圆盘式刀库及机械手可靠性增长研究

论文摘要

圆盘式刀库及机械手作为立式加工中心的关键功能部件，是由刀库、刀库分度装置、气动装置、机械手、机械手传动装置、电气装置、定位夹紧装置、驱动装置、润滑装置等组成的典型机电一体化产品。它的主要功能是快速、可靠的自动选刀、换刀，为更好地实现立式加工中心的一次装夹多工序甚至全部工序加工，减少零件加工过程中的非切削时间，提高生产效率，降低零部件的制造成本等提供保障。圆盘式刀库及机械手这一复杂系统能否确保换刀动作准确、可靠等是当前立式加工中心研究的重点问题之一。故本文依托“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项--关键功能部件的可靠性设计与试验技术（2010ZX04014-011），以圆盘式刀库及机械手为研究对象进行可靠性增长研究。论文首先依据圆盘式刀库及机械手的结构、工作原理和功能确定故障判据，明确故障传递关系，据此进行故障信息采集。其次，运用模糊FMECA对圆盘式刀库及机械手使用现场的故障信息进行分析，针对该方法中对故障模式频率、故障率和故障影响三个评判因素的权重的专家主观赋权问题，提出运用综合考虑主客观因素的模糊层次分析法确定三个因素的权重；针对模糊FMECA分析中出现的故障模式危害度值相同的现象，提出采用灰色关联理论对具有相同危害度值的不同故障模式进行进一步的优化分析，从而得到更详尽的故障模式危害度排序。根据故障分析结果，对当前圆盘式刀库及机械手的可靠性薄弱部位与危害度较大的故障模式，分别从其所涉及的制造、装配、外购件、使用等方面提出有针对性的可靠性增长措施；在此基础上，对圆盘式刀库及机械手的结构提出可靠性设计和工艺改进建议，以促进圆盘式刀库及机械手的可靠性增长。最后，根据可靠性试验标准，结合工厂实际情况设计基本性能和关键部件的可靠性试验方案，并应用关键部件可靠性试验验证可靠性增长措施和可靠性设计改进建议的有效性。试验验证结果表明，对圆盘式刀库及机械手的薄弱部位与危害度较大的故障模式实施可靠性增长措施和可靠性设计改进建议之后，圆盘式刀库及机械手的平均故障率降低了5.37%，可靠性水平得到了较大的提升。因此，根据故障分析采取的可靠性增长措施和可靠性设计改进建议是有效的，可以有效的促进圆盘式刀库及机械手的可靠性增长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题来源与背景
• 1.1.1 论文选题来源
• 1.1.2 论文选题背景
• 1.2 论文选题目的和意义
• 1.2.1 论文选题目的
• 1.2.2 论文选题意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.4.1 研究对象
• 1.4.2 论文研究内容和流程
• 1.5 本章小结
• 第2章 圆盘式刀库及机械手故障信息挖掘
• 2.1 圆盘式刀库及机械手的基本结构
• 2.1.1 刀库的基本结构
• 2.1.2 刀库分度装置的基本结构
• 2.1.3 气动装置的基本结构
• 2.1.4 机械手的基本结构
• 2.1.5 机械手传动装置的基本结构
• 2.1.6 电气装置的基本结构
• 2.1.7 定位夹紧装置
• 2.1.8 信息系统
• 2.1.9 驱动装置
• 2.1.10 润滑装置
• 2.2 圆盘式刀库及机械手的工作原理
• 2.2.1 刀库的选刀原理
• 2.2.2 机械手的换刀原理
• 2.3 圆盘式刀库及机械手故障判据与故障信息采集
• 2.3.1 故障定义
• 2.3.2 故障分类
• 2.3.3 关联性故障的判定和计数
• 2.3.4 非关联故障的判定和计数
• 2.3.5 圆盘式刀库及机械手故障信息
• 2.4 本章小结
• 第3章 圆盘式刀库及机械手故障分析
• 3.1 模糊 FMECA 分析的原理与步骤
• 3.1.1 模糊 FMECA 分析原理
• 3.1.2 模糊 FMECA 分析步骤
• 3.2 模糊 FMECA 分析应用
• 3.3 基于灰色关联理论的故障模式分析
• 3.3.1 灰色关联理论应用于 FMECA 分析的原理
• 3.3.2 基于灰色关联理论的故障模式分析
• 3.4 圆盘式刀库及机械手故障部位危害度分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 圆盘式刀库及机械手可靠性增长措施
• 4.1 基于故障分析的可靠性增长措施
• 4.1.1 定位夹紧装置的可靠性改进
• 4.1.2 驱动装置的可靠性改进
• 4.1.3 信息系统的可靠性改进
• 4.1.4 电气装置的可靠性改进
• 4.1.5 机械手传动装置的可靠性改进
• 4.1.6 机械手的可靠性改进
• 4.1.7 刀库分度装置的可靠性改进
• 4.1.8 刀库的可靠性改进
• 4.2 可靠性设计改进建议
• 4.2.1 中心驱动设计
• 4.2.2 附加刀盘定位装置
• 4.2.3 双圆盘式刀库及机械手
• 4.4 本章小结
• 第5章 圆盘式刀库及机械手可靠性试验验证
• 5.1 试验前提条件
• 5.2 试验内容
• 5.2.1 基本性能可靠性试验
• 5.2.2 关键部位可靠性试验
• 5.3 试验故障分析
• 5.4 测定结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录一 圆盘式刀库及机械手运行记录表
• 附录二 圆盘式刀库及机械手故障记录表
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