CN108072536A - 半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置及试验方法，试验装置包括有底座、数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元，其中数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元均设在底座上，每个试验台上均装配有刀架，每个试验台的下部与底座之间均装配有移动台，移动台能够在底座上进行顺时针或逆时针移动，试验方法为：步骤一、确定试验方案；步骤二、确定模拟加载的工况；步骤三、调整刀架的距离；步骤四、规划刀架单元的移动路线；步骤五、将可靠性试验分部；有益效果：省时、省力地激发刀架故障，可根据实际试验场地、资金、人力等大小，调整刀架单元与移动单元投入量。

Description

半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种刀架批量化可靠性试验装置及试验方法，特别涉及一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置及试验方法。

背景技术

目前，数控伺服刀架是数控机床的核心功能部件之一，其可靠性对数控机床整机可靠性影响大。因此搭建数控伺服刀架可靠性试验台，获得大量的可靠性数据与性能数据，可以为数控伺服刀架的专业化生产和可靠性提高提供指导。

目前，数控刀架可靠性试验内容主要包括可靠性转位试验、可靠性加载试验与性能检测试验，形式上主要分为用户现场可靠性试验与实验室可靠性试验。用户现场可靠性试验需要可靠性从业者现场跟踪费时费力，受现场环境干扰大且数据获取不全。实验室可靠性试验具有省时省力、受环境干扰小、数据采集简单全面等优点。目前实验室可靠性试验涌现了一批能够模拟真实切削工况的试验装置与性能检测装置。但基本只针对一到两台刀架试验。数控伺服刀架作为难激发故障产品，1-2台产品的试验数据不足以进行可靠性分析。如果想要增加受试样本量，利用现有技术，简单的增加试验装置台套量，费地、费力、费资和费时。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前数控伺服刀架可靠性试验装置不能同时开展不同种类和不同型号大批量的刀架可靠性试验以及不能智能化监控的问题而提供的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置及试验方法。

本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置包括有底座、数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元，其中数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元均设在底座上，每个试验台上均装配有刀架，每个试验台的下部与底座之间均装配有移动台，移动台能够在底座上进行顺时针或逆时针移动，每个试验台的底部与移动台之间均装配有控制柜，控制柜内设置有控制机构，控制机构控制试验台上所装配刀架刀盘的伸缩和转动，底座呈方形，数个试验台均布在底座的四边，数个加载单元布设在底座的其中两侧，每个加载单元均对应一个试验台设置，数个检测平台布设在底座的另两侧，每个检测平台均对应一个试验台设置，通过主控单元控制移动台的移动，同时主控单元也控制试验台下控制柜内控制机构的工作。

底座上布设试验台的位置处采用九宫格结构布设，其中试验台设置有七台布设在底座四周的七个方格内，其中一侧预留一个空格使七台试验台进行移动，主控单元设在九宫格结构中间的方格内，加载单元设有六台布设在九宫格结构的两侧，每台加载单元均对应一台试验台设置，检测平台也设置有六台布设在九宫格结构的另两侧，每台检测平台均对应一台试验台设置。

每个试验台均装配有两个刀架，两个刀架交错设置，每个刀架均连接有一个伺服电机，刀架由伺服电机驱动进行转动，试验台下部控制柜内设置的控制机构是由伺服驱动器、PLC从站和刀架油压箱组成，其中伺服驱动器和刀架油压箱均与PLC从站相连接并由PLC从站控制工作，刀架油压箱与PLC从站的连接线路上设有电磁换向阀，两台伺服驱动器还与两个刀架连接的两个伺服电机连接并控制两个伺服电机的工作，刀架油压箱与两个刀架连接并控制刀架刀盘的伸缩，刀架油压箱上还设置有油压指示灯和数显式油压压力表，主控单元内装配有PLC主站，PLC从站与PLC主站之间通过局域网进行通讯，PLC从站接受PLC主站的指令控制。

移动台是由定子和动子组成，其中定子设有四个两两对称设在一底板上，动子也设有四个，四个动子布设在一顶板上，动子与定子对应设置，动子设在移动台的顶部，定子设在移动台的底部，顶板的中间部位装配有锥形凸块，底板中间部位与顶板设置凸块的位置处对应设置有锥形凹槽，凸块与凹槽能够进行啮合使动子不动时顶板与底板紧固连接在一起，凹槽内设有位移接近开关，用于感测移动台上方试验台上刀架的位置，并反馈回主控单元内的PLC主站，每个动子的内心均为低碳钢板，低碳钢板内插设有数个铜条，低碳钢板的周圈裹设有铜板，每个定子均是由十五个槽和十六个齿的硅钢叠片相叠而成，每个槽内嵌有三相线圈，定子通过改变三相线圈输入电流的相位差来驱动动子向设定方向移动，三相线圈与主控单元内设置的强电控制系统和弱电控制系统相连，连接线路上设有固态继电器，每个定子均嵌设在一凹箱内，凹箱的两侧边框内设有两组滚轮，每组滚轮均设在一槽体内，每个槽体的前后端均连接有升降架，两个槽体的底部设有连接轴，连接轴上对应两个槽体的底部设有两个凸轮，连接轴的一端连接有驱动电机，驱动电机驱使连接轴带动两个凸轮触动两个槽体同步沿槽体前后端的升降架进行升降，驱动电机与主控单元连接并由主控单元内的PLC主站控制工作，驱动电机与主控单元的连接线路上设有固态继电器。

