數(shù)控機(jī)床故障診斷智能化研究

丁強(qiáng)

摘 要：目前，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的發(fā)展已不僅僅局限于性能的優(yōu)良，更趨向于智能化。隨著智能技術(shù)的引入，數(shù)控機(jī)床已具有規(guī)劃加工運(yùn)動的能力。通過推理、決策能力、智能監(jiān)控和智能故障診斷，將智能化的人因技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，形成智能化的診斷系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床作為一個(gè)復(fù)雜的被控對象，結(jié)合了多種先進(jìn)技術(shù)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)的控制理論雖然可以解決一些控制問題，但在加工過程控制和故障診斷與維修智能化方面存在很大的困難。為了解決這一問題，引入智能故障診斷技術(shù)，及時(shí)、有效地預(yù)測機(jī)床的故障趨勢是非常重要的。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;故障診斷;智能化

1數(shù)控機(jī)床常見故障分析

1.1數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)故障

數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置如果采用絕對編碼器時(shí)，由于系統(tǒng)斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標(biāo)值實(shí)際位置的記憶，所以機(jī)床開機(jī)時(shí)，不需要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。目前，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用增量編碼器作為位置檢測裝置，系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就失去記憶，機(jī)械坐標(biāo)值盡管靠電池維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機(jī)床斷電前的坐標(biāo)值而不是機(jī)床的實(shí)際位置，所以機(jī)床首次開機(jī)后要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。

數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)常見故障現(xiàn)象和原因：

（1）機(jī)床回零過程沒有減速動作或一直以減速回零，一般是因?yàn)闇p速開關(guān)及接線故障。

（2）機(jī)床回零動作正常，但系統(tǒng)得不到一轉(zhuǎn)信號，原因可能是電機(jī)編碼器及接線或系統(tǒng)軸板故障。

（3）多次返回參考點(diǎn)重復(fù)位置精度很差。原因可能是：伺服電機(jī)與絲桿的聯(lián)軸器松動;電機(jī)扭矩過低或由于伺服調(diào)節(jié)不良，引起跟蹤誤差過大;編碼器供電電壓太低;零脈沖不良;傳動鏈間隙增大。

（4）數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)發(fā)生螺距偏移。原因可能是：減速開關(guān)和減速擋塊安裝位置不當(dāng)，使得減速信號與零脈沖信號過近，會發(fā)生單個(gè)螺距偏移。調(diào)整減速開關(guān)或減速擋塊的位置，使機(jī)床軸開始減速的位置大概處在一個(gè)柵距或一個(gè)螺距的中間位置。

1.2短路故障

在數(shù)控機(jī)床中，短路故障也是一種普遍的電氣設(shè)備故障，而造成短路的主要原因便是電纜線的連接不可靠或電氣元器件燒毀。造成斷路故障的具體原因有：接觸器觸頭因長時(shí)間燒灼，使接觸表面發(fā)生較嚴(yán)重氧化問題，因而發(fā)生斷路故障。另外，還存在一些電氣元件之間的接觸不良和導(dǎo)線卡緊螺絲不夠牢固等問題。可選用專業(yè)設(shè)備，如數(shù)字萬用表、電阻、壓力器等，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行常見故障檢驗(yàn)，以分辨是否是短路故障。具體步驟是：運(yùn)用電阻器檢驗(yàn)電控系統(tǒng)，分辨電源電路是否斷掉，與此同時(shí)參考電路設(shè)計(jì)圖，選用按段測量法，依據(jù)測出的電阻值尺寸，精確地確定短路位置。若用變壓器檢驗(yàn)電控系統(tǒng)時(shí)，需接入電路，參考電路設(shè)計(jì)圖分段測量工作電壓，依據(jù)測出的數(shù)據(jù)，確定短路位置。另外，在短接故障段中，可以用短接方式來判斷機(jī)床的電阻值是否有異常，從而判斷機(jī)床是否出現(xiàn)斷路，根據(jù)故障現(xiàn)象確定這一段路是否為故障點(diǎn)，假如故障仍在繼續(xù)，則需要進(jìn)一步檢驗(yàn)，直到最后明確故障所在。

