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(jìn)行了小子樣定時截尾測定試驗，選取振動作為加速應(yīng)力，得到一批加速應(yīng)力下的試驗數(shù)據(jù)。通過建立超過概率權(quán)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(yīng)力水平下的可靠性壽命指標(biāo)，根據(jù)加速模型及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，計算出正常負(fù)載水平下盤式刀庫及機械手的壽命指標(biāo)和可靠性水平。

關(guān)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(shù)于加工中心一體的重要換刀裝置，隨著加工中心復(fù)合功能的增多和密集型技術(shù)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(tǒng)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(jìn)行可靠性試驗是勢在必行的，傳統(tǒng)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(chǎn)品的可靠性水平就需要進(jìn)行加速壽命試驗。通過加速壽命試驗不斷的進(jìn)行故障排除和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而實現(xiàn)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(jìn)行合理統(tǒng)計假設(shè)的基礎(chǔ)上，在較短的時間周期內(nèi)，利用與物理失效規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計模型對在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平特征下的可復(fù)現(xiàn)數(shù)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(tǒng)構(gòu)成

盤式刀庫及機械手的加速壽命試驗系統(tǒng)試驗裝置主要由試驗臺架、測控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)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(shù)參數(shù)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(diào)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(fù)合加工中心用實際主軸結(jié)構(gòu)相同，僅去除主軸中的旋轉(zhuǎn)功能。本試驗采用測控系統(tǒng)獨立于系統(tǒng)本身的802D控制系統(tǒng)，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(wěn)狀況、轉(zhuǎn)速扭矩和現(xiàn)場的工況噪聲等參數(shù)。

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(fù)雜設(shè)備。

4.結(jié)論

4.1.建立超過概率權(quán)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(yīng)力水平，對QY011盤式刀庫及機械手進(jìn)行了小子樣定時截尾測定試驗，得到試驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于虛擬樣本增廣理論對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了增廣。

4.2.將試驗數(shù)據(jù)帶入試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析計算，該盤式刀庫在正常工作條件下，刀庫負(fù)載260kg時，平均故障間隔次數(shù)為25874次，平均無故障時間（MTBF）為2156.2小時。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于小紅，張來斌，王朝暉，等.基于新的威布爾分布參數(shù)估計法的設(shè)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(shù)綜述[J]. 兵工學(xué)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(shù)控加工技術(shù)。