基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于評(píng)估加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性水平的實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn) 方法，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)水平的不斷提高，國(guó)產(chǎn)加工中心在汽車(chē)、航空航天、精密模具等 行業(yè)內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但隨著加工中心功能的增加和性能指標(biāo)的提高，其故障隱患也逐 漸增多，可靠性問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，已成為制約國(guó)產(chǎn)加工中心占領(lǐng)市場(chǎng)的一個(gè)重要因素。大量故 障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，國(guó)產(chǎn)加工中心可靠性偏低的主要原因之一是其關(guān)鍵功能部件的可 靠性水平較低，而作為加工中心關(guān)鍵功能部件之一的刀庫(kù)機(jī)械手，是加工中心所有功能部 件中故障頻率較高的部件之一。因此進(jìn)行加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)，暴露和激發(fā)刀 庫(kù)機(jī)械手的故障，不僅為其自身可靠性增長(zhǎng)及可靠性評(píng)估提供了實(shí)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)于提 高加工中心整機(jī)的可靠性水平也具有重要的實(shí)際意義。
[0003] 我國(guó)關(guān)于數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件可靠性試驗(yàn)的研宄起步較晚，目前雖然研制開(kāi)發(fā) 了一些能夠?qū)Φ稁?kù)機(jī)械手進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，但缺乏完善的、能夠盡量模擬真實(shí) 工況的刀庫(kù)機(jī)械手實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)方法。目前的試驗(yàn)方法主要根據(jù)受試刀庫(kù)的出廠(chǎng)性能 指標(biāo)要求，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的最大刀重、最大刀長(zhǎng)、最大偏心矩?fù)Q刀試驗(yàn)，即使進(jìn)行一定時(shí)間 內(nèi)的隨機(jī)換刀試驗(yàn)，但試驗(yàn)當(dāng)中并未考慮刀盤(pán)負(fù)荷（插刀數(shù)量和重量）、刀具選配、試驗(yàn)時(shí) 間（總的換刀次數(shù)）等可靠性試驗(yàn)必備的特征信息，試驗(yàn)過(guò)程更傾向于刀庫(kù)機(jī)械手的性能 試驗(yàn)，而不能稱(chēng)其為可靠性試驗(yàn)，故試驗(yàn)產(chǎn)生的故障數(shù)據(jù)往往也不能用于可靠性評(píng)估。刀 庫(kù)機(jī)械手作為一個(gè)復(fù)雜的可修復(fù)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)時(shí)必須具備兩個(gè)前提條 件：一是試驗(yàn)不能改變系統(tǒng)的故障模式，二是試驗(yàn)不能改變系統(tǒng)的故障機(jī)理，這就要求其可 靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法應(yīng)該能盡量模擬刀庫(kù)機(jī)械手的實(shí)際工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工 中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法，其能夠模擬真實(shí)工況，依據(jù)加工中心刀庫(kù)機(jī)械手用戶(hù)現(xiàn) 場(chǎng)的廣義工作載荷（插刀重量-刀柄和刀具總重、插刀長(zhǎng)度-刀柄和刀具總長(zhǎng)度、換刀次數(shù) 及換刀頻率等）數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，確定刀庫(kù)機(jī)械手實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)時(shí)的模擬載荷施 加策略和可靠性試驗(yàn)流程，為準(zhǔn)確、快速評(píng)價(jià)加工中心刀庫(kù)機(jī)械手的可靠性水平提供了一 種行之有效的方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，指試驗(yàn)單位采集并記錄加工中心用戶(hù)在使用加工中心過(guò) 程中刀盤(pán)/刀倉(cāng)的數(shù)據(jù)，每一目標(biāo)刀庫(kù)至少包括：目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手名稱(chēng)、每天工作時(shí)間、統(tǒng) 計(jì)天數(shù)、實(shí)際插刀數(shù)量、工件日產(chǎn)量、單次裝夾換刀次數(shù)、單次裝夾加工工件數(shù)、該刀具換刀 次數(shù)；
[0008] 步驟二、數(shù)據(jù)處理過(guò)程，包括：
[0009] 1)實(shí)際工況下刀庫(kù)機(jī)械手平均換刀頻率a與平均故障間隔換刀次數(shù)MTBFn計(jì)算： 根據(jù)上述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的刀庫(kù)信息計(jì)算平均換刀頻率a，將預(yù)期的平均故障間隔工作時(shí) 間MTBFt轉(zhuǎn)換為平均故障間隔工作次數(shù)MTBF n;
