元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统

摘要

本公开实施例中提供了一种元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统，属于数控机床可靠性试验技术领域，具体包括设置在地平铁上的试验系统、监测系统和控制系统，其中，试验系统包括刀库及机械手整机试验系统、刀盘试验系统以及机械手试验系统；监测系统，用于对所述试验系统进行的各项可靠性试验的数据进行监测；控制系统由上位机编程通过PLC完成，用于控制所述试验系统的运行。通过本公开的处理方案，能够在短时间内激发和暴露数控机床刀库及机械手的故障问题，以及为刀库及机械手可靠性评估提供基础数据，从而提高数控机床刀库及机械手的可靠性试验效率，最终实现提高数控机床整机可靠性水平的目的。

说明书

技术领域

本公开涉及数控机床可靠性试验技术领域，尤其涉及一种元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统。

背景技术

数控机床是现代机械装备制造的基础，数控机床的质量水平显示了一个国家装备制造业的水平，与国家制造业发展和科技进步息息相关。近年来我国数控机床领域技术发展迅速，但与世界尖端数控机床相比仍有差距。随着数控机床技术的迅速发展，数控机床的可靠性问题逐渐展现。数控机床可靠性作为数控机床的重要性能指标，其发展有利于提高数控机床质量及工业生产效率，是现代数控机床技术发展的重要技术领域。就目前数控机床质量状况而言，提高数控机床可靠性迫在眉睫，而提高数控机床质量和靠性就要依赖相关的可靠性技术与试验，所以数控机床可靠性技术是数控机床技术发展与进步中不可或缺的一部分。

刀库及机械手作为数控机床的重要部件，为数控机床自动化加工过程中提供刀具的储存及切换，其可靠性直接影响着数控机床整机的可靠性水平以及加工效率。然而，目前还未出现有关数控机床刀库及机械手可靠性快速试验台，无法帮助研究人员更快、更好的激发和暴露数控机床刀库的故障模式和故障原因，同时也难以为刀库及机械手可靠性评估提供试验数据。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统，能够在短时间内激发和暴露数控机床刀库及机械手的故障问题，以及为刀库及机械手可靠性评估提供基础数据，从而提高数控机床刀库及机械手的可靠性试验效率，最终实现提高数控机床整机可靠性水平的目的。

元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统，其特征在于，包括设置在地平铁上的试验系统、监测系统和控制系统；其中，

所述试验系统，包括刀库及机械手整机试验系统、刀盘试验系统以及机械手试验系统，所述刀库及机械手整机试验系统模拟数控机床刀库运行过程，在刀盘和虚拟主轴之间不断进行换刀工作，所述刀盘试验系统进行选刀和倒刀回刀动作以模拟数控机床刀库在实际工作过程中刀盘的运行，所述机械手试验系统在两个虚拟主轴之间不断进行换刀工作以实现对机械手实际工作状况的模拟；

所述监测系统，用于对所述试验系统进行的各项可靠性试验的数据进行监测；

所述控制系统，由上位机编程通过PLC完成，用于控制所述试验系统的运行。

进一步地，所述刀库及机械手整机试验系统，包括刀库及机械手整机、刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置、刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置、第一虚拟主轴以及第一虚拟主轴支撑装置，刀库及机械手整机通过PLC控制实现不断运行，在刀库与第一虚拟主轴之间进行换刀工作来实现可靠性试验；

所述刀盘试验系统，包括刀盘主体、刀盘试验系统固定支撑装置、刀盘试验系统可调支撑装置，刀盘通PLC控制实现选刀和换刀工作以进行可靠性试验；

所述机械手试验系统，包括机械手主体、机械手试验系统固定支撑装置、机械手试验系统可调支撑装置、第二虚拟主轴、第三虚拟主轴、第二虚拟主轴支撑装置、第三虚拟主轴支撑装置，机械手试验系统通过PLC编程实现机械手在第二虚拟主轴和第三虚拟主轴之间不断进行换刀工作来实现可靠性试验的目的。