九宫格结构上预留空格的底板上也设置有定子，该定子的布设形式与状态与移动台下部的定子布设形式与状态相同，通过空格的底板上设置的定子能够驱动相邻方格上的试验台进行设定方向的移动。

主控单元是由自动控制单元、数据采集与显示单元、滑环和摄像头组成，其中自动控制单元设在主控单元的下部，数据采集与显示单元设在自动控制单元的上部，数据采集与显示单元能够采集所有刀架的电机电流、电机温度与刀架壳体振动，并将结果实时显示在数据采集与显示单元屏幕上，滑环通过螺栓固定于数据采集与显示单元上，摄像头安设在数据采集与显示单元的四周，实时监视试验装置运转情况，并将视频实时发布到数据采集与显示单元上，自动控制单元内设置有工控机、强电控制系统和弱电控制系统；弱电控制系统包含PLC主站和继电器；PLC主站下行方向通过局域网与试验台下部控制柜内的PLC从站通讯，通过固态继电器控制所有定子三相交流电输入，PLC主站上行方向通过RS232与工控机通讯；工控机下行方向与加载单元控制器配合，控制刀架动态力加载；工控机整体把握移动台、加载单元与刀架单元的配合关系，刀架转位控制由PLC从站执行。

上述的检测平台、伺服电机、PLC从站、刀架油压箱、电磁换向阀、PLC主站、固态继电器、数据采集与显示单元、滑环、摄像头、工控机、强电控制系统、弱电控制系统和继电器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

加载单元的结构已被专利号为：ZL201210213399.2的发明专利所披露，因此具体结构和规格在此不做进一步赘述。

本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验方法，其方法如下所述：

步骤一、确定每个被测数控伺服刀架的可靠性试验方案；

步骤二、确定所有被测数控伺服刀架的刀盘大小、中心高，确定被测数控伺服刀架的模拟加载的工况；

步骤三、将被测数控伺服刀架依次安装于刀架单元刀架安装底板上，根据刀架刀盘大小与中心高调整刀架与加载单元和检测平台的距离；

步骤四、根据不同被测刀架的可靠性试验方案与刀架所在位置，规划刀架单元的移动路线，并把路线程序写入工控机中；

步骤五、根据不同的试验条件，将数控伺服刀架可靠性试验分三大部分：数控伺服刀架可靠性转位试验、数控伺服刀架可靠性加载试验和数控伺服刀架性能检测试验，具体如下：

A、数控伺服刀架可靠性转位试验：

1)、根据当前被测刀架所在位置，确定本轮进行可靠性转位试验的刀架组；

2)、根据被测刀架的刀位数，在工控机中设定刀架转位频率、转位次数与转位顺序；

3)、待安装检查完毕后，开始试验，通过试验台主控单元和控制柜对被测刀架按设定方案循环进行可靠性转位试验；

4)、数据采集：实时监测刀架状态，是否存在刀架转位失败，换刀错误，无法松开锁紧的故障现象，采集刀架壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压的刀架运转信号，实时在数据采集与显示单元上显示并保存刀架运行数据与性能数据；

5)、数据分析：分析刀架运行时间与故障信息，刀架运行时间与运转信号的关系，对比故障前与故障后的运转信号关系，得到刀架平均故障间隔时间、性能衰退特征；

B、数控伺服刀架可靠性加载试验：

1)、根据当前被测刀架所在位置，确定本轮进行可靠性加载试验的刀架组；

2)、根据被测刀架载荷谱，调节加载单元加载角度；

3)、根据被测刀架的刀位数与载荷谱，在工控机中设定刀架转位频率、转位次数与转位顺序；

4)、根据被测刀架载荷谱，在工控机中设定加载单元动态力大小、频率与加载时间；

5)、待安装检查完毕后，开始试验，通过试验台主控单元和控制柜对被测刀架按设定方案循环进行可靠性加载试验；

6)、数据采集：实时监测刀架状态，是否存在刀架转位失败，换刀错误，无法松开锁紧，加载声音异常，刀架传感器松动的故障现象，采集刀架壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压、加载力均幅值、频率的刀架加载状态信号，实时在数据采集与显示单元上显示并保存刀架运行数据、加载数据与性能数据；

