盤式刀庫及機械手加速壽命試驗與評估方法研究

摘要：本文論述了盤式刀庫及機械手的壽命分布模型和加速壽命試驗方法，針對QY011盤式刀庫及機械手進行了小子樣定時截尾測定試驗，選取振動作為加速應力，得到一批加速應力下的試驗數據。通過建立超過概率權重矩法威布爾模型和逆冪律模型為加速模型，分析了在特定應力水平下的可靠性壽命指標，根據加速模型及試驗數據的統計分析，計算出正常負載水平下盤式刀庫及機械手的壽命指標和可靠性水平。

關鍵詞：加速壽命試驗；盤式刀庫及機械手；威布爾模型

前言

盤式刀庫及機械手是集機、電、液、氣和計算機控制等技術于加工中心一體的重要換刀裝置，隨著加工中心復合功能的增多和密集型技術的植入，不可靠因素和故障隱患隨之增多，加工中心自動換刀系統性能的好壞直接影響到加工效率的高低。因此，對盤式刀庫及機械手進行可靠性試驗是勢在必行的，傳統的可靠性試驗通常會需要很多試驗樣本或者較長的試驗時間，所以，為了快速有效的評定產品的可靠性水平就需要進行加速壽命試驗。通過加速壽命試驗不斷的進行故障排除和結構優化，從而實現其平均無故障時間的顯著增長，提高刀庫的可靠性水平[1]。

加速壽命試驗是在進行合理統計假設的基礎上，在較短的時間周期內，利用與物理失效規律相關的統計模型對在超出正常應力水平的加速環境下獲得的信息進行轉換，得到產品在額定應力水平特征下的可復現數值估計的一種試驗方法[2]。

本文主要研究了盤式刀庫及機械手的加速壽命試驗方法，對刀庫的可靠性試驗與評估有參考借鑒作用。

1. 盤式刀庫及機械手加速壽命試驗系統構成

盤式刀庫及機械手的加速壽命試驗系統試驗裝置主要由試驗臺架、測控系統、動力系統以及盤式刀庫及機械手組成，QY011盤式刀庫及機械手的主要技術參數如下表1所示，其中刀庫的庫存容量為22把刀，單把刀具最大重量為20kg，滿刀的最大重量為400kg。盤式刀庫的試驗臺架主要由支撐組件、滑動模塊、模擬主軸等組成。支撐組件包括底座、調整墊板、橫梁、臺架及支架；滑動模塊釆用目前比較通用的十字滑臺；模擬主軸與車銑復合加工中心用實際主軸結構相同，僅去除主軸中的旋轉功能。本試驗采用測控系統獨立于系統本身的802D控制系統，利用測控傳感器可以檢測盤式刀庫及機械手的位置精度、機械振動、刀具平穩狀況、轉速扭矩和現場的工況噪聲等參數。

綜上所述，通過釆用小子樣加速壽命試驗，得出該盤式刀庫及機械手在正常工況下的平均故障間隔時間（MTBF）為2156.2小時。該方法適用于其他類似功能退化的復雜設備。

4.結論

4.1.建立超過概率權重矩法的威布爾模型和逆冪律模型為加速模型，選取合適的應力水平，對QY011盤式刀庫及機械手進行了小子樣定時截尾測定試驗，得到試驗數據，應用基于虛擬樣本增廣理論對試驗數據進行了增廣。

4.2.將試驗數據帶入試驗模型進行分析計算，該盤式刀庫在正常工作條件下，刀庫負載260kg時，平均故障間隔次數為25874次，平均無故障時間（MTBF）為2156.2小時。

參考文獻：

[1] 于小紅，張來斌，王朝暉，等.基于新的威布爾分布參數估計法的設備壽命可靠性分析[J].機械強度，2007，29（6）：932～936.

[2] 張春華，溫熙森，陳循. 加速壽命試驗技術綜述[J]. 兵工學報，2004，4（25）：485-490.

作者簡介：段晶瑩（1979.2-），女 講師，主要研究方向，數控加工技術。