專利名稱：盤式刀庫可靠性試驗裝置及其方法
盤式刀庫可靠性試驗裝置及其方法技術領域
本發明屬于車銑復合加工中心用盤式刀庫自動換刀系統的可靠性試驗技術，特別是一種盤式刀庫可靠性試驗裝置及其方法。
背景技術：
車銑復合加工中心可顯著縮短高精復雜工件多工序加工的過程鏈，已廣泛應用于航空、航天、船舶、核工業以及一些民用工業領域中小批量、高精度、形狀復雜的回轉體加工。加工中心自動換刀系統是提供自動化加工過程中所需換刀及儲刀需求的一種裝置，包括自動換刀機構(機械手)及可以儲放多把刀具的刀庫。換刀機構用于執行刀具交換的動作，刀庫則用于提供儲刀位置，并由程序控制提供準確刀位。盤式刀庫呈盤狀，刀具可沿盤面垂直排列、徑向排列或成銳角形式排列，結構簡單、緊湊，應用較廣，多適用于中小型加工中心。
加工中心使用刀庫機械手在高頻率多次換刀的過程中，縮短了換刀時間，大大提高了生產效率。但是刀庫機械手結構復雜，頻繁的換刀運動使得其故障率較高，目前加工中心50%以上的故障都與之有關。其中常見故障有掉刀、不能拔刀、機械手動作不到位、機械手抓刀不穩、刀庫動作不到位等。掉刀、不能拔刀等故障會造成換刀裝置停機，嚴重影響換刀速度；機械手和刀庫在換刀過程中的振動將影響換刀的位置精度和重復定位精度，嚴重時將導致其動作不到位、機械手抓刀不穩等故障，使得整個換刀過程無法順利完成，甚至縮短整個換刀裝置的疲勞壽命。因此，欲提高刀庫機械手的可靠性，從而降低加工中心的故障率，提高生產質量和加工效率，就需要有針對性地設計刀庫可靠性試驗裝置及合適的可靠性試驗方法，從精度、振動、氣缸壓力、轉速轉矩、噪聲等各方面獲得全面的檢測數據，以對其進行可靠性分析。
經對現有技術文獻檢索發現，公告號為CN201755778U，名稱為“立式加工中心盤式刀庫位置的檢測裝置”。該裝置可以通過設置在盤式刀庫退回位置的位置檢測元件來實現刀庫動作的位置精度檢測，但是對于機械手的換刀可靠性卻未加考慮。而公告號為 CN201540212U，名稱為“一種刀庫機械手試驗臺”。該裝置在模擬主軸支架的末端連接有與刀庫配合的刀具夾持機構，模擬主軸與夾持機構可更真實地模擬換刀過程。其不足之處在于，由于該試驗臺未考慮布置安裝相應的檢測傳感器，僅試圖簡單地機械重復模擬換刀過程，記錄累計換刀次數和累計換刀失效次數，所采集的數據單一，無法獲得位置精度、振動、 壓力、轉速轉矩等檢測數據，很難深入分析故障發生的原因，進而有針對性地改進刀庫機械手的可靠性。此外，該試驗臺所使用的刀庫及換刀裝置與本發明的應用對象“車銑復合加工中心用盤式刀庫自動換刀系統”在結構上有明顯區別，且其不具備一般加工中心主軸立臥轉換的功能。
所以目前急需一套能夠全面檢測盤式刀庫及機械手的換刀位置精度和振動特性、 是否掉刀、氣缸壓力、刀庫的轉速轉矩，以及工況噪聲等參數的試驗裝置與試驗方法，從而為刀庫及自動換刀機構的可靠性分析評估提供系統全面的檢測數據，進而優化改進現有的刀庫及自動換刀機構，提高其工作的可靠性，有效減小加工中心的故障率。 發明內容
本發明的目的在于提供一種盤式刀庫機械手可靠性試驗裝置及其方法，用以模擬實際工況，并全面檢測位置精度、振動、壓力、轉速轉矩等參數指標，為分析、評估和改進盤式刀庫運行的可靠性及機械手換刀的可靠性提供依據。
實現本發明目的的技術解決方案為一種盤式刀庫可靠性試驗裝置，包括支撐組件、滑動模塊、模擬主軸、測量組件以及工控機，支撐組件包括底座、調整墊板、橫梁、臺架及支架；測量組件包括光電接近開關、位移傳感器、加速度傳感器、振動測試儀、電流鉗、壓力變送器以及噪聲監測系統；通過螺栓將橫梁、調整墊板、底座連接在一起，調整墊板位于橫梁和底座之間，滑動模塊架設在橫梁上；模擬主軸安裝在滑動模塊上實現模擬主軸的上下左右移動；光電接近開關安裝在換刀機械手中空部位正下方的支架上，用于掉刀檢測；位移傳感器通過支架安裝在模擬主軸與機械手換刀位置的外側，用于測定換刀位置精度信息；加速度傳感器安裝在刀盤盤面邊緣處，用于刀庫振動檢測；振動測試儀安裝在臺架上， 用于檢測機械手換刀時的振動；電流鉗設置在盤式刀庫電動機上，用于檢測盤式刀庫電動機的電流，從而間接檢測盤式刀庫的轉速和扭矩；壓力變送器設置在盤式刀庫的氣缸上，用于檢測盤式刀庫的氣缸壓力；噪聲監測系統安裝在盤式刀庫的內部，用于噪聲監測；光電接近開關、位移傳感器、加速度傳感器、振動測試儀、電流鉗、壓力變送器以及噪聲監測系統將信號分別傳輸至工控機。