7)、数据分析：分析加载力均幅值、频率与刀架壳体振动、电机温度、电机电流的运转信号之间的关系，分析刀架运行时间与运转信号之间的关系，分析刀架故障前、故障时、故障后刀架加载信息与运行信号之间的关系，得到刀架平均故障间隔时间、性能衰退特征；

C、数控伺服刀架性能检测试验：

一方面为了研究刀架性能保持性及性能衰退规律，需要对刀架出厂时运转性能和几何精度性能以及可靠性转位试验和可靠性加载试验后运转性能和几何精度性能进行检测、对比，另一方面，在进行可靠性试验时，也需对这些参数进行实时监测，参数的异常也将作为刀架故障判断的依据，具体如下：

1)、根据当前刀架所在位置，确定本轮进行性能检测试验的刀架组；

2)、根据被测刀架可靠性试验方案，安装性能检测装置于检测平台上；

3)、性能检测装置参考国标20960，在不同检测平台上进行定位精度检测、重复定位精度检测、刀架刚性检测、工具安装面在工作位置的平行度检测、刀槽在工作位置的偏移的检测项；

4)、记录性能测试数据，并将其录入至性能数据库；

5)、数据分析：分析刀架运行时间与几何精度性能的关系，特别是刀架定位精度与重复定位精度随可靠性转位试验与加载试验时间增加的变化情况，分析刀架精度保持性；

6)、被测刀架完成相应转位试验、加载试验或性能检测试验后，继续移动刀架单元，进行下一步可靠性试验；

7)、每完成一轮可靠性试验后，对刀架运行数据、性能数据和加载数据进行归类、分析，删除无效或者重复信息，并上传至最终数据库，如果在可靠性试验期间，发生刀架故障或者失效现象，立即停止该刀架试验，记录故障，并立刻派人维修，直到该刀架恢复正常或更换其他刀架。

本发明的工作原理：

使用本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置进行试验的内容包括刀架可靠性加载试验、刀架可靠性转位试验与刀架性能检测试验。首先根据数控伺服刀架可靠性试验要求、模拟伺服刀架的工况决定刀架单元移动路线、加载单元施加载荷和检测平台检测工具。然后通过自动控制单元工控机VB控制界面上设置相关参数，通过RS232端口与加载单元控制器通讯，控制加载单元模拟力的均值、幅值、频率等；自动控制单元内的工控机通过RS232端口与PLC主站通讯，PLC主站通过局域网与试验台下方的PLC从站通讯，PLC从站控制所在试验台的刀架、刀盘电机与电磁换向阀，控制各刀架单元上数控伺服刀架的转位；PLC主站通过固态继电器控制移动台电机与定子电流相位输入，控制刀架单元的架起与移动；移动台上的位移接近开关反馈PLC主站刀架单元位置情况，实现刀架单元移动的闭环控制。所有控制通过VB软件发送给下位机，所有伺服刀架批量化可靠性试验均受摄像头监视，监视视频通过数据采集与显示单元实时发布到服务站，可靠性人员可远程监视并控制伺服刀架可靠性试验。

对单个数控伺服刀架进行可靠性试验时，其内容只能为加载试验、转位试验或性能试验，三项中的其中一项，此时会造成加载单元或检测平台的资源浪费，本发明是针对数控伺服刀架批量化可靠性试验提出的试验方法，能够有效地对不同类型的一批数控伺服刀架实现半智能化地同时进行可靠性加载试验、可靠性转位试验与性能检测试验，通过大样本的故障数据与性能数据和高效率的可靠性试验对数控伺服刀架可靠度进行评估分析，并检验刀架性能参数保持性。

本发明的有益效果：

本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，能同时对不同类型的一批数控伺服刀架(不同厂家、不同刀盘大小，不同中心高)实现生产线化的可靠性加载试验、可靠性转位试验与性能检测试验。即被测刀架在完成一轮可靠性加载试验后，可通过移动单元移动至下一位置开展可靠性转位试验或性能检测试验，无需耗费时间与人力拆搬刀架，增加加载单元与检测平台资源利用率。省时、省力地激发刀架故障，通过高效率的可靠性试验以及试验获得的大样本故障数据和性能数据对数控伺服刀架可靠度进行评估分析，并检验刀架性能参数保持性。在进行可靠性加载试验和可靠性转位试验时实现远程智能化控制，所有伺服刀架批量化可靠性试验均受摄像头监视，监视视频实时发布到服务站，可靠性人员可远程监视并控制伺服刀架可靠性试验。将受试刀架单元与移动单元模块化，可根据实际试验场地、资金、人力等大小，调整刀架单元与移动单元投入量。

