伯特利数控 加工中心 钻攻中心

前言：

1故障模式的失效分析和加速因子的选择

1.1故障模式失效分析

试验选取的刀库及机械手是国产某系列加工中心的直线型链式刀库，其三维结构如图1所示。伺服电机1通过链轮4带动刀库刀具旋转实现选刀动作；倒刀气缸2带动刀套6实现刀具从刀库到换刀位置的移动；两爪回转机械手7通过复合分度凸轮8和锥齿轮5传动实现机械手的换刀动作；步进电机9通过链条3和齿轮的传动实现防护门的迅速开关。

为了方便，下面将刀库及机械手统称为刀库系统。首先对刀库系统的9次早期故障进行统计伺服电机2.倒刀气缸3.链条4.链轮5.锥齿轮6.刀套 7.机械手8.分度凸轮步进电机图1刀库系统三维分析，将所有故障分类成4种模式，统计得出每种故障模式的频数。从表1可以看出，刀库掉刀、刀检失调和刀检误报警的频数比较高，如果能减少这三类故障模式发生的概率就可以根据上述故障模式的分析结果，对故障模式的故障原因做出以下假设：

从根本上提高

(1) 刀库掉刀的主要原因是刀库换刀位置设置不合理。设置的换刀位置和实际的换刀位置有偏差，导致换刀时刀库掉刀；换刀点参数对这把刀是适合的，对下一把刀也许就不适合。所以需要进行多次换刀，提高换刀的频率，并多次修改换刀位置参数，直到找到对所有刀具都适合的换刀位置。对每一把刀反复多次进行换刀试验可以更精确地确定换刀位置，减少掉刀故障的发生。

(2>刀检失调和刀检误报警发生的主要原因是刀检值设置不合理。刀检的主要作用是检查刀具是否有刀尖断刀现象，其工作原理是：如果刀具的刀尖在传感器的检测范围内，传感器就会获得一个信号，说明刀具没有断刀；如果没有收到信号就说明这把刀具的刀尖断刀。一台加工中心至少安装有十几把各种不同型号的刀具，各种刀具的长短也不同，而刀检传感器并不会在使用不同种刀具的时候作位置上的调整。因此刀检传感器的值设置不合理就会使传感器有时无法检测到刀尖，比如某把刀具的的刀尖没断，但此时传感器没有检测到刀尖的信号，发出刀具断刀报警，产生了• 2852 •
刀检误报警故障。刀库发出错误的报警信号，会导致检测系统的程序失调，不能进行正常的刀尖检测。

1.2加速因子的选择

根据上面假设的故障原因，选择并确定可靠性强化试验的加速因子。根据机械部件在生命周期内的应力和寿命之间的关系方程，选取可靠性强化试验的加速因子：

S™N =c

式中，m、C为材料常数；N为应力幅值为S时的破坏循环

次数M。

根据强化原理，为了减小循环次数N,需要增大应力S,所以本试验选取一个或多个加速因子来增大环境应力、减小循环次数。根据1.1节假设的故障原因，选择并确如下定加速因子：

(1) 换刀频率。换刀频率是最重要的加速因子，增大刀库的换刀频率可以加速试验中掉刀故障以及刀检故障的发生过程，而且对不同的刀具进行换刀试验可以提高试验的可信性。

(2) 刀库载重量。加大刀库的载重量并超出正常加工时的载重量，可以激发出刀库旋转时发生的故障;加大载重量的同时增加换刀刀具的种类，可以加速刀检故障的发生。

(3) 刀库转速。提高刀库的转速可以使刀库旋转时发生的故障更快地激发出来，也可以加速故障的发生。