进一步地，所述第一虚拟主轴支撑装置、所述第二虚拟主轴支撑装置和所述第三虚拟主轴支撑装置的结构相同，其中，所述第一虚拟主轴支撑装置包括第一虚拟主轴支撑装置底板、第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶、第一虚拟主轴支撑装置支柱，八个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱、第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板、第一虚拟主轴支撑装置第二支柱限位板、四个长销、第一虚拟主轴盖板以及第一虚拟主轴固定模块；第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板通过自身上四个孔位与第一虚拟主轴支撑装置底板上对应的四个孔位利用四个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱相连，第一虚拟主轴支撑装置第二支柱限位板通过自身上的四个孔位与第一虚拟主轴支撑装置底板上对应的四个孔位利用四个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱相连；第一虚拟主轴固定模块通过其上孔与第一虚拟主轴支撑装置支柱进行定位，并通过四个长销与第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板上的四个孔相连接；第一虚拟主轴通过第一虚拟主轴盖板固定在第一虚拟主轴固定模块上，第一虚拟主轴支撑装置支柱底部与第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶相连接。

进一步地，所述刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置，包括刀库及机械手整机试验系统可调支撑底板、刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱、八个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第二支柱限位板及刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶；

其中，刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板通过其上的四个孔位与刀库及机械手整机试验系统可调支撑底板上的四个孔位相对应，利用四个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱相连接；刀库及机械手整机试验系统可调支撑第二支柱限位板通过其上的四个孔位与刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板相对应，利用四个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱与刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板相连接；刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱底部与刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶相连接。

进一步地，所述监测系统，包括第一监测开关、第二监测开关、第一距离传感器、第二距离传感器、第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、第三三轴加速度传感器、第四三轴加速度传感器、第五三轴加速度传感器、第六三轴加速度传感器、第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、噪声监测仪以及数据采集卡；

其中，所述的第一监测开关通过两个螺纹孔和两个螺钉固定在第一监测开关底座上，第一监测开关底座通过两个螺纹孔和两个螺钉固定在刀盘上，第二监测开关通过两个螺纹孔和两个螺钉直接固定在刀盘背面；所述的第一距离传感器通过第一距离传感器底座固定在刀库及机械手整机试验系统刀盘正面，第一距离传感器通过两个螺栓固定在第一距离传感器底座上，第一距离传感器底座通过两个螺栓固定在刀库及机械手整机试验系统刀盘的正面，第二距离传感器固定在刀盘试验系统刀盘正面，其安装方式与第一距离传感器完全一致；所述的第一三轴加速度传感器通过第一三轴加速度传感器磁力座固定在刀库及机械手整机试验系统机械手底部；所述的第二三轴加速度传感器利用磁力座固定在刀库机械手试验系统机械手底部；所述的第三三轴加速度传感器通过磁力座固定在刀库及机械手整机试验系统刀盘背部换刀口附近；所述的第四三轴加速度传感器利用第四三轴加速度传感器磁力座固定在第一传感器支撑装置的底板上；所述的第五三轴加速度传感器通过磁力座固定在刀库机械手试验系统的第二传感器支撑装置的底座上；所述的第六三轴加速度传感器通过磁力座固定在刀盘试验系统刀盘背部换刀口附近；

所述的第一温度传感器通过自身磁力吸附在刀库及机械手整机试验系统的电机上；所述的第二温度传感器通过自身磁力吸附在刀盘试验系统的电机上；所述的第三温度传感器通过自身磁力吸附在机械手试验系统电机外壳上；所述的第一距离传感器、第二距离传感器、第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、第三三轴加速度传感器、第四三轴加速度传感器、第五三轴加速度传感器、第六三轴加速度传感器、第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器以及噪声监测仪的信号输出接口与数据采集卡相连；数据采集卡通过专用接口与上位机相连，数据通过处理后由图形显示界面显示出来；

第一三轴加速度传感器和第二三轴及速度传感器安装在刀库及机械手整机试验系统和机械手试验系统中的机械手底部，通过磁力座吸附在刀库机械手下方，第三三轴加速度传感器用第三三轴加速度传感器磁力座安装在刀库及机械手整机试验系统刀盘背面的换刀处附近，第六三轴加速度传感器利用磁力座固定在刀盘试验系统刀盘背面换刀处附近，其固定方式与第三三轴加速度传感器完全相同；