附图说明

图1为本发明所述试验装置整体结构示意图。

图2为本发明所述试验装置俯视图。

图3为本发明所述试验台分解结构示意图。

图4为本发明所述控制柜内部结构示意图。

图5为本发明所述动子布设示意图。

图6为本发明所述定子布设示意图。

图7为本发明所述定子放大结构示意图。

图8为本发明所述滚轮结构示意图。

图9为本发明所述连接轴结构示意图。

图10为本发明所述主控单元控制原理示意图。

图11为本发明所述试验方法流程示意图。

1、底座 2、试验台 3、加载单元 4、检测平台 5、主控单元 6、刀架 7、移动台 8、控制柜 9、伺服电机 10、伺服驱动器 11、PLC从站 12、刀架油压箱 13、电磁换向阀 14、油压指示灯 15、数显式油压压力表 16、PLC主站 17、定子 18、动子 19、底板 20、顶板 21、凸块22、凹槽 23、位移接近开关 24、三相线圈 25、固态继电器 26、凹箱 27、滚轮 28、槽体 29、升降架 30、连接轴 31、凸轮 32、驱动电机 33、自动控制单元 34、数据采集与显示单元35、滑环 36、摄像头 37、工控机。

具体实施方式

请参阅图1至图10所示：

本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置包括有底座1、数个试验台2、数个加载单元3、数个检测平台4和主控单元5，其中数个试验台2、数个加载单元3、数个检测平台4和主控单元5均设在底座1上，每个试验台2上均装配有刀架6，每个试验台2的下部与底座1之间均装配有移动台7，移动台7能够在底座1上进行顺时针或逆时针移动，每个试验台2的底部与移动台7之间均装配有控制柜8，控制柜8内设置有控制机构，控制机构控制试验台2上所装配刀架6刀盘的伸缩和转动，底座1呈方形，数个试验台2均布在底座1的四边，数个加载单元3布设在底座1的其中两侧，每个加载单元3均对应一个试验台2设置，数个检测平台4布设在底座1的另两侧，每个检测平台4均对应一个试验台2设置，通过主控单元5控制移动台7的移动，同时主控单元5也控制试验台2下控制柜8内控制机构的工作。

底座1上布设试验台2的位置处采用九宫格结构布设，其中试验台2设置有七台布设在底座1四周的七个方格内，其中一侧预留一个空格使七台试验台2进行移动，主控单元5设在九宫格结构中间的方格内，加载单元3设有六台布设在九宫格结构的两侧，每台加载单元3均对应一台试验台2设置，检测平台4也设置有六台布设在九宫格结构的另两侧，每台检测平台4均对应一台试验台2设置。

每个试验台2均装配有两个刀架6，两个刀架6交错设置，每个刀架6均连接有一个伺服电机9，刀架6由伺服电机9驱动进行转动，试验台2下部控制柜8内设置的控制机构是由伺服驱动器10、PLC从站11和刀架油压箱12组成，其中伺服驱动器10和刀架油压箱12均与PLC从站11相连接并由PLC从站11控制工作，刀架油压箱12与PLC从站11的连接线路上设有电磁换向阀13，伺服驱动器10还与两个刀架6连接的两个伺服电机9连接并控制两个伺服电机9的工作，刀架油压箱12与两个刀架6连接并控制刀架6刀盘的伸缩，刀架油压箱12上还设置有油压指示灯14和数显式油压压力表15，主控单元5内装配有PLC主站16，PLC从站11与PLC主站16之间通过局域网进行通讯，PLC从站11接受PLC主站16的指令控制。

移动台7是由定子17和动子18组成，其中定子17设有四个两两对称设在一底板19上，动子18也设有四个，四个动子18布设在一顶板20上，动子18与定子17对应设置，动子18设在移动台7的顶部，定子17设在移动台7的底部，顶板20的中间部位装配有锥形凸块21，底板19中间部位与顶板20设置凸块21的位置处对应设置有锥形凹槽22，凸块21与凹槽22能够进行啮合使动子18不动时顶板20与底板19紧固连接在一起，凹槽22内设有位移接近开关23，用于感测移动台7上方试验台2上刀架6的位置，并反馈回主控单元5内的PLC主站16，每个动子18的内心均为低碳钢板，低碳钢板内插设有数个铜条，低碳钢板的周圈裹设有铜板，每个定子17均是由十五个槽和十六个齿的硅钢叠片相叠而成，每个槽内嵌有三相线圈24，定子17通过改变三相线圈24输入电流的相位差来驱动动子18向设定方向移动，三相线圈24与主控单元5内设置的强电控制系统和弱电控制系统相连，连接线路上设有固态继电器25，每个定子17均嵌设在一凹箱26内，凹箱26的两侧边框内设有两组滚轮27，每组滚轮27均设在一槽体28内，每个槽体28的前后端均连接有升降架29，两个槽体28的底部设有连接轴30，连接轴30上对应两个槽体28的底部设有两个凸轮31，连接轴30的一端连接有驱动电机32，驱动电机32驱使连接轴30带动两个凸轮31触动两个槽体28同步沿槽体28前后端的升降架29进行升降，驱动电机32与主控单元5连接并由主控单元5内的PLC主站16控制工作，驱动电机32与主控单元5的连接线路上设有固态继电器25。

