专利名称：盘式刀库可靠性试验装置及其方法
盘式刀库可靠性试验装置及其方法技术领域
本发明属于车铣复合加工中心用盘式刀库自动换刀系统的可靠性试验技术，特别是一种盘式刀库可靠性试验装置及其方法。
背景技术：
车铣复合加工中心可显著缩短高精复杂工件多工序加工的过程链，已广泛应用于航空、航天、船舶、核工业以及一些民用工业领域中小批量、高精度、形状复杂的回转体加工。加工中心自动换刀系统是提供自动化加工过程中所需换刀及储刀需求的一种装置，包括自动换刀机构(机械手)及可以储放多把刀具的刀库。换刀机构用于执行刀具交换的动作，刀库则用于提供储刀位置，并由程序控制提供准确刀位。盘式刀库呈盘状，刀具可沿盘面垂直排列、径向排列或成锐角形式排列，结构简单、紧凑，应用较广，多适用于中小型加工中心。
加工中心使用刀库机械手在高频率多次换刀的过程中，缩短了换刀时间，大大提高了生产效率。但是刀库机械手结构复杂，频繁的换刀运动使得其故障率较高，目前加工中心50%以上的故障都与之有关。其中常见故障有掉刀、不能拔刀、机械手动作不到位、机械手抓刀不稳、刀库动作不到位等。掉刀、不能拔刀等故障会造成换刀装置停机，严重影响换刀速度；机械手和刀库在换刀过程中的振动将影响换刀的位置精度和重复定位精度，严重时将导致其动作不到位、机械手抓刀不稳等故障，使得整个换刀过程无法顺利完成，甚至缩短整个换刀装置的疲劳寿命。因此，欲提高刀库机械手的可靠性，从而降低加工中心的故障率，提高生产质量和加工效率，就需要有针对性地设计刀库可靠性试验装置及合适的可靠性试验方法，从精度、振动、气缸压力、转速转矩、噪声等各方面获得全面的检测数据，以对其进行可靠性分析。
经对现有技术文献检索发现，公告号为CN201755778U，名称为“立式加工中心盘式刀库位置的检测装置”。该装置可以通过设置在盘式刀库退回位置的位置检测元件来实现刀库动作的位置精度检测，但是对于机械手的换刀可靠性却未加考虑。而公告号为 CN201540212U，名称为“一种刀库机械手试验台”。该装置在模拟主轴支架的末端连接有与刀库配合的刀具夹持机构，模拟主轴与夹持机构可更真实地模拟换刀过程。其不足之处在于，由于该试验台未考虑布置安装相应的检测传感器，仅试图简单地机械重复模拟换刀过程，记录累计换刀次数和累计换刀失效次数，所采集的数据单一，无法获得位置精度、振动、 压力、转速转矩等检测数据，很难深入分析故障发生的原因，进而有针对性地改进刀库机械手的可靠性。此外，该试验台所使用的刀库及换刀装置与本发明的应用对象“车铣复合加工中心用盘式刀库自动换刀系统”在结构上有明显区别，且其不具备一般加工中心主轴立卧转换的功能。
所以目前急需一套能够全面检测盘式刀库及机械手的换刀位置精度和振动特性、 是否掉刀、气缸压力、刀库的转速转矩，以及工况噪声等参数的试验装置与试验方法，从而为刀库及自动换刀机构的可靠性分析评估提供系统全面的检测数据，进而优化改进现有的刀库及自动换刀机构，提高其工作的可靠性，有效减小加工中心的故障率。 发明内容
本发明的目的在于提供一种盘式刀库机械手可靠性试验装置及其方法，用以模拟实际工况，并全面检测位置精度、振动、压力、转速转矩等参数指标，为分析、评估和改进盘式刀库运行的可靠性及机械手换刀的可靠性提供依据。
实现本发明目的的技术解决方案为一种盘式刀库可靠性试验装置，包括支撑组件、滑动模块、模拟主轴、测量组件以及工控机，支撑组件包括底座、调整垫板、横梁、台架及支架；测量组件包括光电接近开关、位移传感器、加速度传感器、振动测试仪、电流钳、压力变送器以及噪声监测系统；通过螺栓将横梁、调整垫板、底座连接在一起，调整垫板位于横梁和底座之间，滑动模块架设在横梁上；模拟主轴安装在滑动模块上实现模拟主轴的上下左右移动；光电接近开关安装在换刀机械手中空部位正下方的支架上，用于掉刀检测；位移传感器通过支架安装在模拟主轴与机械手换刀位置的外侧，用于测定换刀位置精度信息；加速度传感器安装在刀盘盘面边缘处，用于刀库振动检测；振动测试仪安装在台架上， 用于检测机械手换刀时的振动；电流钳设置在盘式刀库电动机上，用于检测盘式刀库电动机的电流，从而间接检测盘式刀库的转速和扭矩；压力变送器设置在盘式刀库的气缸上，用于检测盘式刀库的气缸压力；噪声监测系统安装在盘式刀库的内部，用于噪声监测；光电接近开关、位移传感器、加速度传感器、振动测试仪、电流钳、压力变送器以及噪声监测系统将信号分别传输至工控机。