通过第四三轴加速度传感器磁力座将第四三轴加速度传感器固定在第一传感器支撑装置底板上，第五三轴加速度传感器固定在第二传感器支撑装置底板上，其固定方式与第四三轴加速度传感器完全相同；第一三轴加速度传感器、第二三轴及速度传感器、第三三轴加速度传感器、第四三轴加速度传感器、第五三轴加速度传感器、第六三轴加速度传感器的信号输出端通过专用接口传输到数据采集卡上，并通过上位机图形显示界面显示出来，当震动信号发生异常时，通过显示界面和报警装置进行警报；

噪声监测仪输出端通过专用接口与采集卡连接，并将处理后的信号通过图形显示界面显示出来。

进一步地，第一传感器支撑装置和第二传感器支撑装置的结构相同，其中，第一传感器支撑装置包括第一传感器支撑装置底板、第一传感器支撑装置液压千斤顶、第一传感器支撑板、第二传感器支撑板、第一激光位移传感器支撑盘、八根第一传感器支撑装置支撑柱和第一传感器支撑装置支柱。第一传感器支撑装置底板通过两个键固定在地平铁上，第二传感器支撑板通过其上的四个和孔和第一传感器支撑装置底板上的四个孔相对应，利用四根第一传感器支撑装置支撑柱与第一传感器支撑装置底板相连接，第一传感器支撑板通过其上的四个孔与第二传感器支撑板上的四个孔位相对应，利用四根第一传感器支撑装置支撑柱与第二传感器支撑板相连接，第一激光位移传感器支撑盘焊接在第一传感器支撑装置支柱上，第一激光位移传感器通过两个螺栓固定在第一激光位移传感器支撑盘上，第一传感器支撑装置支柱底部与第一传感器支撑装置液压千斤顶接触。

进一步地，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均通过一个可调节的激光位移传感器支座进行设置，其中，第一激光位移传感器通过两个螺栓与第一激光位移传感器支撑盘相连接，第一激光位移传感器支撑盘由第一传感器支撑装置的支柱支撑，第一传感器支撑装置支柱底部与第一传感器支撑装置液压千斤顶相连。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的结构主示意图；

图2为本发明中第一虚拟主轴支撑装置示意图；

图3为本发明中第一传感器支撑装置示意图；

图4为本发明中刀库及机械手整机试验系统的可调支撑装置；

图5为本发明中激光位移传感器测量机械手z轴位移原理示意图；

图6为本发明中第一监测开关示意图；

图7为本发明中第二监测开关以及第三三轴加速度传感器安装示意图；

图8为本发明中距离传感器安装示意图；

图9为本发明中机械手传感器及三角块安装示意图；

附图标记：1、液压站；2、气压站；3、第一温度传感器；4、刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置；5、第一虚拟主轴支撑装置；6、第二距离传感器；7、第二温度传感器；8、刀盘试验系统固定支撑装置；9、第三温度传感器；10、机械手试验系统支撑装置；11、第三虚拟主轴支撑装置；12、控制柜；13、第二传感器支撑装置；14、机械手试验系统可调支撑装置；15、第二虚拟主轴支撑装置；16、刀盘试验系统可调支撑装置；17、第一传感器支撑装置；18、刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置；19、第一距离传感器；20、第一虚拟主轴；21、长销；22、第一虚拟主轴固定模块；23、第一虚拟主轴支撑装置支柱；24、第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板；25第一虚拟主轴支撑装置支撑柱；26、第一虚拟主轴支撑装置第二支柱限位板；27、第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶；28、第一虚拟主轴支撑装置底板；29、第一虚拟主轴盖板；30、第一激光位移传感器；31、第一激光位移传感器支撑盘；32、第一传感器支撑板；33、第一传感器支撑装置支撑柱；34、第二传感器支撑板；35、第一传感器支撑装置底板；36、第四三轴加速度传感器磁力座；37、第四三轴加速度传感器；38、第一传感器支撑装置液压千斤顶；39、第一传感器支撑装置支柱；40、刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱；41、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板；42、刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱；43、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第二支柱限位板；44、刀库及机械手整机试验系统可调支撑底板；45、刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶；46、第一监测开关底座；47、第一监测开关；48、第一限位开关；49、第一限位开关底座；50、第二监测开关；51、第二限位开关；52、第二限位开关底座；53、第三三轴加速度传感器磁力座；54、第三三轴加速度传感器；55、第一距离传感器底座；56、三角块；57、第一三轴加速度传感器；58、第一三轴加速度传感器磁力座。