本發明與現有技術相比，其顯著優點(1)本裝置在試驗過程中實現了盤式刀庫刀具的真正互換；并且，滑板上設計的T型環狀滑槽使得模擬主軸部分具有立臥轉換功能， 使試驗裝置的運行狀況更接近加工中心換刀時的實際工作狀態。(2)本發明可以檢測整個換刀過程中盤式刀庫及機械手的多項指標，包括位置精度、掉刀檢測、振動檢測、轉速扭矩、 壓力監測以及噪聲監測，為盤式刀庫可靠性分析提供了系統全面的檢測數據，有利于更好地提高刀庫制造質量，有效減少換刀故障率。(3)試驗裝置模擬主軸部分移動的十字滑臺結構為液壓動力驅動，機械定位，更加可靠。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1為盤式刀庫可靠性試驗裝置結構及測量裝置安裝示意圖(a)主視圖(b)俯視圖。
圖2為盤式刀庫可靠性試驗裝置滑動模塊安裝示意圖(a)主視圖(b)側視圖I : X方向導軌滑塊安裝局部放大(C)俯視圖II: y方向導軌滑塊安裝局部放大。
圖3為盤式刀庫可靠性試驗裝置主軸立臥轉換示意圖(a)滑板結構(b)立式主軸調整到位位置 (c)臥式主軸調整到位位置。
圖4為盤式刀庫可靠性試驗裝置換刀檢測點傳感器布局示意圖A為刀庫旋轉到位時，換刀機械手初始位置。B為換刀位置。
圖5為盤式刀庫可靠性試驗裝置換刀檢測流程框圖。
具體實施方式
參見附圖1，發明的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其試驗對象為盤式刀庫9。試驗裝置包括支撐組件、滑動模塊、模擬主軸6、測量組件以及工控機18。支撐組件包括底座1、調整墊板2、橫梁3、臺架15及支架8 ；測量組件包括光電接近開關13、位移傳感器14、加速度傳感器16、振動測試儀17、電流鉗10、壓力變送器12以及噪聲監測系統11 ；通過螺栓將橫梁3、調整墊板2、底座1連接在一起，調整墊板2位于橫梁3和底座1之間，可以通過選擇不同厚度的調整墊板2調整橫梁3的高度；滑動模塊架設在橫梁3上；模擬主軸6安裝在滑動模塊上實現模擬主軸6的上下左右移動；光電接近開關13安裝在換刀機械手7中空部位正下方的支架8上，用于掉刀檢測；位移傳感器14通過支架8安裝在模擬主軸6與機械手 7換刀位置的外側，用于測定換刀位置精度信息；加速度傳感器16安裝在刀盤盤面邊緣處， 用于刀庫振動檢測；振動測試儀17安裝在臺架15上，用于檢測機械手7換刀時的振動；電流鉗10設置在盤式刀庫9電動機上，用于檢測盤式刀庫9電動機的電流，從而間接檢測盤式刀庫9的轉速和扭矩；壓力變送器12設置在盤式刀庫9的氣缸上，用于檢測盤式刀庫9 的氣缸壓力；噪聲監測系統11安裝在盤式刀庫9的內部，用于噪聲監測。
所述的調整墊板2是一種可更換的用于調整橫梁3高度的鋼板，根據具體的盤式刀庫9高度設計其厚度，使橫梁3高度與盤式刀庫9高度一致。
所述的支架8是一種L形鋼架，在其底面上安裝光電接近開關13，在其豎直面的換刀點側安裝位移傳感器14。
