本章首先對盤式刀庫換刀系統可靠性試驗臺的結構、性能參數和換刀流程進行了 分析；其次，介紹了試驗臺預警系統所要實現的目標，然后以所要完成的目標為導引， 對所需的硬件設備和軟件做了簡要概述。在此基礎上，對預警系統的總體方案進行了 設計，選擇PLC為下位機、選擇數據采集卡PCI對振動信號和溫度信號進行監測。
隨著制造業的迅猛發展，從二十世紀八十年代開始加工中心引起了發達國家的重 視，并注入了大量的資金和人力進行研究。加工中心的精度、速度等一系列參數得到 了迅速提升，而可靠性作為一個評估參數也逐漸浮現在人們的視野中。狀態監測和故 障預警作為提升可靠性水平的一種重要措施也引起了更加廣泛的關注。
為了實現對刀庫運行狀態的監測功能，本文設計了數據采集電路進行數據采集， 采集信號主要包括振動信號、溫度信號三個方面，溫度傳感器安裝于電機表面，振動 傳感器安裝于機械手下表面，如圖3.3所示。
加工中心盤式刀庫換刀系統的故障率較高，但故障模式較為單一。通過實驗室連 續試驗激發故障，對所采集的故障前后信號特征進行處理分析，獲取故障特征值，從 而實現故障預警，即在故障信號出現而故障未發生時發出報警提示。本文旨在提出一 種有效的故障預警方法，并在實驗室條件下驗證其可行性。
該系列盤式刀庫采用減速電機帶動分度機構實現刀盤的運轉，選刀動作快速、平 穩。分度機構由圓柱凸輪與凸輪軸承組合而成，分度精度高，噪音小；刀庫刀套采用 工程塑料ABS制作，具有重量輕、運轉平穩、沖擊小等優點，因此在進行信號采集時 能將干擾降到最低，有效地降低了故障誤報率。上述減速電機在運轉時帶動副鏈輪、 副鏈條運轉，通過副鏈條帶動刀庫外部帶有接近傳感器的軸轉動，實現對刀盤運動的 精確控制。機械手的換刀動作由減速電機帶動鏈條、鏈條帶動滾子式蝸型弧面復合凸 輪來完成。
故障預警系統主要包括電氣控制環節、數據采集環節和PLC控制環節，只有三個 環節協同工作才能完成盤式刀庫換刀系統的狀態監測和故障預警功能。本章設計任務 為設計電氣控制環節控制刀庫的正常動作、設計數據采集環節采集刀庫工作時的狀態 信號和設計PLC控制環節控制故障預警機構的動作。
搭建圓盤式刀庫可靠性試驗臺的目的主要是能夠更及時、迅速的收集自動換 刀系統的數據信息，包括故障時間、故障原因、換刀次數、換刀時間等信息。將 收集來的數據進行可靠性分析，不僅可以得出刀庫的MTBF，為評估同類型刀庫 MTBF做指導，而且能夠通過故障信息找出刀庫容易出現故障的部位，針對不同 的故障部位提出相應的改進措施，能夠極大的縮短時間，提高該類型刀庫的可靠 性水平。并且對其他類型的刀庫也具有一定的指導意義。這就要求試驗臺具備以 下功能：
圓盤式刀庫自動換刀系統故障主要包括功能型故障、參數性故障以及狀態性 故障。功能性故障主要是自動換刀系統由于內因因素而產生的故障，如機械手卡 刀，導致機械手電機過載而燒壞等。參數性故障主要是指刀庫的相關性能參數超 出規定的變化范圍，如刀盤轉位以及機械手定位不準確等。狀態性故障主要是換 刀系統運轉過程中由于溫度過高、振動劇烈以及噪聲過大而造成的故障。簡單來 說，圓盤式刀庫自動換刀系統故障就是在規定的條件和時間內，自動換刀系統不 能完成規定的功能。
試驗臺運行數據，包括運行時間、換刀次數以及換刀系統故障。如附錄1 表A-1所示。表中包括運行日期、換刀時間以及每把刀的換刀次數，試驗人員需 要把這些數據歸類總結以及檢查這些數據是否有出現偏差的地方，分析人員根據 這些數據計算換刀頻率；如附錄1表A-2,主要是記錄刀庫運行中出現的故障現 象、故障部位、故障原因以及故障處理，并且記錄下當日的試驗員以及維修人員， 以便分析人員能夠及時迅速的找到先關人員咨詢情況；
現場加工中心的試驗對象是精工機床中的YP系列圓盤式刀庫，數據采集時 間是從加工中心精工機床調試完成后開始的。選取了從2011年~2013年間的加 工中心精工機床。通過附錄1表A-3記錄每臺精工機床現場加工中出現的有關圓 盤式刀庫的故障，并判斷該故障是否是關聯故障，將每臺機床出現的關聯故障通 過附錄1表A-7進行統計。將統計結果整理，具體見附錄2表B-1,從附錄2表 B-1中可以看出YP系列圓盤刀庫在2011~2013年共出現92次故障。
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