九宫格结构上预留空格的底板19上也设置有定子17，该定子17的布设形式与状态与移动台7下部的定子17布设形式与状态相同，通过空格的底板19上设置的定子17能够驱动相邻方格上的试验台2进行设定方向的移动。

主控单元5是由自动控制单元33、数据采集与显示单元34、滑环35和摄像头36组成，其中自动控制单元33设在主控单元5的下部，数据采集与显示单元34设在自动控制单元33的上部，数据采集与显示单元34能够采集所有刀架6的电机电流、电机温度与刀架6的壳体振动，并将结果实时显示在数据采集与显示单元34的屏幕上，滑环35通过螺栓固定于数据采集与显示单元34上，摄像头36安设在数据采集与显示单元34的四周，实时监视试验装置运转情况，并将视频实时发布到数据采集与显示单元34上，自动控制单元33内设置有工控机37、强电控制系统和弱电控制系统；弱电控制系统包含PLC主站16和继电器；PLC主站16下行方向通过局域网与试验台2下部控制柜8内的PLC从站11通讯，通过固态继电器25控制所有定子17三相交流电输入，PLC主站16上行方向通过RS232与工控机37通讯；工控机37下行方向与加载单元3的控制器配合，控制刀架6的动态力加载；工控机37整体把握移动台7、加载单元3与刀架6的配合关系，刀架6转位控制由PLC从站11执行。

上述的检测平台4、伺服电机9、PLC从站11、刀架油压箱12、电磁换向阀13、PLC主站16、固态继电器25、数据采集与显示单元34、滑环35、摄像头36、工控机37、强电控制系统、弱电控制系统和继电器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

加载单元3的结构已被专利号为：ZL201210213399.2的发明专利所披露，因此具体结构和规格在此不做进一步赘述。

本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验方法，其方法如下所述：

步骤一、确定每个被测数控伺服刀架6的可靠性试验方案；

步骤二、确定所有被测数控伺服刀架6的刀盘大小、中心高，确定被测数控伺服刀架6的模拟加载的工况；

步骤三、将被测数控伺服刀架6依次安装于刀架单元刀架安装底板上，根据刀架6刀盘大小与中心高调整刀架6与加载单元3和检测平台4的距离；

步骤四、根据不同被测刀架6的可靠性试验方案与刀架6所在位置，规划刀架6单元的移动路线，并把路线程序写入工控机37中；

步骤五、根据不同的试验条件，将数控伺服刀架6可靠性试验分三大部分：数控伺服刀架6可靠性转位试验、数控伺服刀架6可靠性加载试验和数控伺服刀架6性能检测试验，具体如下：

A、数控伺服刀架可靠性转位试验：

1)、根据当前被测刀架6所在位置，确定本轮进行可靠性转位试验的刀架组；

2)、根据被测刀架6的刀位数，在工控机37中设定刀架6转位频率、转位次数与转位顺序；

3)、待安装检查完毕后，开始试验，通过试验台2主控单元5和控制柜8对被测刀架6按设定方案循环进行可靠性转位试验；

4)、数据采集：实时监测刀架6状态，是否存在刀架6转位失败，换刀错误，无法松开锁紧的故障现象，采集刀架6壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压的刀架6运转信号，实时在数据采集与显示单元34上显示并保存刀架6运行数据与性能数据；

