本章設計并搭建了盤式刀庫可靠性試驗臺。首先設計了試驗臺的基本結構， 試驗臺主要包括下支架、上支架以及虛擬主軸等部件，并在這些部件上設計了微 調結構以及預留了傳感器安裝位置，便于后期對試驗臺的調試；其次設計了電氣 系統，主要包括啟動與開閉控制電路、三相電機控制電路以、單相強電控制電路 以及單相弱電控制電路，保證對執行機構動作的控制；最后完成對控制程序的設 計，主要包括上位機VB程序控制以及下位機PLC程序控制，保證對自動換刀 系統的控制以及數據的記錄功能。
搭建完圓盤式刀庫可靠性試驗臺后，首先讓試驗臺空刀運轉至少一個月，每 天至少運轉五個小時以上，這樣做的目的是為了消除早期故障。試驗臺在運行之 初，由于刀庫本身以及各個支架和虛擬主軸制造的缺陷，導致刀庫可靠性試驗臺 的故障率比較高，故在做可靠性試驗之前應該消除這些缺陷。早期故障排除之后， 應該按照規定的可靠性試驗方法，進行換刀試驗，在不改變失效機理的前提下， 加速暴露換刀系統的薄弱環節，同時在試驗過程中要對不同的故障信息進行及時 有效的記錄和處理。
實驗室故障數據是從圓盤式刀庫自動換刀系統試驗臺搭建完成后，滿刀運轉 一個月以后開始記錄的。選取了從2011年~2013年間的故障數據。通過附錄1 表A-2對實驗室自動換刀系統故障進行記錄，并判斷故障類型，將試驗臺試驗過 程中出現的關聯故障通過附錄1表A-6進行統計。統計結果見表4.2。
1. 圖形顯示模塊，包括原始數據圖形、數據最小二乘法圖形以及模型曲線 圖形。其中原始數據圖形由故障間隔時間頻率圖以及累計頻率圖組成，要完成的 功能是初步篩選樣本的分布模型；數據最小二乘法圖形由最小二乘法散點圖以及 最小二乘法擬合圖組成，要完成的功能是從擬合圖中初步判斷所選模型是否合適; 壽命曲線圖形由采集數據的概率密度分布曲線以及概率分布函數曲線組成，要完 成的功能是確定采集數據的壽命曲線。
為了實現對耦合雙電磁懸浮系統的解耦，本章采用了逆系統解耦的方法。將被控 系統的逆系統串聯在其前面可將其解耦成多個獨立的偽線性系統。解耦后的系統具有 了線性系統的性質，可以降低對獨立系統控制器設計的難度。由于非線性電磁懸浮系 統不易求得其逆系統，因此為了解決這一問題本文利用了支持向量機擬合回歸逼近任 意函數的功能，從而得到不易求得電磁懸浮系統的逆系統。MATLAB仿真實驗表明 支持向量機a階逆系統可以很好的達到對耦合雙電磁懸浮系統的解耦控制。當對其中 一個電磁懸浮系統施加干擾時另外一個電磁懸浮系統不會受到千擾。
本論文通過搭建圓盤式刀庫自動換刀系統試驗臺進行可靠性試驗，通過可靠 性試驗方法對試驗進行規范，對實驗室可靠性試驗以及現場可靠性試驗采集的故 障數據及換刀頻率數據進行了可靠性分析，對不同類別數據的處理方法以及評估 方式開展了研宄，同時編制基于VB與Matlab的兩參數威布爾分布模型與三參 數威布爾分布模型的混合軟件來處理相關數據。
三相電機控制電路主要是實現刀盤的選刀以及機械手的換刀。由于刀盤是根 據就近原則選刀，故刀盤電機要具備正轉與反轉功能。同時由于機械手在換刀過 程中容易出現卡刀以及刀盤電機選刀過程中出現刀盤電機卡死等故障，長時間的 卡刀會導致電機過載而損壞電機，故應在機械手電機回路以及刀盤電機回路中加 入過載保護裝置。如圖2.12三項電機控制電路圖中，FRl、FR2和FR3為過載 保護熱繼電器，熱繼電器由于其工作原理的原因只有過載保護功能，而沒有短路 保護功能。M2為刀盤電機，通過對輸入刀盤電機三相電的改變來實現刀盤的正 轉與反轉，同時要考慮到交流接觸器KM3與KM4之間的互鎖作用，即當KM3 閉合時，KM4要處于斷開狀態，反之亦然。
本章主要是從四個方面對圓盤式刀庫自動換刀系統可靠性試驗方法進行了 研宄。首先從試驗環境、試驗的前期準備以及試驗要求等方面設計了可靠性試驗; 其次給出了自動換刀系統的故障定義以及分類方法、判據原則和計數原則，以此 對試驗過程中出現的故障數據進行及時有效的歸類總結；再次劃分了自動換刀系 統故障的危害等級；最后研宄了實驗室試驗數據和現場試驗數據的采集以及處理 方法，同時研宄了非典型數據的處理方法，如加工中心換刀頻率數據。利用上述 試驗方法以及數據采集方法規范以后的可靠性試驗，保證試驗的順利進行以及采 集數據的真實可靠性。
本章針對可靠性試驗的不同對象的特點，研宄了不同的可靠性建模與評估方 法。對于整機以及部件子系統，如果故障間隔工作時間符合威布爾分布則采用兩 參數威布爾分布模型求解；對于以耗損為特征的零件以及結構件，如果其壽命分 布符合威布爾分布則采用三參數威布爾分布模型求解。針對上述兩種模型的求解 過程，將VB良好的可視化界面與Matlab強大的計算能力以及圖形能力結合起 來，利用兩者的優勢來處理相關數據以及圖形。兩者的混合編程不僅使用戶能夠 直觀的觀察相關圖形以及數據的變化，而且能夠實時的更新數據，而不用花費時 間重新編制程序。
本論文設計并搭建了圓盤式刀庫自動換刀系統可靠性試驗臺，闡述了可靠性 試驗方法，規范了數據的采集方法與統計方法。在此基礎上，對不同類型數據以 及同一類型下不同來源的數據的分析方法進行了研究：故障數據按照樣本量的大 小分別采用常用建模分析方法與貝葉斯建模分析方法；頻率類數據按照數據采集 方法的不同，采用近似求取和直接計算的方法。最后針對現場故障數據復雜多變 致使建模復雜的問題，基于VB與Matlab軟件，開發了適用于威布爾分布模型 的數據處理軟件，給出了可視化軟件的編程方法。
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