[0010] 2)刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量吣的統(tǒng)計(jì)分布模型的建立：根據(jù)上述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的 刀庫(kù)信息整理出每個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀總重量吣，將每個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手 刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀總重量吣分成多個(gè)刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量重量級(jí)，將所有統(tǒng)計(jì)的刀盤(pán)/ 刀倉(cāng)插刀總重量分配到所屬的刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量重量級(jí)中，并計(jì)算每個(gè)刀盤(pán)/刀倉(cāng)插 刀總重量重量級(jí)可靠性試驗(yàn)時(shí)的換刀次數(shù)；
[0011] 3)刀盤(pán)/刀倉(cāng)每個(gè)重量級(jí)可靠性試驗(yàn)時(shí)的平均插刀數(shù)的確定：統(tǒng)計(jì)出某一重 量級(jí)內(nèi)每個(gè)刀庫(kù)的插刀數(shù)量與相應(yīng)的采集時(shí)間，由此計(jì)算出對(duì)該刀庫(kù)重量級(jí)進(jìn)行可靠性試 驗(yàn)時(shí)需要插的刀具數(shù)量；
[0012] 4)每個(gè)重量級(jí)刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀分布模型的建立：根據(jù)上述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù) 據(jù)及步驟2)所劃分的重量級(jí)，建立每個(gè)重量級(jí)刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀分布模型，記錄每個(gè)重量 級(jí)刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀重量、插刀長(zhǎng)度、統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)該刀具換刀次數(shù)；
[0013] 5)試驗(yàn)時(shí)所需選配的配重塊參數(shù)的計(jì)算：根據(jù)上述步驟4)建立的每個(gè)重量級(jí)刀 盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀分布模型，給每個(gè)重量級(jí)刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀重量及插刀長(zhǎng)度分別劃分重量 級(jí)區(qū)間及長(zhǎng)度區(qū)間，并依據(jù)劃分的區(qū)間選取配重塊；
[0014] 6)試驗(yàn)時(shí)每個(gè)配重塊需進(jìn)行換刀的次數(shù)的計(jì)算：由上述步驟5)選取的配重塊參 數(shù)信息，根據(jù)步驟4)中每個(gè)刀庫(kù)重量級(jí)的刀具長(zhǎng)度、重量分布，得到每個(gè)配重塊在此分布 中對(duì)應(yīng)的換刀次數(shù)及該配重塊換刀次數(shù)在該重量級(jí)配重塊換刀次數(shù)的占比，即求出每個(gè)配 重塊的需進(jìn)行換刀的次數(shù)；
[0015] 步驟三、實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)，采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方法進(jìn)行加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可 靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)停止條件為每把模擬刀具均達(dá)到其需進(jìn)行換刀的次數(shù)。
[0016] 本發(fā)明所述的一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法，步 驟二數(shù)據(jù)處理過(guò)程中步驟1)實(shí)際工況下刀庫(kù)機(jī)械手平均換刀頻率a與平均故障間隔換刀 次數(shù)MTBFjf算具體過(guò)程為：
[0017] 1. 1)計(jì)算采集數(shù)據(jù)中所有目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手總工作時(shí)間T，單位：h
[0018] T = E Tj
[0019] Tj= T idXdi
[0020] 其中：
[0021] 一一凡為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)第i個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手的總工作時(shí)間，單位：h ;
[0022] -一Tid為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)第i個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手每天的工作時(shí)間單位：h ;
[0023] --屯為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)第i個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手的統(tǒng)計(jì)天數(shù)；