本发明与现有技术相比，其显著优点(1)本装置在试验过程中实现了盘式刀库刀具的真正互换；并且，滑板上设计的T型环状滑槽使得模拟主轴部分具有立卧转换功能， 使试验装置的运行状况更接近加工中心换刀时的实际工作状态。(2)本发明可以检测整个换刀过程中盘式刀库及机械手的多项指标，包括位置精度、掉刀检测、振动检测、转速扭矩、 压力监测以及噪声监测，为盘式刀库可靠性分析提供了系统全面的检测数据，有利于更好地提高刀库制造质量，有效减少换刀故障率。(3)试验装置模拟主轴部分移动的十字滑台结构为液压动力驱动，机械定位，更加可靠。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为盘式刀库可靠性试验装置结构及测量装置安装示意图(a)主视图(b)俯视图。
图2为盘式刀库可靠性试验装置滑动模块安装示意图(a)主视图(b)侧视图I : X方向导轨滑块安装局部放大(C)俯视图II: y方向导轨滑块安装局部放大。
图3为盘式刀库可靠性试验装置主轴立卧转换示意图(a)滑板结构(b)立式主轴调整到位位置 (c)卧式主轴调整到位位置。
图4为盘式刀库可靠性试验装置换刀检测点传感器布局示意图A为刀库旋转到位时，换刀机械手初始位置。B为换刀位置。
图5为盘式刀库可靠性试验装置换刀检测流程框图。
具体实施方式
参见附图1，发明的盘式刀库可靠性试验装置，其试验对象为盘式刀库9。试验装置包括支撑组件、滑动模块、模拟主轴6、测量组件以及工控机18。支撑组件包括底座1、调整垫板2、横梁3、台架15及支架8 ；测量组件包括光电接近开关13、位移传感器14、加速度传感器16、振动测试仪17、电流钳10、压力变送器12以及噪声监测系统11 ；通过螺栓将横梁3、调整垫板2、底座1连接在一起，调整垫板2位于横梁3和底座1之间，可以通过选择不同厚度的调整垫板2调整横梁3的高度；滑动模块架设在横梁3上；模拟主轴6安装在滑动模块上实现模拟主轴6的上下左右移动；光电接近开关13安装在换刀机械手7中空部位正下方的支架8上，用于掉刀检测；位移传感器14通过支架8安装在模拟主轴6与机械手 7换刀位置的外侧，用于测定换刀位置精度信息；加速度传感器16安装在刀盘盘面边缘处， 用于刀库振动检测；振动测试仪17安装在台架15上，用于检测机械手7换刀时的振动；电流钳10设置在盘式刀库9电动机上，用于检测盘式刀库9电动机的电流，从而间接检测盘式刀库9的转速和扭矩；压力变送器12设置在盘式刀库9的气缸上，用于检测盘式刀库9 的气缸压力；噪声监测系统11安装在盘式刀库9的内部，用于噪声监测。
所述的调整垫板2是一种可更换的用于调整横梁3高度的钢板，根据具体的盘式刀库9高度设计其厚度，使横梁3高度与盘式刀库9高度一致。
所述的支架8是一种L形钢架，在其底面上安装光电接近开关13，在其竖直面的换刀点侧安装位移传感器14。
