加工中心自动换刀机械手机构可靠性分析研究

摘要

自动换刀机械手作为加工中心的重要功能部件，是实现自动换刀功能的关键，其机构可靠性水平关系到整机的可靠性水平。由于担负着在工作过程中随时换刀的重要任务，换刀机械手能否正常工作，直接影响加工中心的运行和使用。
　　首先，课题介绍了加工中心可靠性研究的背景，国内外相关研究的发展状况，以及本课题研究的目的与意义。并简要介绍了数控机床功能部件可靠性研究的概况，阐述了课题研究的主要内容。
　　其次，采用故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法对机械手机构失效问题进行分析，分步完成故障模式及影响分析(FMEA)和危害性分析(CA)，形成机械手机构的FMECA报告。分析得出机械手的关键零部件清单，并按照故障的严酷度和危害度，以及故障在危害度矩阵中的位置，对机械手的Ⅰ，Ⅱ类故障进行排序。
　　第三，课题采用故障树分析(FTA)方法对机械手系统进行分析。相较而言，FMECA可以更加详细的描述零部件故障对系统的影响;而FTA可以通过故障分析得出系统的可靠度。同时应用二者可以更加清晰合理地解释零部件故障与系统失效之间的联系。
　　第四，完成了机械手抓刀机构的机构可靠性分析。对机械手抓刀机构进行运动学分析，建立ADAMS参数化仿真模型，编制ADAMS命令实现机械手仿真程序，利用Monte Carlo模拟法随机性修改参数化变量，分析和计算仿真结果，得出尺寸误差对机械手可靠性的影响。
　　最后，对机械手机构进行可靠性分配。建立了机械手系统在正常工况下的系统可靠性模型，对机械手可靠性分配方法进行了讨论，并针对其结构特点，采用综合评分分配方法与等分配方法相结合的方法，对机械手机构各单元进行可靠度分配。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景、目的及意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 课题及课题的研究意义

1．2 数控机床的可靠性研究概况

1．2．1 国外数控机床可靠性研究概况

1．2．2 国内数控机床可靠性研究概况

1．3 数控机床功能部件可靠性研究概述

1．4 课题的主要研究内容

第2章 换刀机械手FMECA

2．1 机械手故障模式及影响分析(FMEA)

2．1．1 定义分析系统

2．1．2 功能框图

2．1．3 任务阶段及任务功能

2．1．4 可靠性框图

2．1．5 严酷度类别

2．1．6 FMEA分析

2．2 机械手危害度分析(CA)

2．2．1 危害度分类

2．2．2 危害性分析

2．2．3 危害度矩阵

2．3 机械手FMECA报告

2．4 本章小结

第3章 换刀机械手FTA

3．1 建立机械手故障树模型

3．2 FTA定性分析

3．3 FTA定量分析

3．3．1 顶事件发生概率

3．3．2 结构概率重要度

3．3．3 关键重要度

3．4 本章小结

第4章 机械手抓刀机构可靠性分析

4．1 基本概念

4．1．1 机构误差

4．1．2 机构误差产生的原因

4．1．3 机构精度评定指标

4．2 机械手抓刀机构运动学分析

4．2．1 理想状况下机构运动关系

4．2．2 考虑尺寸误差的机构可靠度模型

4．2．3 位移误差的均值与方差

4．2．4 位移可靠性

4．2．5 机械手抓刀机构运动学可靠性局限性分析

4．3 ADAMS参数化建模分析

4．3．1 ADAMS基本功能概述

4．3．2 机械手抓刀机构运动学模型的建立

4．3．3 模型参数化

4．3．4 蒙特卡洛法产生随机抽样

4．3．5 创建ADAMS用户自定义函数

4．3．6 运动可靠性仿真

4．3．7 机械手抓刀机构运动可靠性分析

4．4 本章小结

第5章 机械手系统可靠性分配

5．1 机械手系统可靠性模型

5．2 可靠性分配

5．2．1 等分配原则

5．2．2 局部调整法

5．2．3 比例分配法

5．2．4 综合评分分配法

5．2．5 动态规划分配法

5．3 机械手机构可靠性分配

5．3．1 可靠度分配方法比较

5．3．2 机械手可靠性分配

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

附录