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前言：

1故障模式的失效分析和加速因子的選擇

1.1故障模式失效分析

試驗(yàn)選取的刀庫及機(jī)械手是國產(chǎn)某系列加工中心的直線型鏈?zhǔn)降稁欤淙S結(jié)構(gòu)如圖1所示。伺服電機(jī)1通過鏈輪4帶動(dòng)刀庫刀具旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)選刀動(dòng)作；倒刀氣缸2帶動(dòng)刀套6實(shí)現(xiàn)刀具從刀庫到換刀位置的移動(dòng)；兩爪回轉(zhuǎn)機(jī)械手7通過復(fù)合分度凸輪8和錐齒輪5傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的換刀動(dòng)作；步進(jìn)電機(jī)9通過鏈條3和齒輪的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)防護(hù)門的迅速開關(guān)。

為了方便，下面將刀庫及機(jī)械手統(tǒng)稱為刀庫系統(tǒng)。首先對(duì)刀庫系統(tǒng)的9次早期故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)伺服電機(jī)2.倒刀氣缸3.鏈條4.鏈輪5.錐齒輪6.刀套 7.機(jī)械手8.分度凸輪步進(jìn)電機(jī)圖1刀庫系統(tǒng)三維分析，將所有故障分類成4種模式，統(tǒng)計(jì)得出每種故障模式的頻數(shù)。從表1可以看出，刀庫掉刀、刀檢失調(diào)和刀檢誤報(bào)警的頻數(shù)比較高，如果能減少這三類故障模式發(fā)生的概率就可以根據(jù)上述故障模式的分析結(jié)果，對(duì)故障模式的故障原因做出以下假設(shè)：

從根本上提高

(1) 刀庫掉刀的主要原因是刀庫換刀位置設(shè)置不合理。設(shè)置的換刀位置和實(shí)際的換刀位置有偏差，導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)刀庫掉刀；換刀點(diǎn)參數(shù)對(duì)這把刀是適合的，對(duì)下一把刀也許就不適合。所以需要進(jìn)行多次換刀，提高換刀的頻率，并多次修改換刀位置參數(shù)，直到找到對(duì)所有刀具都適合的換刀位置。對(duì)每一把刀反復(fù)多次進(jìn)行換刀試驗(yàn)可以更精確地確定換刀位置，減少掉刀故障的發(fā)生。

(2>刀檢失調(diào)和刀檢誤報(bào)警發(fā)生的主要原因是刀檢值設(shè)置不合理。刀檢的主要作用是檢查刀具是否有刀尖斷刀現(xiàn)象，其工作原理是：如果刀具的刀尖在傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，傳感器就會(huì)獲得一個(gè)信號(hào)，說明刀具沒有斷刀；如果沒有收到信號(hào)就說明這把刀具的刀尖斷刀。一臺(tái)加工中心至少安裝有十幾把各種不同型號(hào)的刀具，各種刀具的長短也不同，而刀檢傳感器并不會(huì)在使用不同種刀具的時(shí)候作位置上的調(diào)整。因此刀檢傳感器的值設(shè)置不合理就會(huì)使傳感器有時(shí)無法檢測(cè)到刀尖，比如某把刀具的的刀尖沒斷，但此時(shí)傳感器沒有檢測(cè)到刀尖的信號(hào)，發(fā)出刀具斷刀報(bào)警，產(chǎn)生了• 2852 •
刀檢誤報(bào)警故障。刀庫發(fā)出錯(cuò)誤的報(bào)警信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)系統(tǒng)的程序失調(diào)，不能進(jìn)行正常的刀尖檢測(cè)。

1.2加速因子的選擇

根據(jù)上面假設(shè)的故障原因，選擇并確定可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的加速因子。根據(jù)機(jī)械部件在生命周期內(nèi)的應(yīng)力和壽命之間的關(guān)系方程，選取可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的加速因子：

S™N =c

式中，m、C為材料常數(shù)；N為應(yīng)力幅值為S時(shí)的破壞循環(huán)

次數(shù)M。

根據(jù)強(qiáng)化原理，為了減小循環(huán)次數(shù)N,需要增大應(yīng)力S,所以本試驗(yàn)選取一個(gè)或多個(gè)加速因子來增大環(huán)境應(yīng)力、減小循環(huán)次數(shù)。根據(jù)1.1節(jié)假設(shè)的故障原因，選擇并確如下定加速因子：

(1) 換刀頻率。換刀頻率是最重要的加速因子，增大刀庫的換刀頻率可以加速試驗(yàn)中掉刀故障以及刀檢故障的發(fā)生過程，而且對(duì)不同的刀具進(jìn)行換刀試驗(yàn)可以提高試驗(yàn)的可信性。

(2) 刀庫載重量。加大刀庫的載重量并超出正常加工時(shí)的載重量，可以激發(fā)出刀庫旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的故障;加大載重量的同時(shí)增加換刀刀具的種類，可以加速刀檢故障的發(fā)生。

(3) 刀庫轉(zhuǎn)速。提高刀庫的轉(zhuǎn)速可以使刀庫旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的故障更快地激發(fā)出來，也可以加速故障的發(fā)生。

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結(jié)束語：

(1) 該可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期，選取的加速因子的工作極限很好地激發(fā)了刀庫系統(tǒng)的故障，加速了故障暴露的過程，驗(yàn)證了試驗(yàn)前的故障模式及危害度分析的故障原因假設(shè)。

(2 )成功地將可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)理論應(yīng)用到加工中心的刀庫系統(tǒng)，填補(bǔ)了加工中心的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的空缺，并為其他功能子系統(tǒng)的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法提供借鑒。

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加工中心刀庫系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法

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