所述的滑动模块如图2所示，由沿χ方向滑动模块和沿y方向滑动模块组成，实现十字滑动。沿X方向滑动模块由滑台4、液压缸I 19、两根导轨I 22、四个滑块I 23、挡块 I 21以及连接板I 20组成。两根导轨I 22通过螺钉沿χ方向固定安装在横梁3上，用螺钉将2N个挡块I 21沿两导轨I 22外侧安装在横梁3上，每根导轨I 22外侧安装N个，N 取10 15。横梁3上两根导轨I 22中间沿χ方向固定安装液压缸I 19，液压缸I 19右侧插入连接板I 20中间孔内，连接板I 20用螺钉固定安装在滑台4的右侧边缘，每根导轨 I 22上有两个滑块I 23，沿χ方向用螺钉固定安装在滑台4上，滑台4在横梁3上带动模拟主轴6实现沿χ方向的移动。沿y方向滑动模块由滑板5、液压缸II 24、两根导轨II 27、 四个滑块II 26、挡块II 28以及连接板II 25组成。在滑台4另一侧沿y方向用螺钉安装两根导轨II 27，2M个挡块II 28沿两导轨II 27外侧安装在滑台4上，每根导轨II 27外侧安装 M个，M取6 10。滑台4上两根导轨II 27之间沿y方向固定安装液压缸II 24，其下侧插入连接板II 25中间孔内，连接板II 25固定安装在滑板5的下侧边缘，每根导轨II 27上有两个滑块II 26沿y方向固定安装在滑板5上，滑板5在滑台4上带动模拟主轴6实现沿y 方向的移动。
所述的滑板5上设计了 T型环状滑槽四，如图3 (a)所示。用螺栓螺母将模拟主轴6安装在T型环状滑槽四上，松开螺母使模拟主轴在T型环状滑槽四内旋转90°，即可实现模拟主轴6的立卧转换，其立式主轴调整到位位置如图3(b)所示，其卧式主轴调整到位位置如图3(c)所示。
所述的试验装置用模拟主轴6与车铣复合加工中心用实际主轴结构相同，仅去除主轴中的旋转功能，而保留拉刀、松刀功能。
所述的光电接近开关13是一种红外回射型光电传感器，可以利用其检测换刀机械手7上有无刀具，以实现掉刀检测，输出数字量反馈信号至工控机18。一个光电接近开关 13安装在支架8底面上，传感器的感应面对准换刀机械手7握刀部位中间且至机械手7的距离为25-350mmo
所述的位移传感器14是一种电涡流位移传感器，利用电磁感应原理，可以非接触地连续测量位移，输出电压信号，信号处理后输入工控机18。一个位移传感器14安装在支架8的竖直面上，传感器的感应面对准换刀位置，高度为距支架8底面观0-300讓。
所述的加速度传感器16是一种单轴加速度传感器，数目为4 16个，均布在距刀盘边缘10-20mm处的刀盘上，探测盘式刀库9振动信号输入工控机18。
所述的振动测试仪17是一种超高频激光多普勒振动测试仪，一个振动测试仪17 安装在一独立台架15上，测量头对准换刀机械手7的手爪端面，将换刀机械手7的振动信号处理后输入工控机18。
所述的电流钳10通过测电机的电流间接测出盘式刀库9的转速和扭矩，输出电信号经过处理，输入工控机18。一个电流钳10夹持在电机输电线上即可。
所述的压力变送器12与气缸相连，实时的监测气缸内压力辅助检测换刀机械手7 位置精度，信号输入工控机18。
所述的噪声监测系统11主要工作部分为一个麦克风，被安装在盘式刀库9内部齿轮啮合处，固定在电机安装架上。实时监测换刀过程中的系统噪声，输出电压信号经处理后，输入工控机18。
假设盘式刀库中刀具容量为n，即有η个机械手，其中可握立式刀具的机械手有 P个，下文通称为立式机械手；其余的(H-P)个机械手可握卧式刀具，下文通称为卧式机械手；某时刻若机械手上无刀具，下文通称此时刻的机械手为空机械手，其中立式机械手上无刀具时通称为立式空机械手，卧式机械手上无刀具时通称为卧式空机械手；反之此时若机械手上有刀具，下文通称此时刻的机械手为握刀机械手，其中立式机械手上有刀具时通称为立式握刀机械手，卧式机械手上有刀具时通称为卧式握刀机械手；当握刀机械手用于装刀时，下文通称为装刀机械手，其中立式握刀机械手用于装刀时通称为立式装刀机械手，卧式握刀机械手用于装刀时通称为卧式装刀机械手；当空机械手用于拔刀时，下文通称为拔刀机械手，其中立式空机械手用于拔刀时通称为立式拔刀机械手，卧式空机械手用于拔刀时通称为卧式拔刀机械手。装刀机械手与拔刀机械手均属于换刀机械手。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