所述的滑動模塊如圖2所示，由沿χ方向滑動模塊和沿y方向滑動模塊組成，實現十字滑動。沿X方向滑動模塊由滑臺4、液壓缸I 19、兩根導軌I 22、四個滑塊I 23、擋塊 I 21以及連接板I 20組成。兩根導軌I 22通過螺釘沿χ方向固定安裝在橫梁3上，用螺釘將2N個擋塊I 21沿兩導軌I 22外側安裝在橫梁3上，每根導軌I 22外側安裝N個，N 取10 15。橫梁3上兩根導軌I 22中間沿χ方向固定安裝液壓缸I 19，液壓缸I 19右側插入連接板I 20中間孔內，連接板I 20用螺釘固定安裝在滑臺4的右側邊緣，每根導軌 I 22上有兩個滑塊I 23，沿χ方向用螺釘固定安裝在滑臺4上，滑臺4在橫梁3上帶動模擬主軸6實現沿χ方向的移動。沿y方向滑動模塊由滑板5、液壓缸II 24、兩根導軌II 27、 四個滑塊II 26、擋塊II 28以及連接板II 25組成。在滑臺4另一側沿y方向用螺釘安裝兩根導軌II 27，2M個擋塊II 28沿兩導軌II 27外側安裝在滑臺4上，每根導軌II 27外側安裝 M個，M取6 10。滑臺4上兩根導軌II 27之間沿y方向固定安裝液壓缸II 24，其下側插入連接板II 25中間孔內，連接板II 25固定安裝在滑板5的下側邊緣，每根導軌II 27上有兩個滑塊II 26沿y方向固定安裝在滑板5上，滑板5在滑臺4上帶動模擬主軸6實現沿y 方向的移動。
所述的滑板5上設計了 T型環狀滑槽四，如圖3 (a)所示。用螺栓螺母將模擬主軸6安裝在T型環狀滑槽四上，松開螺母使模擬主軸在T型環狀滑槽四內旋轉90°，即可實現模擬主軸6的立臥轉換，其立式主軸調整到位位置如圖3(b)所示，其臥式主軸調整到位位置如圖3(c)所示。
所述的試驗裝置用模擬主軸6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，而保留拉刀、松刀功能。
所述的光電接近開關13是一種紅外回射型光電傳感器，可以利用其檢測換刀機械手7上有無刀具，以實現掉刀檢測，輸出數字量反饋信號至工控機18。一個光電接近開關 13安裝在支架8底面上，傳感器的感應面對準換刀機械手7握刀部位中間且至機械手7的距離為25-350mmo
所述的位移傳感器14是一種電渦流位移傳感器，利用電磁感應原理，可以非接觸地連續測量位移，輸出電壓信號，信號處理后輸入工控機18。一個位移傳感器14安裝在支架8的豎直面上，傳感器的感應面對準換刀位置，高度為距支架8底面觀0-300讓。
所述的加速度傳感器16是一種單軸加速度傳感器，數目為4 16個，均布在距刀盤邊緣10-20mm處的刀盤上，探測盤式刀庫9振動信號輸入工控機18。
所述的振動測試儀17是一種超高頻激光多普勒振動測試儀，一個振動測試儀17 安裝在一獨立臺架15上，測量頭對準換刀機械手7的手爪端面，將換刀機械手7的振動信號處理后輸入工控機18。
所述的電流鉗10通過測電機的電流間接測出盤式刀庫9的轉速和扭矩，輸出電信號經過處理，輸入工控機18。一個電流鉗10夾持在電機輸電線上即可。
所述的壓力變送器12與氣缸相連，實時的監測氣缸內壓力輔助檢測換刀機械手7 位置精度，信號輸入工控機18。
所述的噪聲監測系統11主要工作部分為一個麥克風，被安裝在盤式刀庫9內部齒輪嚙合處，固定在電機安裝架上。實時監測換刀過程中的系統噪聲，輸出電壓信號經處理后，輸入工控機18。
假設盤式刀庫中刀具容量為n，即有η個機械手，其中可握立式刀具的機械手有 P個，下文通稱為立式機械手；其余的(H-P)個機械手可握臥式刀具，下文通稱為臥式機械手；某時刻若機械手上無刀具，下文通稱此時刻的機械手為空機械手，其中立式機械手上無刀具時通稱為立式空機械手，臥式機械手上無刀具時通稱為臥式空機械手；反之此時若機械手上有刀具，下文通稱此時刻的機械手為握刀機械手，其中立式機械手上有刀具時通稱為立式握刀機械手，臥式機械手上有刀具時通稱為臥式握刀機械手；當握刀機械手用于裝刀時，下文通稱為裝刀機械手，其中立式握刀機械手用于裝刀時通稱為立式裝刀機械手，臥式握刀機械手用于裝刀時通稱為臥式裝刀機械手；當空機械手用于拔刀時，下文通稱為拔刀機械手，其中立式空機械手用于拔刀時通稱為立式拔刀機械手，臥式空機械手用于拔刀時通稱為臥式拔刀機械手。裝刀機械手與拔刀機械手均屬于換刀機械手。
下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