有益效果

1、基于刀库及机械手的选刀、倒刀和机械手换刀等动作，本发明提出了一种元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统，形成了一种新的对刀库及机械手整机部装同时开展可靠性试验的装置和方法。其中部装可靠性试验包括机械手可靠性试验系统和刀盘可靠性试验系统。

2、对机械手进行单独的可靠性试验，使机械手可以一直处于换刀工作中，省去了正常刀库及机械手在换刀过程中等待刀盘选刀、倒刀和回刀的时间。同时对刀盘单独开展可靠性试验，节省了刀库及机械手换刀过程中刀盘等待机械手拔刀和换刀的时间，提高了数控机床刀库可靠性试验效率。

3、设计了可调节的刀库支座、可调节主轴支座、可调节传感器支座并配备了液压站和气压站，提高了该试验台的兼容性、使得试验台可于适用于各种不同型号的刀库及机械手的可靠性试验。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

如图1，元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统，包括设置在地平铁上的试验系统、监测系统和控制系统。

其中，该试验系统包括三部分，分别是刀库及机械手整机试验系统、刀盘试验系统以及机械手试验系统。其中，刀库及机械手整机试验系统由刀库及机械手整机、刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置4、刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18、第一虚拟主轴20以及第一虚拟主轴支撑装置5组成，刀库及机械手整机通过PLC控制实现不断运行，在刀库与第一虚拟主轴20之间进行换刀工作来实现可靠性试验。机械手试验系统由机械手主体、机械手试验系统固定支撑装置10、机械手试验系统可调支撑装置14、第二虚拟主轴、第三虚拟主轴、第二虚拟主轴支撑装置15、第三虚拟主轴支撑装置11组成，机械手试验系统通过PLC编程实现机械手在第二虚拟主轴和第三虚拟主轴之间不断进行换刀工作来实现可靠性试验的目的。刀盘试验系统由刀盘主体、刀盘试验系统固定支撑装置8、刀盘试验系统可调支撑装置16组成，刀盘通PLC控制实现选刀和换刀工作以进行可靠性试验。

所述的元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的支撑装置包括刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置4、刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18、刀盘试验系统固定支撑装置8、刀盘试验系统可调支撑装置16、第一虚拟主轴支撑装置5、第二虚拟主轴支撑装置15、第三虚拟主轴支撑装置11、第一传感器支撑装置17、第二传感器支撑装置13、机械手试验系统固定支撑装置10、机械手试验系统可调支撑装置14。

如图4，元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的刀库及机械手整机试验系统的支撑装置，包括刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18和刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置4，刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18和刀库及机械手整机试验系统固定支撑装置4通过底板上的键槽分别用两个键固定在地平铁上，其中，刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18包括刀库及机械手整机试验系统可调支撑底板44、刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱40、八个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱42、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板41、刀库及机械手整机试验系统可调支撑第二支柱限位板43及刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶45。刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板41通过其上的四个孔位与刀库及机械手整机试验系统可调支撑底板44上的四个孔位相对应，利用四个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱42相连接。刀库及机械手整机试验系统可调支撑第二支柱限位板43通过其上的四个孔位与刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板41相对应，利用四个刀库及机械手整机试验系统可调支撑支撑柱42与刀库及机械手整机试验系统可调支撑第一支柱限位板41相连接。刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱42底部与刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶45相连接，可以通过调节刀库及机械手整机试验系统可调支撑液压千斤顶45的高度调节刀库及机械手整机试验系统可调支撑支柱42的高度，从而实现对不同型号数控机床刀库的适配，提高了试验系统的兼容性，使得该数控机床可靠性试验系统可以适用于各种不同型号不同尺寸的数控机床刀。

