本章首先对盘式刀库换刀系统可靠性试验台的结构、性能参数和换刀流程进行了 分析；其次，介绍了试验台预警系统所要实现的目标，然后以所要完成的目标为导引， 对所需的硬件设备和软件做了简要概述。在此基础上，对预警系统的总体方案进行了 设计，选择PLC为下位机、选择数据采集卡PCI对振动信号和温度信号进行监测。
随着制造业的迅猛发展，从二十世纪八十年代开始加工中心引起了发达国家的重 视，并注入了大量的资金和人力进行研究。加工中心的精度、速度等一系列参数得到 了迅速提升，而可靠性作为一个评估参数也逐渐浮现在人们的视野中。状态监测和故 障预警作为提升可靠性水平的一种重要措施也引起了更加广泛的关注。
为了实现对刀库运行状态的监测功能，本文设计了数据采集电路进行数据采集， 采集信号主要包括振动信号、温度信号三个方面，温度传感器安装于电机表面，振动 传感器安装于机械手下表面，如图3.3所示。
加工中心盘式刀库换刀系统的故障率较高，但故障模式较为单一。通过实验室连 续试验激发故障，对所采集的故障前后信号特征进行处理分析，获取故障特征值，从 而实现故障预警，即在故障信号出现而故障未发生时发出报警提示。本文旨在提出一 种有效的故障预警方法，并在实验室条件下验证其可行性。
该系列盘式刀库采用减速电机带动分度机构实现刀盘的运转，选刀动作快速、平 稳。分度机构由圆柱凸轮与凸轮轴承组合而成，分度精度高，噪音小；刀库刀套采用 工程塑料ABS制作，具有重量轻、运转平稳、冲击小等优点，因此在进行信号采集时 能将干扰降到最低，有效地降低了故障误报率。上述减速电机在运转时带动副链轮、 副链条运转，通过副链条带动刀库外部带有接近传感器的轴转动，实现对刀盘运动的 精确控制。机械手的换刀动作由减速电机带动链条、链条带动滚子式蜗型弧面复合凸 轮来完成。
故障预警系统主要包括电气控制环节、数据采集环节和PLC控制环节，只有三个 环节协同工作才能完成盘式刀库换刀系统的状态监测和故障预警功能。本章设计任务 为设计电气控制环节控制刀库的正常动作、设计数据采集环节采集刀库工作时的状态 信号和设计PLC控制环节控制故障预警机构的动作。
搭建圆盘式刀库可靠性试验台的目的主要是能够更及时、迅速的收集自动换 刀系统的数据信息，包括故障时间、故障原因、换刀次数、换刀时间等信息。将 收集来的数据进行可靠性分析，不仅可以得出刀库的MTBF，为评估同类型刀库 MTBF做指导，而且能够通过故障信息找出刀库容易出现故障的部位，针对不同 的故障部位提出相应的改进措施，能够极大的缩短时间，提高该类型刀库的可靠 性水平。并且对其他类型的刀库也具有一定的指导意义。这就要求试验台具备以 下功能：
圆盘式刀库自动换刀系统故障主要包括功能型故障、参数性故障以及状态性 故障。功能性故障主要是自动换刀系统由于内因因素而产生的故障，如机械手卡 刀，导致机械手电机过载而烧坏等。参数性故障主要是指刀库的相关性能参数超 出规定的变化范围，如刀盘转位以及机械手定位不准确等。状态性故障主要是换 刀系统运转过程中由于温度过高、振动剧烈以及噪声过大而造成的故障。简单来 说，圆盘式刀库自动换刀系统故障就是在规定的条件和时间内，自动换刀系统不 能完成规定的功能。
试验台运行数据，包括运行时间、换刀次数以及换刀系统故障。如附录1 表A-1所示。表中包括运行日期、换刀时间以及每把刀的换刀次数，试验人员需 要把这些数据归类总结以及检查这些数据是否有出现偏差的地方，分析人员根据 这些数据计算换刀频率；如附录1表A-2,主要是记录刀库运行中出现的故障现 象、故障部位、故障原因以及故障处理，并且记录下当日的试验员以及维修人员， 以便分析人员能够及时迅速的找到先关人员咨询情况；
现场加工中心的试验对象是精工机床中的YP系列圆盘式刀库，数据采集时 间是从加工中心精工机床调试完成后开始的。选取了从2011年~2013年间的加 工中心精工机床。通过附录1表A-3记录每台精工机床现场加工中出现的有关圆 盘式刀库的故障，并判断该故障是否是关联故障，将每台机床出现的关联故障通 过附录1表A-7进行统计。将统计结果整理，具体见附录2表B-1,从附录2表 B-1中可以看出YP系列圆盘刀库在2011~2013年共出现92次故障。