試驗裝置的安裝，如圖1所示，底座1水平固定于地面，橫梁3安裝在底座1上方， 中間用調整墊板2相連。如圖2所示，兩根導軌I 22通過螺釘沿χ方向固定安裝在橫梁3 上，用螺釘將26個擋塊I 21沿兩導軌I 22外側安裝在橫梁3上，每根導軌I 22外側安裝 13個，橫梁3上兩排導軌I 22中間沿χ方向固定安裝液壓缸I 19，液壓缸I 19右側插入連接板I 20中間孔內，連接板I 20用螺釘固定安裝在滑臺4右側邊緣，每根導軌I 22上有兩個滑塊I 23，沿χ方向用螺釘固定安裝在滑臺4上，滑臺4在橫梁3上帶動模擬主軸6 實現沿χ方向的移動。在滑臺4另一側沿y方向用螺釘安裝兩根導軌II 27，16個擋塊II 28 沿兩導軌II 27外側安裝在滑臺上，每根導軌II 27外側安裝8個，滑臺4上兩根導軌II 27之間沿y方向固定安裝液壓缸II 24，其下側插入連接板II 25中間孔內，連接板II 25固定安裝在滑板5的下側邊緣，每根導軌上有兩個滑塊II 26，沿y方向固定安裝在滑板5上，滑板5在滑臺4上帶動模擬主軸6實現沿y方向的移動。模擬主軸6采用秦川機床工具集團有限公司生產的型號為VTM260龍門式車銑符合加工中心用主軸相同的結構，去除了轉動裝置， 而保留了拉刀和松刀裝置。用螺栓螺母將模擬主軸6安裝在滑板5的T型環狀滑槽四上。
盤式刀庫9的安裝，如圖1所示，盤式刀庫9水平固定于地面，盤式刀庫9與試驗裝置的相對位置如例圖所示。具體要求是模擬主軸6可運動至盤式刀庫9的換刀機械手7 上方的換刀點，實現換刀操作。如果豎直方向不能實現，可以通過調整墊板2進行調整。
光電接近開關13采用德國巴魯夫光電接近開關，這是一種紅外回射型光電傳感器，可以利用其檢測機械手7上有無刀具實現掉刀檢測，輸出數字量至西門子數控系統，若發生掉刀故障則將故障信號輸入工控機18。一個光電接近開關13垂直安裝在支架8的底面上，傳感器的感應面對準換刀機械手7握刀部位中間且至機械手7的距離為25-350mm，位置如圖1(a)、圖4所示。
位移傳感器14采用KEYENCE數字渦電流位移傳感器，利用電磁感應原理，可以非接觸地連續測量位移，輸出電壓信號，信號處理后輸入工控機18。一個位移傳感器14垂直安裝在支架8的豎直面上，距離支架8底面的距離為300mm，位置如圖1、圖4所示。
加速度傳感器16采用美國PCB單軸加速度傳感器，傳感器探測盤式刀庫9振動信號輸入ftOsig P8012機箱，再由該機箱將信號處理后輸入工控機18。考慮到盤式刀庫9的結構，盤式刀庫9在刀盤邊緣處振動最明顯，又由于刀盤的機械結構限制，因此將4個加速度傳感器16均布在距刀盤邊緣20mm處的刀盤上，位置如圖1(b)所示。
振動測試儀17采用MetroLaser公司的VibroMET 500V超高頻激光多普勒振動測試儀。激光多普勒振動測試儀作為獨立系統，可非接觸地接收振動信號，配備機箱可以將信號處理后輸入工控機18。一個振動測試儀17安裝在一獨立臺架15上，測量頭對準換刀機械手7振動最明顯處，即機械手7手爪端面，位置如圖1、圖4所示。
電流鉗10采用日本共立8143電流鉗，通過測電機的電流間接測出盤式刀庫9的轉速和扭矩，輸出電信號經過處理，輸入工控機18。一個電流鉗10夾持在電機輸電線上即可，位置如圖1(a)所示。
壓力變送器12采用上海儀表公司NS-F型壓力變送器，實時的監測和反饋氣缸內壓力，輸出電壓信號經過處理，輸入工控機18。將一個三通接頭安裝在氣缸通氣口上，再將一個壓力變送器12旋入三通接頭的側向接頭內，位置如圖1(a)所示。
噪聲監測系統11采用德國AVM M17麥克風，實時監測系統噪聲，輸出電壓信號經過處理，輸入工控機18。考慮到盤式刀庫9在運轉時，傳動系統噪聲最大，所以將一個麥克風安裝在盤式刀庫9電機附近，固定在電機安裝架上，位置如圖1所示。
