课题背景
随着市场经济地快速发展和全球经济一体化程度地不断加深  ，市场对于装备制造 业产品提出了性能更好、能耗更少、人机界面更高等一系列要求  ，作为装备制造业的“工 作母机”一数控机床  ，其精度、功能、可靠性水平直接决定了产品的市场竞争力水平[1] 。 长期以来  ，我国一直是数控机床制造大国[2]、消费大国  ，却不是制造强国[3] 。国内数控 机床市场  ，尤其中高端市场长期被国外品牌所占领[4][5]  ，其中主要原因就是国产数控机 床产品的可靠性水平差[6][7] 。
数控机床是国家装备制造业的工作母机  ，其技术水平代表了一个国家的综合 实力 。数控机床是集机、电、液、光于一体的复杂系统[11] 。数控机床的应用极爱游戏(ayx)提 升了自动化程度  ，提高了生产率  ，降低了制造成本  ，也能改善工人劳动条件 。随着市 场竞争的加剧  ，产品的更新速度越来越快  ，数控机床的应用越来越广泛 。数控机床技 术的先进程度决定着数控装备的精度、可靠性等性能参数  ，因此技术的先进与否更能 体现一个国家装备制造业技术水平的高低[12] 。
社会经济的不断进步对装备制造业提出了越来越高的要求 。在科学技术的不断发 展的条件下  ，装备制造业也在不断的进步  ，装备制造业的发展也在促进着科学技术的 攀升  ，此二者的动力来源于社会经济的不断增长和人民日益增长的物质文化需求 。科 学技术的发展为装备制造业提供了性能更加优良的材料、更加智能化的控制方式、更 快的传感器和处理系统  ，而装备制造业的提升为科学技术提供了更为精密的仪器、功 能更为全面的设备 。社会经济的不断进步对企业的生产制造不断提出新的挑战：要求 企业生产越来越复杂的零件的同时却不能对精度和稳定性产生影响；要求企业能够根 据市场的需求快速的调整自己的生产线  ，快速的生产出合格产品；要求企业严格控制 成本  ，提高生产制造的自动化  ，实现较长时间内无人监管条件下的安全生产[13][14] 。
对于上述要求  ，普通机床等刚性制造设备显然是难以实现的  ，只有数控机床才能 实现上述功能 。与传统机床相比  ，数控机床的自动化程度高  ，可自行根据程序设定进 行加工  ，可在同一数控机床完成多道工序  ，减少了因更换刀具、装夹工件所产生的时 间成本、人力成本  ，提高了生产效率；同时  ，也可避免多次装夹产生的累计误差  ，提 高了产品质量；对于普通机床无法规避的定位误差、刀具误差、温度变化误差等问题  ， 数控机床都可以在数控程序中加入代码  ，进行误差补偿 。随着社会不断发展  ，对数控 机床的性能提出了更高的要求  ，数控机床应向着高精度、高效率、高柔性自动化程度 发展[15][16] 。
数控机床是社会经济发展到一定程度的必然产物  ，因此  ，大多数国家尤其是发达 国家常常视数控机床拥有量和消费量为本国工业化程度的一个度量 。从2005年起  ，数 控机床价值总额在我国整体机床价值总额中已超过60%[17]  ，并呈现逐年递增的趋势 。 目前  ，数控机床已广泛应用于各行各业中  ，例如汽车制造业、船舶工业、航天航空、 武器装备制造等等  ，数控机床已经植入于人们日常生活的方方面面中 。因此  ，如何提 高数控机床的精度和可靠性就显得尤为重要 。尤其对于航天航空工业、核工业、武器 装备制造业等一些关乎到国家命运生死存亡的行业  ，低档数控机床不适合也无法生产 出高质量、高性能的产品 。在国内高档数控机床市场  ，国有自主品牌的高档数控机床 因其可靠性低得不到市场的认可  ，更无法在众多国外品牌围绕下进行突围 。因此为了 提高数控机床可靠性、维持数控机床高效稳定的工作就成了重中之重 。数控机床关键 功能部件能否正常工作直接会对整机正常运转产生影响  ，国内的大多数高档数控机床 由国外进口  ，发生故障后对关键功能部件进行维修需要国外的厂商来解决  ，花费不仅 巨大  ，而且维修周期较长  ，严重影响企业生产效率 。因此实时监控数控机床各个关键 功能部件的健康状态  ，及时发现异常状态并提前联系主机厂商  ，在发生故障前对故障 部位进行维护、更换就显得尤为重要 。
加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂形状工件的高效率数控 机床 。加工中心具有自动换刀系统  ，可通过数控系统自动更换刀具 。加工中心的最初 原型为数控铣床  ，在二十世纪四十年代末  ，美国开始研究数控机床  ，并由美国MIT研 制成功了世界第一台数控铣床[18][19];世界第一台加工中心由美国卡尼雷特公司研制成 功 。随着传感器枋术、材料学不断取得新讲展  ，加工中心的件能愈加完善  ，加工中心 越来越受到世界各国尤其是工业发达国家的重视 。
随着加工中心的性能、精度、速度、柔性自动化不断提高  ，可靠性作为一个重要
评价指标也日益受到人们重视[2()] 。众所周知  ，现今国内机床行业能够生产高端加工中 心  ，但其可靠性低、精度保持能力差  ，无法在市场竞争中取得优势 。国内企业宁愿花 高价买进口的加工中心  ，也不愿意选择性价比较高的国产加工中心 。导致这些问题的 主要原因是国产加工中心技术含量低、国产加工中心精度保持性差、国产加工中心可 靠性低  ，直接对企业的生产效率产生影响  ，造成人力物力浪费  ，给企业带来损失 。
盘式刀库自动换刀系统是加工中心的关键功能部件之一  ，由刀盘、机械手、气缸 组成 。刀盘可以储存刀具  ，并在数控系统的控制下进行选刀；气缸和机械手协作完成 拔刀、换刀、插刀动作 。盘式刀库机械手自动换刀系统故障率较高  ，发生故障时对整 机可靠性会产生直接影响 。自动换刀系统结构较复杂、换刀时机械手动作速度快、插 刀和抓刀时定位准确性要求高  ，故障率较高  ，据统计数控机床15 %左右的故障都与之 有关  ，可以说换刀系统是加工中心的可靠性薄弱环节  ，因此开展加工中心关键部件的 故障预警研究  ，在故障发生前做好维修的准备  ，或者在故障发生前对关键功能部件进 行事前维修  ，从而避免故障发生是非常有意义的工作[21] 。

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