如图4，元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的刀盘试验系统的支撑装置，包括刀盘试验系统可调支撑装置16和刀盘试验系统固定支撑装置8，其中刀盘试验系统可调支撑装置16结构形式与刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18完全一致。

如图4，元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的机械手试验系统的支撑装置，包括刀库机械手试验系统可调支撑装置14和刀库机械手试验系统固定支撑装置10，其中机械手试验系统可调支撑装置14结构形式与刀库及机械手整机试验系统可调支撑装置18结构形式完全相同。

如图2，元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的支撑装置中的虚拟主轴支撑装置包括第一虚拟主轴支撑装置5、第二虚拟主轴支撑装置15、第三虚拟主轴支撑装置11。其中三个虚拟主轴支撑装置结构形式完全一致，以第一虚拟主轴支撑装置5为例进行说明。第一虚拟主轴支撑装置5包括第一虚拟主轴支撑装置底板28、第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶27、第一虚拟主轴支撑装置支柱23，八个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱25、第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板24、第一虚拟主轴支撑装置第二支柱限位板26、四个长销21、第一虚拟主轴盖板29以及第一虚拟主轴固定模块22。第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板24通过自身上四个孔位与第一虚拟主轴支撑装置底板28上对应的四个孔位利用四个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱25相连，第一虚拟主轴支撑装置第二支柱限位板26通过自身上的四个孔位与第一虚拟主轴支撑装置底板28上对应的四个孔位利用四个第一虚拟主轴支撑装置支撑柱25相连。第一虚拟主轴固定模块22通过其上孔与第一虚拟主轴支撑装置支柱23进行定位，并通过四个长销21与第一虚拟主轴支撑装置第一支柱限位板24上的四个孔相连接。第一虚拟主轴20通过第一虚拟主轴盖板29固定在第一虚拟主轴固定模块22上，可以通过更换不同的盖板以适应不同型号的虚拟主轴。第一虚拟主轴支撑装置支柱23底部与第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶27相连接，可以通过调节第一虚拟主轴支撑装置液压千斤顶27的高度实现第一虚拟主轴支撑装置支柱23高度调节从而实现第一虚拟主轴固定模块22的高度调节，进而使得第一虚拟主轴20可以实现高度变化，以适应不同型号的数控机床刀库，提高了该数控机床刀库及机械手整机与部件的可靠性试验与状态监测平台的兼容性。

如图3，刀库及机械手整机与部件可靠性测试系统的支撑装置中第一传感器支撑装置17和第二传感器支撑装置13的结构形式完全相同。以第一传感器支撑装置17为例进行说明，包括第一传感器支撑装置底板35、第一传感器支撑装置液压千斤顶38、第一传感器支撑板32、第二传感器支撑板34、第一激光位移传感器支撑盘31、八根第一传感器支撑装置支撑柱33和第一传感器支撑装置支柱39。第一传感器支撑装置底板35通过两个键固定在地平铁上，第二传感器支撑板34通过其上的四个和孔和第一传感器支撑装置底板35上的四个孔相对应，利用四根第一传感器支撑装置支撑柱33与第一传感器支撑装置底板35相连接，第一传感器支撑板32通过其上的四个孔与第二传感器支撑板上34的四个孔位相对应，利用四根第一传感器支撑装置支撑柱33与第二传感器支撑板34相连接，第一激光位移传感器支撑盘31焊接在第一传感器支撑装置支柱39上，第一激光位移传感器30通过两个螺栓固定在第一激光位移传感器支撑盘31上，第一传感器支撑装置支柱39底部与第一传感器支撑装置液压千斤顶38接触，可以通过调节第一传感器支撑装置液压千斤顶38的高度实现第一传感器支撑装置支柱39的上下移动，从而实现对第一激光位移传感器30的高度调节，如此可以使得此传感器支撑装置可以适用于各种型号的数控机床刀库可靠性试验系统，提高了该数控机床刀库及机械手整机与刀库部件的可靠性试验与状态监测平台的兼容性，使得此平台可以最大限度的适用于各种不同型号的数控机床刀库。