模擬主軸6的立臥轉換如圖3所示，用螺栓螺母將模擬主軸6安裝在T型環狀滑槽四上，松開螺母使模擬主軸在T型環狀滑槽四內旋轉90°，即可實現模擬主軸6的立臥轉換。
安裝調試完成后進行試驗，可靠性試驗裝置換刀檢測流程框圖如圖5所示，具體給出一種試驗步驟。
步驟一與盤式刀庫9連接的西門子數控系統發出換刀指令，模擬主軸6準停，通過滑板上的T型環狀滑槽四，根據需要調整模擬主軸7的立臥狀態，并完成模擬主軸7立臥狀態的判斷，若為立式則后續的拔刀、裝刀都由立式機械手完成，若為臥式則后續的拔刀、裝刀過程都由臥式機械手完成。
步驟二 判斷模擬主軸6上是否有刀具，按下述a)，b)兩種情況實現換刀動作。
a)若模擬主軸6上有刀具，則需先拔刀再裝刀，在拔刀前，先從所有空機械手中選擇離換刀位置最近的作為拔刀機械手7，并由數控系統控制盤式刀庫9旋轉。在盤式刀庫9將拔刀機械手7旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗10通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩使。當盤式刀庫9旋轉到換刀位置正下方后，加速度傳感器16開始檢測刀庫的振動直至整個拔刀過程結束。數控系統控制氣缸上推拔刀機械手7至換刀位置時， 位移傳感器14檢測拔刀機械手7位置精度，并用壓力變送器12檢測氣缸內壓力從而輔助檢測拔刀機械手7位置精度，同時振動測試儀17開始檢測拔刀機械手7的振動直至拔刀過程結束。數控系統控制模擬主軸6前移至換刀位置，拔刀機械手7被迫張開握住主軸刀具， 模擬主軸6松刀，待拔刀機械手7完成拔刀動作后，拔刀機械手7下降退回刀庫中，光電接近開關13檢測拔刀機械手上是否有刀具，以實現掉刀檢測，壓力變送器12檢測盤式刀庫9 的氣缸內氣壓從而間接檢測拔刀機械手7的位置精度。待拔刀機械手7完成拔刀動作后， 拔刀機械手7下降退回刀庫中，記錄下該機械手儲存的刀具ID號，并開始準備裝刀。裝刀前，數控系統控制模擬主軸6上升等待換刀，同時控制盤式刀庫9轉動選刀使所選刀具旋轉至換刀位置正下方，此時被選擇的握刀機械手即為裝刀機械手7。在盤式刀庫9將裝刀機械手7旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗10通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩，當盤式刀庫9旋轉到換刀位置正下方后，加速度傳感器16開始檢測刀庫的振動直至整個裝刀過程結束。數控系統控制氣缸上推裝刀機械手7至換刀位置時，位移傳感器14檢測裝刀機械手7位置精度，并用壓力變送器12檢測氣缸內壓力從而輔助檢測裝刀機械手7 位置精度，同時振動測試儀17開始檢測裝刀機械手7的振動直至裝刀過程結束。數控系統控制模擬主軸6下降拉刀以完成整個裝刀動作。待裝刀機械手7完成裝刀動作后，光電接近開關13檢測裝刀機械手上是否有刀具，此后裝刀機械手7轉變為空機械手7，氣缸拉動空機械手7下降至盤式刀庫9內，壓力變送器12檢測氣缸內壓力從而間接檢測空機械手7的位置精度。數控系統控制模擬主軸6移至準停位置，換刀結束。整個過程噪聲監測系統11 均需監測工作噪聲。
b)若模擬主軸6上無刀具，則省去上述的拔刀步驟，裝刀前，模擬主軸6前移至換刀位置，并上升等待裝刀。裝刀前，數控系統控制模擬主軸6上升等待換刀，同時控制盤式刀庫9轉動選刀使所選刀具旋轉至換刀位置正下方，此時被選擇的握刀機械手即為裝刀機械手7。在盤式刀庫9將裝刀機械手7旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗10通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩，當盤式刀庫9旋轉到換刀位置正下方后，加速度傳感器16開始檢測刀庫的振動直至整個裝刀過程結束。