[0024] 1. 2)計(jì)算總工作時(shí)間T對(duì)應(yīng)的總的換刀次數(shù)N，單位：次
[0025] 隊(duì)=(mXQX d J / 入
[0026] N = E Nj
[0027] 其中：
[0028] --Q為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手加工工件的日產(chǎn)量，單位：件；
[0029] --m為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手單次裝夾換刀次數(shù)，單位：次；
[0030] -一屯為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手的工作天數(shù)，單位：天；
[0031] --A為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手在每次加工過(guò)程中同時(shí)加工的工件個(gè)數(shù)，單 位：件；
[0032] --隊(duì)為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)第i個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手總的換刀次數(shù)，單位：次；
[0033]1. 3)計(jì)算統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)所有目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手的平均換刀頻率a，單位：次/h
[0034] a = N/T
[0035] 1. 4)將預(yù)期平均故障間隔工作時(shí)間MTBFt (單位：h)轉(zhuǎn)化為平均故障間隔工作次 數(shù)MTBFn，單位：次。
[0036] MTBFn= MTBF t X a
[0037] 本發(fā)明所述的一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法，步 驟二數(shù)據(jù)處理過(guò)程中步驟2)刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量％的統(tǒng)計(jì)分布模型的建立具體包括以 下過(guò)程：
[0038]2. 1)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量吣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
[0039] 根據(jù)所述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的刀庫(kù)信息整理出每個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán)/刀倉(cāng)的 插刀總重量吣，單位：kg，并至少對(duì)目標(biāo)刀庫(kù)名稱(chēng)、對(duì)應(yīng)的插刀總重量吣和總工作時(shí)間T 1進(jìn) 行匯總；
[0040] 2. 2)建立目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量Mi的統(tǒng)計(jì)分布
[0041] 根據(jù)上述步驟2. 1)的匯總結(jié)果，找到插刀總重量吣的最大值11_與最小值Mmin， 由此建立插刀總重量區(qū)間[]?_，]?_];
[0042] 將總重量區(qū)間[Mmin，M_]按以下方法等分為K個(gè)子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間代表一個(gè)刀 盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量重量級(jí)：
[0043] I子區(qū)間個(gè)數(shù)K由斯特奇斯（Sturges)經(jīng)驗(yàn)公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于現(xiàn)場(chǎng)載荷特征的加工中心刀庫(kù)機(jī)械手可靠性試驗(yàn)方法，包括以下步驟： 步驟一、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，指試驗(yàn)單位采集并記錄加工中心用戶(hù)在使用加工中心過(guò)程中 刀盤(pán)/刀倉(cāng)的數(shù)據(jù)，每一目標(biāo)刀庫(kù)至少包括：目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手名稱(chēng)、每天工作時(shí)間、統(tǒng)計(jì)天 數(shù)、實(shí)際插刀數(shù)量、工件日產(chǎn)量、單次裝夾換刀次數(shù)、單次裝夾加工工件數(shù)、該刀具換刀次 數(shù)； 步驟二、數(shù)據(jù)處理過(guò)程，包括： 1) 實(shí)際工況下刀庫(kù)機(jī)械手平均換刀頻率a與平均故障間隔換刀次數(shù)MTBFJf算：根 據(jù)上述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的刀庫(kù)信息計(jì)算平均換刀頻率a，將預(yù)期的平均故障間隔工作時(shí)間 MTBF t轉(zhuǎn)換為平均故障間隔工作次數(shù)MTBF n; 2) 刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀總重量吣的統(tǒng)計(jì)分布模型的建立：根據(jù)上述步驟一現(xiàn)場(chǎng)采集的刀庫(kù) 信息整理出每個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán)/刀倉(cāng)的插刀總重量M i,將每個(gè)目標(biāo)刀庫(kù)機(jī)械手刀盤(pán) /刀倉(cāng)的插刀總重量Mi分成多個(gè)刀盤(pán)/刀倉(cāng)插刀