试验装置的安装，如图1所示，底座1水平固定于地面，横梁3安装在底座1上方， 中间用调整垫板2相连。如图2所示，两根导轨I 22通过螺钉沿χ方向固定安装在横梁3 上，用螺钉将26个挡块I 21沿两导轨I 22外侧安装在横梁3上，每根导轨I 22外侧安装 13个，横梁3上两排导轨I 22中间沿χ方向固定安装液压缸I 19，液压缸I 19右侧插入连接板I 20中间孔内，连接板I 20用螺钉固定安装在滑台4右侧边缘，每根导轨I 22上有两个滑块I 23，沿χ方向用螺钉固定安装在滑台4上，滑台4在横梁3上带动模拟主轴6 实现沿χ方向的移动。在滑台4另一侧沿y方向用螺钉安装两根导轨II 27，16个挡块II 28 沿两导轨II 27外侧安装在滑台上，每根导轨II 27外侧安装8个，滑台4上两根导轨II 27之间沿y方向固定安装液压缸II 24，其下侧插入连接板II 25中间孔内，连接板II 25固定安装在滑板5的下侧边缘，每根导轨上有两个滑块II 26，沿y方向固定安装在滑板5上，滑板5在滑台4上带动模拟主轴6实现沿y方向的移动。模拟主轴6采用秦川机床工具集团有限公司生产的型号为VTM260龙门式车铣符合加工中心用主轴相同的结构，去除了转动装置， 而保留了拉刀和松刀装置。用螺栓螺母将模拟主轴6安装在滑板5的T型环状滑槽四上。
盘式刀库9的安装，如图1所示，盘式刀库9水平固定于地面，盘式刀库9与试验装置的相对位置如例图所示。具体要求是模拟主轴6可运动至盘式刀库9的换刀机械手7 上方的换刀点，实现换刀操作。如果竖直方向不能实现，可以通过调整垫板2进行调整。
光电接近开关13采用德国巴鲁夫光电接近开关，这是一种红外回射型光电传感器，可以利用其检测机械手7上有无刀具实现掉刀检测，输出数字量至西门子数控系统，若发生掉刀故障则将故障信号输入工控机18。一个光电接近开关13垂直安装在支架8的底面上，传感器的感应面对准换刀机械手7握刀部位中间且至机械手7的距离为25-350mm，位置如图1(a)、图4所示。
位移传感器14采用KEYENCE数字涡电流位移传感器，利用电磁感应原理，可以非接触地连续测量位移，输出电压信号，信号处理后输入工控机18。一个位移传感器14垂直安装在支架8的竖直面上，距离支架8底面的距离为300mm，位置如图1、图4所示。
加速度传感器16采用美国PCB单轴加速度传感器，传感器探测盘式刀库9振动信号输入ftOsig P8012机箱，再由该机箱将信号处理后输入工控机18。考虑到盘式刀库9的结构，盘式刀库9在刀盘边缘处振动最明显，又由于刀盘的机械结构限制，因此将4个加速度传感器16均布在距刀盘边缘20mm处的刀盘上，位置如图1(b)所示。
振动测试仪17采用MetroLaser公司的VibroMET 500V超高频激光多普勒振动测试仪。激光多普勒振动测试仪作为独立系统，可非接触地接收振动信号，配备机箱可以将信号处理后输入工控机18。一个振动测试仪17安装在一独立台架15上，测量头对准换刀机械手7振动最明显处，即机械手7手爪端面，位置如图1、图4所示。
电流钳10采用日本共立8143电流钳，通过测电机的电流间接测出盘式刀库9的转速和扭矩，输出电信号经过处理，输入工控机18。一个电流钳10夹持在电机输电线上即可，位置如图1(a)所示。
压力变送器12采用上海仪表公司NS-F型压力变送器，实时的监测和反馈气缸内压力，输出电压信号经过处理，输入工控机18。将一个三通接头安装在气缸通气口上，再将一个压力变送器12旋入三通接头的侧向接头内，位置如图1(a)所示。
噪声监测系统11采用德国AVM M17麦克风，实时监测系统噪声，输出电压信号经过处理，输入工控机18。考虑到盘式刀库9在运转时，传动系统噪声最大，所以将一个麦克风安装在盘式刀库9电机附近，固定在电机安装架上，位置如图1所示。
模拟主轴6的立卧转换如图3所示，用螺栓螺母将模拟主轴6安装在T型环状滑槽四上，松开螺母使模拟主轴在T型环状滑槽四内旋转90°，即可实现模拟主轴6的立卧转换。