5)、数据分析：分析刀架6运行时间与故障信息，刀架6运行时间与运转信号的关系，对比故障前与故障后的运转信号关系，得到刀架6平均故障间隔时间、性能衰退特征；

B、数控伺服刀架6可靠性加载试验：

1)、根据当前被测刀架6所在位置，确定本轮进行可靠性加载试验的刀架组；

2)、根据被测刀架6载荷谱，调节加载单元3加载角度；

3)、根据被测刀架6的刀位数与载荷谱，在工控机37中设定刀架6转位频率、转位次数与转位顺序；

4)、根据被测刀架6载荷谱，在工控机37中设定加载单元3动态力大小、频率与加载时间；

5)、待安装检查完毕后，开始试验，通过试验台2主控单元5和控制柜8被测刀架6按设定方案循环进行可靠性加载试验；

6)、数据采集：实时监测刀架6状态，是否存在刀架6转位失败，换刀错误，无法松开锁紧，加载声音异常，刀架6传感器松动的故障现象，采集刀架6壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压、加载力均幅值、频率的刀架6加载状态信号，实时在数据采集与显示单元34上显示并保存刀架6运行数据、加载数据与性能数据；

7)、数据分析：分析加载力均幅值、频率与刀架6壳体振动、电机温度、电机电流的运转信号之间的关系，分析刀架6运行时间与运转信号之间的关系，分析刀架6故障前、故障时、故障后刀架6加载信息与运行信号之间的关系，得到刀架6平均故障间隔时间、性能衰退特征；

C、数控伺服刀架性能检测试验：

一方面为了研究刀架6性能保持性及性能衰退规律，需要对刀架6出厂时运转性能和几何精度性能以及可靠性转位试验和可靠性加载试验后运转性能和几何精度性能进行检测、对比，另一方面，在进行可靠性试验时，也需对这些参数进行实时监测，参数的异常也将作为刀架故障判断的依据，具体如下：

1)、根据当前刀架6所在位置，确定本轮进行性能检测试验的刀架组；

2)、根据被测刀架6可靠性试验方案，安装性能检测装置于检测平台4上；

3)、性能检测装置参考国标20960，在不同检测平台4上进行定位精度检测、重复定位精度检测、刀架6刚性检测、工具安装面在工作位置的平行度检测、刀槽在工作位置的偏移的检测项；

4)、记录性能测试数据，并将其录入至性能数据库；

5)、数据分析：分析刀架6运行时间与几何精度性能的关系，特别是刀架6定位精度与重复定位精度随可靠性转位试验与加载试验时间增加的变化情况，分析刀架6精度保持性；

6)、被测刀架6完成相应转位试验、加载试验或性能检测试验后，继续移动刀架单元，进行下一步可靠性试验；

7)、每完成一轮可靠性试验后，对刀架6运行数据、性能数据和加载数据进行归类、分析，删除无效或者重复信息，并上传至最终数据库，如果在可靠性试验期间，发生刀架6故障或者失效现象，立即停止该刀架6试验，记录故障，并立刻派人维修，直到该刀架6恢复正常或更换其他刀架6。

本发明的工作原理：

使用本发明提供的半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置进行试验的内容包括刀架6可靠性加载试验、刀架6可靠性转位试验与刀架6性能检测试验。首先根据数控伺服刀架6可靠性试验要求、模拟伺服刀架6的工况决定刀架6单元移动路线、加载单元3施加载荷和检测平台4检测工具。然后通过自动控制单元33工控机37VB控制界面上设置相关参数，通过RS232端口与加载单元3控制器通讯，控制加载单元3模拟力的均值、幅值、频率等；自动控制单元33内的工控机37通过RS232端口与PLC主站16通讯，PLC主站16通过局域网与试验台2下方的PLC从站11通讯，PLC从站11控制所在试验台2的刀架6、刀盘电机与电磁换向阀13，控制各刀架6单元上数控伺服刀架6的转位；PLC主站16通过固态继电器25控制移动台7电机与定子17电流相位输入，控制刀架6单元的架起与移动；移动台7上的位移接近开关23反馈PLC主站16刀架6单元位置情况，实现刀架6单元移动的闭环控制。所有控制通过VB软件发送给下位机，所有伺服刀架6批量化可靠性试验均受摄像头36监视，监视视频数据采集与显示单元34实时发布到服务站，可靠性人员可远程监视并控制伺服刀架6可靠性试验。

对单个数控伺服刀架6进行可靠性试验时，其内容只能为加载试验、转位试验或性能试验，三项中的其中一项，此时会造成加载单元3或检测平台4的资源浪费，本发明是针对数控伺服刀架批量化可靠性试验提出的试验方法，能够有效地对不同类型的一批数控伺服刀架6实现半智能化地同时进行可靠性加载试验、可靠性转位试验与性能检测试验，通过大样本的故障数据与性能数据和高效率的可靠性试验对数控伺服刀架6可靠度进行评估分析，并检验刀架6性能参数保持性。

Claims (7)