监测系统，该元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统的采集系统，包括第一监测开关47、第二监测开关50、第一距离传感器19、第二距离传感器、第一三轴加速度传感器57、第二三轴加速度传感器、第三三轴加速度传感器53、第四三轴加速度传感器37、第五三轴加速度传感器、第六三轴传感器、第一温度传感器3、第二温度传感器7、第三温度传感器9、第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、噪声监测仪、数据采集卡构成。如图6、图7，对刀库及机械手整机试验系统和刀盘试验系统限位开关监测方式完全一致，以刀库及机械手整机试验系统为例进行说明。为顺利完成刀盘切刀动作和机械手拔刀动作，该刀库可靠性试验台配置了第一限位开关48、第二限位开关51、当刀盘旋转到换刀位置时，第一限位开关48接通，第一刀盘和第二刀盘执行倒刀动作，当倒刀动作完成以后，倒刀回刀机构上的挡块触动第二限位开关51，机械手执行拔刀和换刀动作，动作完成后刀盘执行回刀动作从而继续循环不断执行刀库换刀工作。本发明通过配置冗余限位开关的方式监测刀库限位开关，配置第一监测开关47、第二监测开关50、分别用于监测第一限位开关48、第二限位开关51。其中第一监测开关47、第二监测开关50分别对第一限位开关48、第二限位开关51起到监测作用、即当监测开关动作信号传递到上位机时而相对应的限位开关无信号传递到上位机时可以认为限位开关出现故障，同时通过图形显示界面进行限位开关故障报警，同时监测开关还可以起到替代限位开关的作用，当限位开关发生故障时而监测开关未发生故障时监测开关可以替代限位开关使刀库继续运转，这样在无人值守的状态下不会因为某一个限位开关的故障而影响刀库的正常运行，提高了试验效率。反之限位开关同时也可以起到对监测开关的监测作用，即对于一对限位开关和监测开关而言，当上位机同时接受到两个开关的动作信号时，刀库正常运转，当上位机只接收到一个限位开关的动作信号时，则在下位机显示装置中进行相应的无信号限位开关故障报警，但刀库依然可以正常运转，也就是某一个开关的故障不会影响到刀库的正常运行同时一对开关之间还可以相互监测。

如图9，本发明采用第一距离传感器19和第二距离传感器6进行掉刀监测，第一距离传感器19通过两个螺栓固定在特制的第一距离传感器底座55上，第一距离传感器底座55通过两个螺栓固定在刀库及机械手整机试验系统刀盘正面，第二距离传感器6固定在刀盘试验系统刀盘正面，其固定方式和监测方法与第一距离传感器19完全相同，以第一距离传感器19为例进行说明。第一距离传感器19通过监测目标刀具与传感器距离来确定是否发生掉刀故障。当刀盘转动到准备位置时即刀库准备开始倒刀动作时，监测上一次换刀的刀位，由于刀库在运行过程中不断重复换刀过程，则第一距离传感器19所监测的换刀的上一个刀位的距离数据应该是一个周期性的数据，如发生掉刀故障，则第一距离传感器19反馈的信号会与未发生掉刀故障时的信号有较大差距，根据此可以判断刀库是否发生掉刀故障，根据对第一距离传感器19反馈的数据进行分析，查找缺失的数据周期，可以确定掉刀的发生时间，如第一距离传感器19反馈的距离数据产生异常则可以认为刀库在运行过程中产生了掉刀故障，通过上位机图形显示界面和报警装置进行报警，并强制中断刀库的运行。