數控系統控制氣缸上推裝刀機械手7至換刀位置時，位移傳感器14檢測裝刀機械手7位置精度，并用壓力變送器12檢測氣缸內壓力從而輔助檢測裝刀機械手7位置精度，同時振動測試儀17開始檢測裝刀機械手 7的振動直至裝刀過程結束。數控系統控制模擬主軸6下降拉刀以完成整個裝刀動作。待裝刀機械手7完成裝刀動作后，光電接近開關13檢測裝刀機械手上是否有刀具，此后裝刀機械手7轉變為空機械手7，氣缸拉動空機械手7下降至盤式刀庫9內，壓力變送器12檢測氣缸內壓力從而間接檢測空機械手7的位置精度。數控系統控制模擬主軸6移至準停位置，換刀結束。整個過程噪聲監測系統11均需監測工作噪聲。
步驟三完成本次試驗后，各傳感器將所測得數據及時傳送至工控機18。計算機處理所得數據，利用美國RELEX軟件公司的Relex Mudio可靠性工作平臺軟件分析盤式刀庫9可靠性。
權利要求
1.一種盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于包括支撐組件、滑動模塊、模擬主軸 (6)、測量組件以及工控機(18)，支撐組件包括底座(1)、調整墊板(2)、橫梁(3)、臺架(15) 及支架(8)；測量組件包括光電接近開關(13)、位移傳感器(14)、加速度傳感器(16)、振動測試儀(17)、電流鉗(10)、壓力變送器(12)以及噪聲監測系統(11)；通過螺栓將橫梁(3)、 調整墊板(2)、底座(1)連接在一起，調整墊板(2)位于橫梁(3)和底座(1)之間，滑動模塊架設在橫梁(3)上；模擬主軸(6)安裝在滑動模塊上實現模擬主軸(6)的上下左右移動；光電接近開關(13)安裝在換刀機械手(7)中空部位正下方的支架(8)上，用于掉刀檢測；位移傳感器(14)通過支架(8)安裝在模擬主軸(6)與機械手(7)換刀位置的外側，用于測定換刀位置精度信息；加速度傳感器(16)安裝在刀盤盤面邊緣處，用于刀庫振動檢測；振動測試儀(17)安裝在臺架(15)上，用于檢測機械手(7)換刀時的振動；電流鉗(10)設置在盤式刀庫(9)電動機上，用于檢測盤式刀庫(9)電動機的電流，從而間接檢測盤式刀庫(9)的轉速和扭矩；壓力變送器(12)設置在盤式刀庫(9)的氣缸上，用于檢測盤式刀庫(9)的氣缸壓力；噪聲監測系統(11)安裝在盤式刀庫(9)的內部，用于噪聲監測；光電接近開關(13)、位移傳感器(14)、加速度傳感器(16)、振動測試儀(17)、電流鉗(10)、壓力變送器(12)以及噪聲監測系統(11)將信號分別傳輸至工控機(18)。
2.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于支架(8)是一種L形鋼架，在其底面上安裝光電接近開關(13)，在其豎直面的換刀點側安裝位移傳感器(14)。
3.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于滑動模塊由沿χ方向滑動模塊和沿y方向滑動模塊組成，實現十字滑動，沿χ方向滑動模塊由滑臺(4)、液壓缸 I (19)、兩根導軌I (22)、四個滑塊I (23)、擋塊I (21)以及連接板I (20)組成，兩根導軌 I (22)通過螺釘沿χ方向固定安裝在橫梁(3)上，用螺釘將2N個擋塊I (21)沿兩導軌I (22)外側安裝在橫梁(3)上，即每根導軌I (22)外側安裝N個擋塊I (21)，N取10 15 ； 橫梁(3)上兩根導軌I (22)中間沿χ方向固定安裝液壓缸I (19)，液壓缸I (19)右側插入連接板I (20)中間孔內，連接板I (20)用螺釘固定安裝在滑臺(4)的右側邊緣，每根導軌 I (22)上有兩個滑塊I (23)，沿χ方向用螺釘固定安裝在滑臺(4)上，滑臺(4)在橫梁(3) 上帶動模擬主軸(6)實現沿χ方向的移動；沿y方向滑動模塊由滑板(5)、液壓缸II (24)、兩根導軌II (27)、四個滑塊II ( )、擋塊II (28)以及連接板II (25)組成，在滑臺4另一側沿y方向用螺釘安裝兩根導軌II (27)， 2M個擋塊II (28)沿兩導軌II (27)外側安裝在滑臺(4)上，即每根導軌II (27)外側安裝M 個，M取6 10，滑臺4上兩根導軌II (27)之間沿y方向固定安裝液壓缸II (對)，其下側插入連接板II (25)中間孔內，連接板II (25)固定安裝在滑板(5)的下側邊緣，每根導軌II (27)上有兩個滑塊II (26)沿y方向固定安裝在滑板(5)上，滑板(5)在滑臺(4)上帶動模擬主軸(6)實現沿y方向的移動。
4.根據權利要求3所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于滑板(5)上設置T型環狀滑槽(29)，用螺栓螺母將模擬主軸(6)安裝在T型環狀滑槽(29)上，松開螺母使模擬主軸(6)在T型環狀滑槽(29)內旋轉90°，即可實現模擬主軸(6)的立臥轉換。
5.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于光電接近開關(13)安裝在支架(8)底面上，該光電接近開關(13)的感應面對準換刀機械手(7)握刀部位中間且至機械手(7)的距離為25-350mm。
6.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于位移傳感器(14)安裝在支架(8)的豎直面上，該位移傳感器(14)的感應面對準換刀位置，高度為距支架(8)底面 280-300mm。
7.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于加速度傳感器(16)的數目為4 16個，均布在距刀盤邊緣10-20mm處的刀盤上。
8.根據權利要求1所述的盤式刀庫可靠性試驗裝置，其特征在于振動測試儀(17)安裝在臺架(15)上，測量頭對準換刀機械手(7)的手爪端面。
9.一種盤式刀庫可靠性試驗方法，其特征在于步驟如下步驟一，與盤式刀庫(9)連接的數控系統發出換刀指令，模擬主軸(6)準停，通過滑板上的T型環狀滑槽(29)，根據需要調整模擬主軸(7)的立臥狀態，并完成模擬主軸(7)立臥狀態的判斷，若為立式則后續的拔刀、裝刀都由立式機械手完成，若為臥式則后續的拔刀、 裝刀過程都由臥式機械手完成；步驟二，判斷模擬主軸(6)上是否有刀具，按下述a)、b)兩種情況實現換刀動作若模擬主軸(6)上有刀具，則需先拔刀再裝刀，在拔刀前，先從所有空機械手中選擇離換刀位置最近的作為拔刀機械手(7)，并由數控系統控制盤式刀庫(9)旋轉；在盤式刀庫 (9)將拔刀機械手(7)旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗(10)通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩使；當盤式刀庫(9)旋轉到換刀位置正下方后，加速度傳感器(16) 開始檢測刀庫的振動直至整個拔刀過程結束；數控系統控制氣缸上推拔刀機械手(7)至換刀位置時，位移傳感器(14)檢測拔刀機械手(7)位置精度，并用壓力變送器(12)檢測氣缸內壓力從而輔助檢測拔刀機械手7位置精度，同時振動測試儀(17)開始檢測拔刀機械手 (7)的振動直至拔刀過程結束；數控系統控制模擬主軸(6)前移至換刀位置，拔刀機械手 (7)被迫張開握住主軸刀具，模擬主軸(6)松刀，待拔刀機械手(7)完成拔刀動作后，拔刀機械手(7)下降退回刀庫中，光電接近開關(13)檢測拔刀機械手上是否有刀具，以實現掉刀檢測，壓力變送器(12)檢測盤式刀庫(9)的氣缸內氣壓從而間接檢測拔刀機械手(7)的位置精度；待拔刀機械手(7)完成拔刀動作后，拔刀機械手(7)下降退回刀庫中，記錄下該機械手儲存的刀具ID號，并開始準備裝刀；裝刀前，數控系統控制模擬主軸(6)上升等待換刀，同時控制盤式刀庫(9)轉動選刀使所選刀具旋轉至換刀位置正下方，此時被選擇的握刀機械手即為裝刀機械手(7)；在盤式刀庫(9)將裝刀機械手(7)旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗(10)通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩，當盤式刀庫(9)旋轉到換刀位置正下方后，加速度傳感器(16)開始檢測刀庫的振動直至整個裝刀過程結束；數控系統控制氣缸上推裝刀機械手(7)至換刀位置時，位移傳感器(14)檢測裝刀機械手(7)位置精度，并用壓力變送器(12)檢測氣缸內壓力從而輔助檢測裝刀機械手(7)位置精度，同時振動測試儀(17)開始檢測裝刀機械手(7)的振動直至裝刀過程結束；數控系統控制模擬主軸(6)下降拉刀以完成整個裝刀動作；待裝刀機械手(7)完成裝刀動作后，光電接近開關 (13)檢測裝刀機械手(7)上是否有刀具，此后裝刀機械手(7)轉變為空機械手(7)，氣缸拉動空機械手(7)下降至盤式刀庫(9)內，壓力變送器(12)檢測氣缸內壓力從而間接檢測空機械手(7)的位置精度；數控系統控制模擬主軸(6)移至準停位置，換刀結束；整個過程噪聲監測系統(11)均需監測工作噪聲；若模擬主軸(6)上無刀具，則省去上述的拔刀步驟，裝刀前，模擬主軸(6)前移至換刀位置，并上升等待裝刀；裝刀前，數控系統控制模擬主軸(6)上升等待換刀，同時控制盤式刀庫(9)轉動選刀使所選刀具旋轉至換刀位置正下方，此時被選擇的握刀機械手即為裝刀機械手(7);在盤式刀庫(9)將裝刀機械手(7)旋轉至換刀位置正下方過程中，電流鉗(10) 通過測電機的電流間接測出刀庫的轉速和扭矩，當盤式刀庫(9)旋轉到換刀位置正下方后， 加速度傳感器(16)開始檢測刀庫的振動直至整個裝刀過程結束；數控系統控制氣缸上推裝刀機械手(7)至換刀位置時，位移傳感器(14)檢測裝刀機械手(7)位置精度，并用壓力變送器(12)檢測氣缸內壓力從而輔助檢測裝刀機械手(7)位置精度，同時振動測試儀(17)開始檢測裝刀機械手(7)的振動直至裝刀過程結束；數控系統控制模擬主軸(6)下降拉刀以完成整個裝刀動作；待裝刀機械手(7)完成裝刀動作后，光電接近開關(13)檢測裝刀機械手上是否有刀具，此后裝刀機械手(7)轉變為空機械手(7)，氣缸拉動空機械手(7)下降至盤式刀庫(9)內，壓力變送器(12)檢測氣缸內壓力從而間接檢測空機械手(7)的位置精度； 數控系統控制模擬主軸(6)移至準停位置，換刀結束；整個過程噪聲監測系統(11)均需監測工作噪聲；步驟三完成本次試驗后，光電接近開關(13)、位移傳感器(14)、加速度傳感器(16)、 振動測試儀(17)、電流鉗(10)、壓力變送器(12)以及噪聲監測系統(11)將所測得數據及時傳送至工控機(18)；計算機處理所得數據，依據程序分析盤式刀庫(9)可靠性。
全文摘要
本發明公開了一種盤式刀庫機械手可靠性試驗裝置及其方法，包括支撐組件、滑動模塊、模擬主軸、測量組件以及工控機，支撐組件包括底座、調整墊板、橫梁、臺架及支架；測量組件包括光電接近開關、位移傳感器、加速度傳感器、振動測試儀、電流鉗、壓力變送器以及噪聲監測系統。測量組件的各傳感器完成對盤式刀庫及機械手的參數測量后，將信號分別傳輸至工控機。本發明用以模擬實際工況，并全面檢測參數指標，為分析、評估和改進盤式刀庫運行的可靠性及機械手換刀的可靠性提供依據。
文檔編號G01M99/00GK102507228SQ20111028964
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者馮虎田, 劉亞峰, 夏仰球, 朱振華, 李春梅, 歐屹, 王禹林, 董維新, 錢林方, 陶衛軍, 韓軍 申請人:南京理工大學