安装调试完成后进行试验，可靠性试验装置换刀检测流程框图如图5所示，具体给出一种试验步骤。
步骤一与盘式刀库9连接的西门子数控系统发出换刀指令，模拟主轴6准停，通过滑板上的T型环状滑槽四，根据需要调整模拟主轴7的立卧状态，并完成模拟主轴7立卧状态的判断，若为立式则后续的拔刀、装刀都由立式机械手完成，若为卧式则后续的拔刀、装刀过程都由卧式机械手完成。
步骤二 判断模拟主轴6上是否有刀具，按下述a)，b)两种情况实现换刀动作。
a)若模拟主轴6上有刀具，则需先拔刀再装刀，在拔刀前，先从所有空机械手中选择离换刀位置最近的作为拔刀机械手7，并由数控系统控制盘式刀库9旋转。在盘式刀库9将拔刀机械手7旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳10通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩使。当盘式刀库9旋转到换刀位置正下方后，加速度传感器16开始检测刀库的振动直至整个拔刀过程结束。数控系统控制气缸上推拔刀机械手7至换刀位置时， 位移传感器14检测拔刀机械手7位置精度，并用压力变送器12检测气缸内压力从而辅助检测拔刀机械手7位置精度，同时振动测试仪17开始检测拔刀机械手7的振动直至拔刀过程结束。数控系统控制模拟主轴6前移至换刀位置，拔刀机械手7被迫张开握住主轴刀具， 模拟主轴6松刀，待拔刀机械手7完成拔刀动作后，拔刀机械手7下降退回刀库中，光电接近开关13检测拔刀机械手上是否有刀具，以实现掉刀检测，压力变送器12检测盘式刀库9 的气缸内气压从而间接检测拔刀机械手7的位置精度。待拔刀机械手7完成拔刀动作后， 拔刀机械手7下降退回刀库中，记录下该机械手储存的刀具ID号，并开始准备装刀。装刀前，数控系统控制模拟主轴6上升等待换刀，同时控制盘式刀库9转动选刀使所选刀具旋转至换刀位置正下方，此时被选择的握刀机械手即为装刀机械手7。在盘式刀库9将装刀机械手7旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳10通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩，当盘式刀库9旋转到换刀位置正下方后，加速度传感器16开始检测刀库的振动直至整个装刀过程结束。数控系统控制气缸上推装刀机械手7至换刀位置时，位移传感器14检测装刀机械手7位置精度，并用压力变送器12检测气缸内压力从而辅助检测装刀机械手7 位置精度，同时振动测试仪17开始检测装刀机械手7的振动直至装刀过程结束。数控系统控制模拟主轴6下降拉刀以完成整个装刀动作。待装刀机械手7完成装刀动作后，光电接近开关13检测装刀机械手上是否有刀具，此后装刀机械手7转变为空机械手7，气缸拉动空机械手7下降至盘式刀库9内，压力变送器12检测气缸内压力从而间接检测空机械手7的位置精度。数控系统控制模拟主轴6移至准停位置，换刀结束。整个过程噪声监测系统11 均需监测工作噪声。
b)若模拟主轴6上无刀具，则省去上述的拔刀步骤，装刀前，模拟主轴6前移至换刀位置，并上升等待装刀。装刀前，数控系统控制模拟主轴6上升等待换刀，同时控制盘式刀库9转动选刀使所选刀具旋转至换刀位置正下方，此时被选择的握刀机械手即为装刀机械手7。在盘式刀库9将装刀机械手7旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳10通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩，当盘式刀库9旋转到换刀位置正下方后，加速度传感器16开始检测刀库的振动直至整个装刀过程结束。