总重量重量级，将所有统计的刀盘/刀仓 插刀总重量分配到所属的刀盘/刀仓插刀总重量重量级中，并计算每个刀盘/刀仓插刀总 重量重量级可靠性试验时的换刀次数； 3) 刀盘/刀仓每个重量级可靠性试验时的平均插刀数VZj的确定：统计出某一重量级 内每个刀库的插刀数量与相应的采集时间，由此计算出对该刀库重量级进行可靠性试验时 需要插的刀具数量； 4) 每个重量级刀盘/刀仓的插刀分布模型的建立：根据上述步骤一现场采集的数据及 步骤2)所划分的重量级，建立每个重量级刀盘/刀仓的插刀分布模型，记录每个重量级刀 盘/刀仓的插刀重量、插刀长度、统计周期内该刀具换刀次数； 5) 试验时所需选配的配重块参数的计算：根据上述步骤4)建立的每个重量级刀盘/ 刀仓的插刀分布模型，给每个重量级刀盘/刀仓的插刀重量及插刀长度分别划分重量级区 间及长度区间，并依据划分的区间选取配重块； 6) 试验时每个配重块需进行换刀的次数的计算：由上述步骤5)选取的配重块参数信 息，根据步骤4)中每个刀库重量级的刀具长度、重量分布，得到每个配重块在此分布中对 应的换刀次数及该配重块换刀次数在该重量级配重块换刀次数的占比，即求出每个配重块 的需进行换刀的次数； 步骤三、实验室可靠性试验，采用定时截尾试验方法进行加工中心刀库机械手可靠性 试验，试验停止条件为每把模拟刀具均达到其需进行换刀的次数。
2. 按照权利要求1所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤1)实际工况下刀库机械手平均换刀频 率a与平均故障间隔换刀次数算具体过程为： I. 1)计算采集数据中所有目标刀库机械手总工作时间T，单位：h T = E Ti Ti=TidXdi 其中： 一一凡为统计周期内第i个目标刀库机械手的总工作时间，单位：h ; 一一Tid为统计周期内第i个目标刀库机械手每天的工作时间单位：h ; --屯为统计周期内第i个目标刀库机械手的统计天数； 1. 2)计算总工作时间T对应的总的换刀次数N，单位：次 Ni= (mXQXd汐/入 N = E Ni 其中： --Q为统计周期内目标刀库机械手加工工件的日产量，单位：件； --m为统计周期内目标刀库机械手单次装夹换刀次数，单位：次； --(Ii为统计周期内目标刀库机械手的工作天数，单位：天； --X为统计周期内目标刀库机械手在每次加工过程中同时加工的工件个数，单位： 件； --队为统计周期内第i个目标刀库机械手总的换刀次数，单位：次； 1. 3)计算统计周期内所有目标刀库机械手的平均换刀频率a，单位：次/h a = N/T 1.4)将预期平均故障间隔工作时间MTBFt,单位：h，转化为平均故障间隔工作次数 MTBFn，单位：次。 MTBFn= MTBFtX a
3.按照权利要求2所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤2)刀盘/刀仓插刀总重量％的统计分 布模型的建立具体包括以下过程： 2. 1)目标刀库机械手刀盘/刀仓插刀总重量吣数据统计 根据所述步骤一现场采集的刀库信息整理出每个目标刀库机械手刀盘/刀仓的插刀 总重量Mi,单位：kg，并至少对目标刀库名称、对应的插刀总重量Mi和总工作时间T i进行汇 总； 2. 2)建立目标刀库机械手刀盘/刀仓插刀总重量Mi的统计分布 根据上述步骤2. 1)的汇总结果，找到插刀总重量Mi的最大值M _与最小值M min，由此 建立插刀总重量区间[Mniil^Mniax]; 将总重量区间[Mmin，Mmax]按以下方法等分为K个子区间，每个子区间代表一个刀盘/刀 仓插刀总重量重量级：
分组完成后，将所有统计的刀盘/刀仓插刀总重量分配到各个区间中，并统计属于该 刀盘/刀仓插刀总重量重量级Zj，j为重量级子区间编号，j = 1、2、3......K内的所有刀 库的总工作时间，单位：h，并根据所有目标刀库机械手总工作时间T，计算出每个刀盘/ 刀仓插刀总重量级出现的比例系数:kZj，kZj =TZj/T;统计并记录刀盘/刀仓插刀总重量 重量级1、属于该重量级的所有刀库总工作时间TZj及其比例系数的分布情况； 2. 3)每个刀盘/刀仓插刀总重量重量级可靠性试验时换刀次数的计算 利用上述步骤2. 2)计算出的比例系数kZj，将平均故障间隔换刀次数MTBFn*配给每 个插刀总重量重量级，得到每个插刀总重量重量级刀库在进行可靠性试验时，需进行的换 刀次数NZj，单位：次。