如图1，对于电机的状态监测，第一温度传感器3通过自身磁力固定在刀库及机械手整机试验系统电机外壳上，第二温度传感器7通过自身磁力固定在刀盘试验系统的电机外壳上，第三温度传感器9通过自身磁力固定在机械手试验系统电机外壳上。由于对三个试验系统的电机监测方法完全一致，所以对刀库及机械手整机试验系统电机监测为例进行说明。电机发生堵转是自动换刀刀库的常见故障模式，当电机发生堵转时，电机将不输出机械能，其电能完全转换成内能，因此会引起电机的温度变化，因此通过第一温度传感器3监控刀库及机械手整机试验系统电机温度，第一温度传感器3输出信号通过数据采集卡传递到上位机，因此可以通过对刀库及机械手整机试验系统电机温度变化来判断刀库电机是否发生故障，形成对电机健康状态的监控。当刀库电机温度异常时，通过图形显示界面和报警装置进行报警，并强制中断刀库运转。电机的故障通常是由电机的电压电流异常引起的，当电机电压电流过低时会影响刀库的正常运转，当刀库电机的电流和电压过高时，不但会影响刀库的正常运行，还有可能引起电机温度过高而导致线圈烧毁损坏电机，除了对刀库电机的温度进行监测以外，还对刀库电机的电流电压进行监测，通过采集卡采集刀库电机的电压和电流的实时数据并作分析，当刀库电机的电流和电压数据异常时通过图形显示界面和报警装置发出警报，并强制中断刀库的运行。

第一压力变送器用于监测刀库及机械手整机试验系统气压回路倒刀进气口处气压，第二压力变送器用于监测刀库及机械手整机试验系统气压回路回刀进气口处气压，第三压力变送器用于监测刀盘试验系统气压回路倒刀进气口处气压，第四压力变送器用于监测刀盘试验系统气压回路回刀进气口处气压。当气压缸产生故障时，其监测处气压会产生明显变化，如有严重漏气发生时，压力变送器通常显示较低气压值，则可以判定刀库的气压装置发生了故障。压力变送器可以通过自带表盘显示具体压力值，便于观察，并将压力变送器的输出端通过专用接口传输到数据采集卡，并反应到上位机中通过图形界面显示出出来，通过采集卡的采样率和气压变化的情况可以算得刀库换刀过程中的倒刀和回刀时间，当压气压数据出现异常时通过图形显示界面和报警装置进行报警。

如图3、图7、图9，针对刀库在运行过程中震动数据的采集，采用六个三轴加速度传感器进行监测。刀库在运行过程中如出现打刀和撞刀故障时会引起较为强烈的刀盘和机械手震动，为能够准确获取刀盘和机械手的异常震动信号，因此将第一三轴加速度传感器57和第二三轴及速度传感器安装在刀库及机械手整机试验系统和机械手试验系统中的机械手底部，通过磁力座吸附在刀库机械手下方，第三三轴加速度传感器54用第三三轴加速度传感器磁力座53安装在刀库及机械手整机试验系统刀盘背面的换刀处附近，第六三轴加速度传感器利用磁力座固定在刀盘试验系统刀盘背面换刀处附近，其固定方式与第三三轴加速度传感器完全相同。当刀库发生掉刀故障时或刀库及机械手整机运行不稳定时，会引起地平铁的震动并传导到支撑装置上，为了获取此时地平铁的震动信号，通过第四三轴加速度传感器磁力座36将第四三轴加速度传感器37固定在第一传感器支撑装置底板上，第五三轴加速度传感器固定在第二传感器支撑装置底板上，其固定方式与第四三轴加速度传感器完全相同。第一三轴加速度传感器57、第二三轴及速度传感器、第三三轴加速度传感器54、第四三轴加速度传感器36、第五三轴加速度传感器、第六三轴加速度传感器的信号输出端通过专用接口传输到数据采集卡上，并通过上位机图形显示界面显示出来，当震动信号发生异常时，可以通过显示界面和报警装置进行警报。

针对噪声的监测，当机械手换刀出现卡顿、打刀、撞刀，掉刀、倒刀和回刀时气压过大或是刀库机械装置润滑不足时都会引起噪声，因此噪声信号可以作为一项判定刀库故障的依据，但是噪声是一种易受环境影响的因素，且产生噪声的因素过多，因此噪声数据只作为辅助数据进行分析，采用噪声监测仪对刀库运行过程中的噪声数据进行收集，噪声监测仪输出端通过专用接口与采集卡连接，并将处理后的信号通过图形显示界面显示出来。当试验系统产生异常噪声信号时，可以通过图形界面显示并自动进行记录。

