件,開發(fā)了適用于威布爾分布模型 的數(shù)據(jù)處理軟件,給出了可視化軟件的編程方法。