1.一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：包括有底座、数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元，其中数个试验台、数个加载单元、数个检测平台和主控单元均设在底座上，每个试验台上均装配有刀架，每个试验台的下部与底座之间均装配有移动台，移动台能够在底座上进行顺时针或逆时针移动，每个试验台的底部与移动台之间均装配有控制柜，控制柜内设置有控制机构，控制机构控制试验台上所装配刀架刀盘的伸缩和转动，底座呈方形，数个试验台均布在底座的四边，数个加载单元布设在底座的其中两侧，每个加载单元均对应一个试验台设置，数个检测平台布设在底座的另两侧，每个检测平台均对应一个试验台设置，通过主控单元控制移动台的移动，同时主控单元也控制试验台下控制柜内控制机构的工作。

2.根据权利要求1所述的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：所述的底座上布设试验台的位置处采用九宫格结构布设，其中试验台设置有七台布设在底座四周的七个方格内，其中一侧预留一个空格使七台试验台进行移动，主控单元设在九宫格结构中间的方格内，加载单元设有六台布设在九宫格结构的两侧，每台加载单元均对应一台试验台设置，检测平台也设置有六台布设在九宫格结构的另两侧，每台检测平台均对应一台试验台设置。

3.根据权利要求1所述的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：所述的每个试验台均装配有两个刀架，两个刀架交错设置，每个刀架均连接有一个伺服电机，刀架刀盘由伺服电机驱动进行转动，试验台下部控制柜内设置的控制机构是由伺服驱动器、PLC从站和刀架油压箱组成，其中伺服驱动器和刀架油压箱均与PLC从站相连接并由PLC从站控制工作，刀架油压箱与PLC从站的连接线路上设有电磁换向阀，两个伺服驱动器还与两个刀架连接的两个伺服电机连接并控制两个伺服电机的工作，刀架油压箱与两个刀架连接并控制刀架刀盘的伸缩，刀架油压箱上还设置有油压指示灯和数显式油压压力表，主控单元内装配有PLC主站，PLC从站与PLC主站之间通过局域网进行通讯，PLC从站接受PLC主站的指令控制。

4.根据权利要求1所述的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：所述的移动台是由定子和动子组成，其中定子设有四个两两对称设在一底板上，动子也设有四个，四个动子布设在一顶板上，动子与定子对应设置，动子设在移动台的顶部，定子设在移动台的底部，顶板的中间部位装配有锥形凸块，底板中间部位与顶板设置凸块的位置处对应设置有锥形凹槽，凸块与凹槽能够进行啮合使动子不动时顶板与底板紧固连接在一起，凹槽内设有位移接近开关，用于感测移动台上方试验台上刀架的位置，并反馈回主控单元内的PLC主站，每个动子的内心均为低碳钢板，低碳钢板内插设有数个铜条，低碳钢板的周圈裹设有铜板，每个定子均是由十五个槽和十六个齿的硅钢叠片相叠而成，每个槽内嵌有三相线圈，定子通过改变三相线圈输入电流的相位差来驱动动子向设定方向移动，三相线圈与主控单元内设置的强电控制系统和弱电控制系统相连，连接线路上设有固态继电器，每个定子均嵌设在一凹箱内，凹箱的两侧边框内设有两组滚轮，每组滚轮均设在一槽体内，每个槽体的前后端均连接有升降架，两个槽体的底部设有连接轴，连接轴上对应两个槽体的底部设有两个凸轮，连接轴的一端连接有驱动电机，驱动电机驱使连接轴带动两个凸轮触动两个槽体同步沿槽体前后端的升降架进行升降，驱动电机与主控单元连接并由主控单元内的PLC主站控制工作，驱动电机与主控单元的连接线路上设有固态继电器。

5.根据权利要求2和4所述的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：所述的九宫格结构上预留空格的底板上也设置有定子，该定子的布设形式与状态与移动台下部的定子布设形式与状态相同，通过空格的底板上设置的定子能够驱动相邻方格上的试验台进行设定方向的移动。

6.根据权利要求1所述的一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验装置，其特征在于：所述的主控单元是由自动控制单元、数据采集与显示单元、滑环和摄像头组成，其中自动控制单元设在主控单元的下部，数据采集与显示单元设在自动控制单元的上部，数据采集与显示单元能够采集所有刀架的电机电流、电机温度与刀架壳体振动，并将结果实时显示在数据采集与显示单元屏幕上，滑环通过螺栓固定于数据采集与显示单元上，摄像头安设在数据采集与显示单元的四周，实时监视试验装置运转情况，并将视频实时发布到数据采集与显示单元34上，自动控制单元内设置有工控机、强电控制系统和弱电控制系统；弱电控制系统包含PLC主站和继电器；PLC主站下行方向通过局域网与试验台下部控制柜内的PLC从站通讯，通过固态继电器控制所有定子三相交流电输入，PLC主站上行方向通过RS232与工控机通讯；工控机下行方向与加载单元控制器配合，控制刀架动态力加载；工控机整体把握移动台、加载单元与刀架单元的配合关系，刀架转位控制由PLC从站执行。