4.按照权利要求3所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤3)刀盘/刀仓每个重量级可靠性试验 时的平均插刀数VZj的确定具体包括以下过程： 统计出重量级Zj内每个刀库的插刀数量1为Zj重量级内刀库的序号，1 = 1,2,3……与相应的采集时间TZ/z，由此计算出对该刀库重量级进行可靠性试验时需要插 的刀具数量 计算方法为：
即求出该重量级刀盘/刀仓插刀数的加权平均值，权重为TZ/; /TZj; 记录刀盘/刀仓插刀总重量重量级Zj及其对应的该重量级换刀次数Nz]_和试验时该重 量级插刀数Vz的分布情况。
5.按照权利要求4所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤4)每个重量级刀盘/刀仓的插刀分布 模型的建立中，所述统计周期内该刀具换刀次数的计算方法为：
次数;8。
6. 按照权利要求5所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤5)试验时所需选配的配重块参数的计 算具体包括以下过程： 5.1)插刀重量区间的划分 根据所述步骤4)统计并记录的信息，找到每个重量级子区间中插刀重量的最大值 与最小值Hiniin，由此建立该重量级内插刀的重量区间[m_，Hiniin]，将该区间分组：
这样便得到重量级Zj级内的Kj个刀具重量区间，并统计分别出现这KZj个区间的刀 具的数量，由此得到每个区间的刀具数量比值； 5.2)插刀长度区间的划分 找到每个重量级子区间中插刀长度的最大值Lmax与最小值Lmin，由此建立该重量级内插 刀的长度区间[L_，Lmin]，将该区间分组：
这样便得到重量级A级内的Kz^个刀具长度区间，并统计分别出现这Kz/个区间的 刀具的数量，由此得到每个区间的刀具长度比值； 5. 3)配重块的选取 选取VzjA配重块，选取条件： I VZj个配重块的重量和属于该重量级子区间； II VZj个配重块的重量出现在相应刀具重量区间内的数量比例等于上述步骤5.1)中 得到的每个重量区间的刀具数量比值； III VZj个配重块的重量出现在相应刀具长度区间内的数量比例等于上述步骤5. 2) 中得到的每个重量区间的刀具数量比值。
7. 按照权利要求6所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤二数据处理过程中步骤6)试验时每个配重块需进行换刀的次 数的计算中，所述每个配重块的需进行换刀的次数的计算方法为：
其中： nt-一为试验时该配重块的换刀次数； Nzj--为该重量级换刀次数； r--试验系数，取2~3。
8. 按照权利要求1所述的一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验 方法，其特征在于，所述步骤三实验室可靠性试验包括以下过程： 1) 试验准备：按照抽样方案随机抽取刀库样机； 2) 试验内容：所述定时截尾试验方法中所指的时间为广义时间，即换刀次数； 试验时，由低到高对每一个插刀重量级进行试验，先在刀盘上随机选取该重量级试验 的Vz个刀位，插上该重量级相应的模拟刀具进行随机换刀试验，直到达到试验停止条件，然 后停止试验； 由于采用定时截尾试验方法，若在实验过程中，当还未达到停止条件就已出现故障，则 应将故障处理后继续进行试验，并作好故障记录，直到达到试验停止条件方可停止试验； 3) 故障记录。
【专利摘要】本发明公开了一种基于现场载荷特征的加工中心刀库机械手可靠性试验方法,包括现场数据采集、数据处理过程及实验室可靠性试验三步骤,其中数据处理过程包括实际工况下刀库机械手平均换刀频率α与平均故障间隔换刀次数MTBFn的计算、刀盘/刀仓插刀总重量Mi的统计分布模型的建立、刀盘/刀仓每个重量级可靠性试验时的平均插刀数的确定、每个重量级刀盘/刀仓的插刀分布模型的建立、试验时所需选配的配重块参数的计算及试验时每个配重块需进行换刀的次数的计算六步骤。采用该方法对加工中心刀库机械手进行实验室可靠性试验，可以有效地缩短刀库机械手评估周期、提高评估精度。
【IPC分类】G05B19-402
【公开号】CN104820399
【申请号】CN201510119742
【发明人】李国发, 王剑, 周传阳, 何佳龙, 杨兆军, 陈菲, 谢群亚, 霍永超
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月18日