数控系统控制气缸上推装刀机械手7至换刀位置时，位移传感器14检测装刀机械手7位置精度，并用压力变送器12检测气缸内压力从而辅助检测装刀机械手7位置精度，同时振动测试仪17开始检测装刀机械手 7的振动直至装刀过程结束。数控系统控制模拟主轴6下降拉刀以完成整个装刀动作。待装刀机械手7完成装刀动作后，光电接近开关13检测装刀机械手上是否有刀具，此后装刀机械手7转变为空机械手7，气缸拉动空机械手7下降至盘式刀库9内，压力变送器12检测气缸内压力从而间接检测空机械手7的位置精度。数控系统控制模拟主轴6移至准停位置，换刀结束。整个过程噪声监测系统11均需监测工作噪声。
步骤三完成本次试验后，各传感器将所测得数据及时传送至工控机18。计算机处理所得数据，利用美国RELEX软件公司的Relex Mudio可靠性工作平台软件分析盘式刀库9可靠性。
权利要求
1.一种盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于包括支撑组件、滑动模块、模拟主轴 (6)、测量组件以及工控机(18)，支撑组件包括底座(1)、调整垫板(2)、横梁(3)、台架(15) 及支架(8)；测量组件包括光电接近开关(13)、位移传感器(14)、加速度传感器(16)、振动测试仪(17)、电流钳(10)、压力变送器(12)以及噪声监测系统(11)；通过螺栓将横梁(3)、 调整垫板(2)、底座(1)连接在一起，调整垫板(2)位于横梁(3)和底座(1)之间，滑动模块架设在横梁(3)上；模拟主轴(6)安装在滑动模块上实现模拟主轴(6)的上下左右移动；光电接近开关(13)安装在换刀机械手(7)中空部位正下方的支架(8)上，用于掉刀检测；位移传感器(14)通过支架(8)安装在模拟主轴(6)与机械手(7)换刀位置的外侧，用于测定换刀位置精度信息；加速度传感器(16)安装在刀盘盘面边缘处，用于刀库振动检测；振动测试仪(17)安装在台架(15)上，用于检测机械手(7)换刀时的振动；电流钳(10)设置在盘式刀库(9)电动机上，用于检测盘式刀库(9)电动机的电流，从而间接检测盘式刀库(9)的转速和扭矩；压力变送器(12)设置在盘式刀库(9)的气缸上，用于检测盘式刀库(9)的气缸压力；噪声监测系统(11)安装在盘式刀库(9)的内部，用于噪声监测；光电接近开关(13)、位移传感器(14)、加速度传感器(16)、振动测试仪(17)、电流钳(10)、压力变送器(12)以及噪声监测系统(11)将信号分别传输至工控机(18)。
2.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于支架(8)是一种L形钢架，在其底面上安装光电接近开关(13)，在其竖直面的换刀点侧安装位移传感器(14)。
3.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于滑动模块由沿χ方向滑动模块和沿y方向滑动模块组成，实现十字滑动，沿χ方向滑动模块由滑台(4)、液压缸 I (19)、两根导轨I (22)、四个滑块I (23)、挡块I (21)以及连接板I (20)组成，两根导轨 I (22)通过螺钉沿χ方向固定安装在横梁(3)上，用螺钉将2N个挡块I (21)沿两导轨I (22)外侧安装在横梁(3)上，即每根导轨I (22)外侧安装N个挡块I (21)，N取10 15 ； 横梁(3)上两根导轨I (22)中间沿χ方向固定安装液压缸I (19)，液压缸I (19)右侧插入连接板I (20)中间孔内，连接板I (20)用螺钉固定安装在滑台(4)的右侧边缘，每根导轨 I (22)上有两个滑块I (23)，沿χ方向用螺钉固定安装在滑台(4)上，滑台(4)在横梁(3) 上带动模拟主轴(6)实现沿χ方向的移动；沿y方向滑动模块由滑板(5)、液压缸II (24)、两根导轨II (27)、四个滑块II ( )、挡块II (28)以及连接板II (25)组成，在滑台4另一侧沿y方向用螺钉安装两根导轨II (27)， 2M个挡块II (28)沿两导轨II (27)外侧安装在滑台(4)上，即每根导轨II (27)外侧安装M 个，M取6 10，滑台4上两根导轨II (27)之间沿y方向固定安装液压缸II (对)，其下侧插入连接板II (25)中间孔内，连接板II (25)固定安装在滑板(5)的下侧边缘，每根导轨II (27)上有两个滑块II (26)沿y方向固定安装在滑板(5)上，滑板(5)在滑台(4)上带动模拟主轴(6)实现沿y方向的移动。
4.根据权利要求3所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于滑板(5)上设置T型环状滑槽(29)，用螺栓螺母将模拟主轴(6)安装在T型环状滑槽(29)上，松开螺母使模拟主轴(6)在T型环状滑槽(29)内旋转90°，即可实现模拟主轴(6)的立卧转换。
5.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于光电接近开关(13)安装在支架(8)底面上，该光电接近开关(13)的感应面对准换刀机械手(7)握刀部位中间且至机械手(7)的距离为25-350mm。
6.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于位移传感器(14)安装在支架(8)的竖直面上，该位移传感器(14)的感应面对准换刀位置，高度为距支架(8)底面 280-300mm。
7.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于加速度传感器(16)的数目为4 16个，均布在距刀盘边缘10-20mm处的刀盘上。
8.根据权利要求1所述的盘式刀库可靠性试验装置，其特征在于振动测试仪(17)安装在台架(15)上，测量头对准换刀机械手(7)的手爪端面。
9.一种盘式刀库可靠性试验方法，其特征在于步骤如下步骤一，与盘式刀库(9)连接的数控系统发出换刀指令，模拟主轴(6)准停，通过滑板上的T型环状滑槽(29)，根据需要调整模拟主轴(7)的立卧状态，并完成模拟主轴(7)立卧状态的判断，若为立式则后续的拔刀、装刀都由立式机械手完成，若为卧式则后续的拔刀、 装刀过程都由卧式机械手完成；步骤二，判断模拟主轴(6)上是否有刀具，按下述a)、b)两种情况实现换刀动作若模拟主轴(6)上有刀具，则需先拔刀再装刀，在拔刀前，先从所有空机械手中选择离换刀位置最近的作为拔刀机械手(7)，并由数控系统控制盘式刀库(9)旋转；在盘式刀库 (9)将拔刀机械手(7)旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳(10)通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩使；当盘式刀库(9)旋转到换刀位置正下方后，加速度传感器(16) 开始检测刀库的振动直至整个拔刀过程结束；数控系统控制气缸上推拔刀机械手(7)至换刀位置时，位移传感器(14)检测拔刀机械手(7)位置精度，并用压力变送器(12)检测气缸内压力从而辅助检测拔刀机械手7位置精度，同时振动测试仪(17)开始检测拔刀机械手 (7)的振动直至拔刀过程结束；数控系统控制模拟主轴(6)前移至换刀位置，拔刀机械手 (7)被迫张开握住主轴刀具，模拟主轴(6)松刀，待拔刀机械手(7)完成拔刀动作后，拔刀机械手(7)下降退回刀库中，光电接近开关(13)检测拔刀机械手上是否有刀具，以实现掉刀检测，压力变送器(12)检测盘式刀库(9)的气缸内气压从而间接检测拔刀机械手(7)的位置精度；待拔刀机械手(7)完成拔刀动作后，拔刀机械手(7)下降退回刀库中，记录下该机械手储存的刀具ID号，并开始准备装刀；装刀前，数控系统控制模拟主轴(6)上升等待换刀，同时控制盘式刀库(9)转动选刀使所选刀具旋转至换刀位置正下方，此时被选择的握刀机械手即为装刀机械手(7)；在盘式刀库(9)将装刀机械手(7)旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳(10)通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩，当盘式刀库(9)旋转到换刀位置正下方后，加速度传感器(16)开始检测刀库的振动直至整个装刀过程结束；数控系统控制气缸上推装刀机械手(7)至换刀位置时，位移传感器(14)检测装刀机械手(7)位置精度，并用压力变送器(12)检测气缸内压力从而辅助检测装刀机械手(7)位置精度，同时振动测试仪(17)开始检测装刀机械手(7)的振动直至装刀过程结束；数控系统控制模拟主轴(6)下降拉刀以完成整个装刀动作；待装刀机械手(7)完成装刀动作后，光电接近开关 (13)检测装刀机械手(7)上是否有刀具，此后装刀机械手(7)转变为空机械手(7)，气缸拉动空机械手(7)下降至盘式刀库(9)内，压力变送器(12)检测气缸内压力从而间接检测空机械手(7)的位置精度；数控系统控制模拟主轴(6)移至准停位置，换刀结束；整个过程噪声监测系统(11)均需监测工作噪声；若模拟主轴(6)上无刀具，则省去上述的拔刀步骤，装刀前，模拟主轴(6)前移至换刀位置，并上升等待装刀；装刀前，数控系统控制模拟主轴(6)上升等待换刀，同时控制盘式刀库(9)转动选刀使所选刀具旋转至换刀位置正下方，此时被选择的握刀机械手即为装刀机械手(7);在盘式刀库(9)将装刀机械手(7)旋转至换刀位置正下方过程中，电流钳(10) 通过测电机的电流间接测出刀库的转速和扭矩，当盘式刀库(9)旋转到换刀位置正下方后， 加速度传感器(16)开始检测刀库的振动直至整个装刀过程结束；数控系统控制气缸上推装刀机械手(7)至换刀位置时，位移传感器(14)检测装刀机械手(7)位置精度，并用压力变送器(12)检测气缸内压力从而辅助检测装刀机械手(7)位置精度，同时振动测试仪(17)开始检测装刀机械手(7)的振动直至装刀过程结束；数控系统控制模拟主轴(6)下降拉刀以完成整个装刀动作；待装刀机械手(7)完成装刀动作后，光电接近开关(13)检测装刀机械手上是否有刀具，此后装刀机械手(7)转变为空机械手(7)，气缸拉动空机械手(7)下降至盘式刀库(9)内，压力变送器(12)检测气缸内压力从而间接检测空机械手(7)的位置精度； 数控系统控制模拟主轴(6)移至准停位置，换刀结束；整个过程噪声监测系统(11)均需监测工作噪声；步骤三完成本次试验后，光电接近开关(13)、位移传感器(14)、加速度传感器(16)、 振动测试仪(17)、电流钳(10)、压力变送器(12)以及噪声监测系统(11)将所测得数据及时传送至工控机(18)；计算机处理所得数据，依据程序分析盘式刀库(9)可靠性。
全文摘要
本发明公开了一种盘式刀库机械手可靠性试验装置及其方法，包括支撑组件、滑动模块、模拟主轴、测量组件以及工控机，支撑组件包括底座、调整垫板、横梁、台架及支架；测量组件包括光电接近开关、位移传感器、加速度传感器、振动测试仪、电流钳、压力变送器以及噪声监测系统。测量组件的各传感器完成对盘式刀库及机械手的参数测量后，将信号分别传输至工控机。本发明用以模拟实际工况，并全面检测参数指标，为分析、评估和改进盘式刀库运行的可靠性及机械手换刀的可靠性提供依据。
文档编号G01M99/00GK102507228SQ20111028964
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者冯虎田, 刘亚峰, 夏仰球, 朱振华, 李春梅, 欧屹, 王禹林, 董维新, 钱林方, 陶卫军, 韩军 申请人:南京理工大学