如图1、图3，针对机械手沿z轴位移的监测，采用两个激光位移传感器，分别是第一激光位移传感器30和第二激光位移传感器。由于刀库本身的空间与位置限制，设计了可调节的激光位移传感器支座。由于本元动作下刀库及机械手可靠性快速试验系统在整体试验系统与机械手试验系统中各自含有一个机械手，需要对两个机械手z轴位移同时监测，监测的两个机械手激光位移传感器的配置方式完全相同，因此以第一激光位移传感器30为例进行说明。第一激光位移传感器30通过两个螺栓与第一激光位移传感器支撑盘31相连接，第一激光位移传感器支撑盘31由第一传感器支撑装置的支柱39支撑，第一传感器支撑装置支柱39底部与第一传感器支撑装置液压千斤顶38相连，可以通过调节第一传感器支撑装置液压千斤顶38实现第一传感器支撑装置支柱39的上下移动，进而实现第一激光位移传感器支撑盘31的上下移动以实现对第一激光位移传感器30的高度调节，如此可以使得此传感器支撑装置可以适用于各种型号的刀库，增加了试验系统的兼容性。如图5，由于激光位移传感器不能直接获取机械手沿z轴的位移数据，因此用胶水在机械手上端固定一个高与底比尽可能小的直角三角块56用于辅助测量机械手沿z轴的位移。激光位移传感器测得机械手到三角块56斜面距离l，当机械手产生z轴位移时，传感器测得的数据会产生变化，获取到一个距离差值△l，则机械手沿z轴的位移△h＝△l·tanα，其中α是三角块56与机械手相连处的锐角，则△l＝△h/tan＝α，即角α越小时，在机械手沿z轴位移△h一定时，激光位移传感器所获得的距离差值△l会越大，因此在机械手上空间一定时，设计尽可能使得角α小的三角块56，这样可以降低在测试过程中对激光位移传感器的精度要求，减少了试验成本。激光位移传感器通过专用接口与数据采集卡相连，将相应的数据传输到上位机中，并经处理后显示在图形显示界面上，当激光位移传感器测得的距离值超过设定值时则通过上位机报警并强制终止试验的进行。

本发明的试验方法，通过编译完成的PLC程序控制刀库及机械手整机试验系统、刀盘试验系统以及机械手试验系统的运行，刀库及机械手整机试验系统模拟数控机床刀库运行过程，在刀盘和虚拟主轴之间不断进行换刀工作。刀盘试验系统不断进行选刀和倒刀回刀动作以模拟数控机床刀库在实际工作过程中刀盘的运行。机械手试验系统在两个虚拟主轴之间不断进行换刀工作，以实现对机械手实际工作状况的模拟。在数控机床刀库及机械手整机试验系统和机械手试验系统工作的同时，通过第一距离传感器19和第二距离传感器6分别对刀库及机械手整机试验系统和刀盘试验系统进行掉刀监测，通过温度传感器对数控机床刀库电机温度进行监测，通过数据采集卡对数控机床刀库电机进行电流电压监测，通过第一压力变送器对刀库及机械手整机试验系统气压回路倒刀进气口处气压进行监测，通过第二压力变送器对刀库及机械手整机试验系统回刀进口处气压进行监测，通过第三压力变送器对刀盘试验系统气压回路倒刀进气口处气压进行监测，通过第四压力变送器对刀盘试验系统气压回路回刀进气口柱气压进行监测，通过第一三轴加速度传感器58对数控机床刀库及机械手整机试验系统机械手进行振动信号采集，通过第二三轴加速度传感器对数控机床刀库机械手试验系统的机械手进行振动信号采集，通过第三三轴加速度传感器54对刀盘换刀口处进行振动信号采集，通过第四三轴加速度传感器37和第五三轴加速度传感器对地平铁振动信号进行采集，通过第六三轴加速度传感器对刀盘试验系统刀盘换刀口处进行振动信号采集，通过噪声监测仪对数控机床刀库可靠性试验系统噪声进行采集，通过第一激光位移传感器30对数控机床刀库及机械手整机试验系统机械手进行位移监测，通过第二激光位移传感器对数控机床刀库机械手试验系统机械手进行位移监测，各传感器通过专用接口与数据采集卡相连，将采集到的信号经处理后显示在图形显示界面上。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。