7.一种半智能化数控伺服刀架批量化可靠性试验方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、确定每个被测数控伺服刀架的可靠性试验方案；

步骤二、确定所有被测数控伺服刀架的刀盘大小、中心高，确定被测数控伺服刀架的模拟加载的工况；

步骤三、将被测数控伺服刀架依次安装于刀架单元刀架安装底板上，根据刀架刀盘大小与中心高调整刀架与加载单元和检测平台的距离；

步骤四、根据不同被测刀架的可靠性试验方案与刀架所在位置，规划刀架单元的移动路线，并把路线程序写入工控机中；

步骤五、根据不同的试验条件，将数控伺服刀架可靠性试验分三大部分：数控伺服刀架可靠性转位试验、数控伺服刀架可靠性加载试验和数控伺服刀架性能检测试验，具体如下：

A、数控伺服刀架可靠性转位试验：

1)、根据当前被测刀架所在位置，确定本轮进行可靠性转位试验的刀架组；

2)、根据被测刀架的刀位数，在工控机中设定刀架转位频率、转位次数与转位顺序；

3)、待安装检查完毕后，开始试验，通过主控单元和控制柜对被测刀架按设定方案循环进行可靠性转位试验；

4)、数据采集：实时监测刀架状态，是否存在刀架转位失败，换刀错误，无法松开锁紧的故障现象，采集刀架壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压的刀架运转信号，实时在数据采集与显示单元上显示并保存刀架运行数据与性能数据；

5)、数据分析：分析刀架运行时间与故障信息，刀架运行时间与运转信号的关系，对比故障前与故障后的运转信号关系，得到刀架平均故障间隔时间、性能衰退特征；

B、数控伺服刀架可靠性加载试验：

1)、根据当前被测刀架所在位置，确定本轮进行可靠性加载试验的刀架组；

2)、根据被测刀架载荷谱，调节加载单元加载角度；

3)、根据被测刀架的刀位数与载荷谱，在工控机中设定刀架转位频率、转位次数与转位顺序；

4)、根据被测刀架载荷谱，在工控机中设定加载单元动态力大小、频率与加载时间；

5)、待安装检查完毕后，开始试验，通过主控单元与控制柜对被测刀架按设定方案循环进行可靠性加载试验；

6)、数据采集：实时监测刀架状态，是否存在刀架转位失败，换刀错误，无法松开锁紧，加载声音异常，刀架传感器松动的故障现象，采集刀架壳体振动、电机温度、电机电流、松开锁紧油压、加载力均幅值、频率的刀架加载状态信号，实时在数据采集与显示单元上显示并保存刀架运行数据、加载数据与性能数据；

7)、数据分析：分析加载力均幅值、频率与刀架壳体振动、电机温度、电机电流的运转信号之间的关系，分析刀架运行时间与运转信号之间的关系，分析刀架故障前、故障时、故障后刀架加载信息与运行信号之间的关系，得到刀架平均故障间隔时间、性能衰退特征；

C、数控伺服刀架性能检测试验：

一方面为了研究刀架性能保持性及性能衰退规律，需要对刀架出厂时运转性能和几何精度性能以及可靠性转位试验和可靠性加载试验后运转性能和几何精度性能进行检测、对比，另一方面，在进行可靠性试验时，也需对这些参数进行实时监测，参数的异常也将作为刀架故障判断的依据，具体如下：

1)、根据当前刀架所在位置，确定本轮进行性能检测试验的刀架组；

2)、根据被测刀架可靠性试验方案，安装性能检测装置于检测平台上；

3)、性能检测装置参考国标20960，在不同检测平台上进行定位精度检测、重复定位精度检测、刀架刚性检测、工具安装面在工作位置的平行度检测、刀槽在工作位置的偏移的检测项；

4)、记录性能测试数据，并将其录入至性能数据库；

5)、数据分析：分析刀架运行时间与几何精度性能的关系，特别是刀架定位精度与重复定位精度随可靠性转位试验与加载试验时间增加的变化情况，分析刀架精度保持性；

6)、被测刀架完成相应转位试验、加载试验或性能检测试验后，继续移动刀架单元，进行下一步可靠性试验；

7)、每完成一轮可靠性试验后，对刀架运行数据、性能数据和加载数据进行归类、分析，删除无效或者重复信息，并上传至最终数据库，如果在可靠性试验期间，发生刀架故障或者失效现象，立即停止该刀架试验，记录故障，并立刻派人维修，直到该刀架恢复正常或更换其他刀架。