2數(shù)控系統(tǒng)的診斷技術(shù)與故障處理

2.1系統(tǒng)自動診斷方式

數(shù)控機(jī)床是由硬件和軟件系統(tǒng)組合而成的，而在軟件系統(tǒng)中有對故障進(jìn)行自動診斷的系統(tǒng)，通過這個(gè)系統(tǒng)可以對機(jī)床的運(yùn)行狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管，一旦出現(xiàn)故障就會自動發(fā)出報(bào)警提示，這樣就可以提醒操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。因此，數(shù)控機(jī)床在啟動時(shí)就要開啟自動診斷運(yùn)行程序，對機(jī)床中的各項(xiàng)軟件和硬件系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢查和分析，并在顯示器中顯示檢查結(jié)果。在數(shù)控機(jī)床各個(gè)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，自動診斷程序不僅會對機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行檢測，同時(shí)也會對與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的其他裝置實(shí)施檢測，并將檢測到的運(yùn)行信息和故障信息在顯示器中顯現(xiàn)出來，操作人員就能隨時(shí)掌握數(shù)控機(jī)床的基本運(yùn)行狀況和故障產(chǎn)生原因。

2.2換件診斷法

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大多采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)其各部分功能的不同可分為不同的模塊。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的不斷更新，電路的繼承規(guī)模逐漸擴(kuò)大，所應(yīng)用技術(shù)的復(fù)雜性也在不斷提升，按照常規(guī)的診斷方法，幾乎不可能把故障在某個(gè)較小的范圍內(nèi)進(jìn)行有效定位。而在具體應(yīng)用中，采用換件診斷法能快速減少停機(jī)時(shí)間，確定故障版，消除系統(tǒng)故障。

由于在數(shù)控系統(tǒng)中所應(yīng)用的電路板、木塊、集成電路和其他零部件等的型號都一樣，所以，可通過互相交換的方式來查看故障問題是否存在轉(zhuǎn)移，以此來準(zhǔn)確、快速的判斷故障發(fā)生部位。舉例來說，如在數(shù)控系統(tǒng)故障診斷中出現(xiàn)某個(gè)軸不能正常運(yùn)行，出現(xiàn)爬行、抖動、不規(guī)則運(yùn)動或只有某個(gè)方向動的情況時(shí)，通過此方法也能快速排查出故障點(diǎn)位。

在換件過程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：第一，更換電路板或組件之前應(yīng)先斷電。第二，在更換電路板時(shí)，如PLV的I/O板上標(biāo)有地址開關(guān)，在交換排查中做好對應(yīng)設(shè)置值的改變。第三，如遇到部分電路板上有跳線或橋線調(diào)整電阻、電容時(shí)，所有的調(diào)換應(yīng)和原板保持一致。第四，換件中的模板的輸入和輸出應(yīng)保持一致，否則極易造成故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。第五，當(dāng)確定替換部位為某一部分時(shí)，在替換前要先做好檢查，主要涉及與被換件關(guān)聯(lián)的線路和關(guān)聯(lián)電器，需確保其無故障后才能換新，以免造成新替換元件受損。

2.3先進(jìn)診斷技術(shù)

一是系統(tǒng)自身修復(fù)診斷。伴隨著智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，一些數(shù)控機(jī)床能夠完成程序自修補(bǔ)，最先在數(shù)控機(jī)床機(jī)器設(shè)備運(yùn)作故障時(shí)，選用自確診技術(shù)，找到產(chǎn)生故障的主要范疇，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定預(yù)留控制模塊，整個(gè)過程不參加設(shè)備的常規(guī)運(yùn)作，僅僅機(jī)器設(shè)備運(yùn)行期內(nèi)，實(shí)行系統(tǒng)程序流程自身修補(bǔ)。在控制模塊內(nèi)部發(fā)生故障問題時(shí)，系統(tǒng)軟件能獨(dú)立地將關(guān)鍵故障信息的造成，表明在電腦屏幕上，在預(yù)留控制模塊中完成查詢，時(shí)刻拆換故障控制模塊，維護(hù)保養(yǎng)工作人員可依據(jù)提示信息，在不延誤生產(chǎn)制造進(jìn)度的情形下，對常見故障控制模塊完成拆換，期待完成系統(tǒng)自修診斷，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床中必須設(shè)定較多的備用控制模塊，促使機(jī)器設(shè)備容積持續(xù)增大，成本費(fèi)持續(xù)提升。

二是通訊檢測系統(tǒng)。創(chuàng)建通訊檢測系統(tǒng)時(shí)，必須與監(jiān)測中心保持聯(lián)絡(luò)，維護(hù)站將根據(jù)電話路線完成通訊，運(yùn)用智能控制系統(tǒng)將特定的診斷程序發(fā)給設(shè)備運(yùn)作人員，通訊診斷是一種遠(yuǎn)程診斷，它是一種通訊診斷系統(tǒng)，它的創(chuàng)建要以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，普遍用以故障檢測，以及按時(shí)對機(jī)器設(shè)備完成保護(hù)性診斷。在整個(gè)故障檢測過程中，不用外派設(shè)備維修工到運(yùn)行現(xiàn)場，只需在要求的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)控機(jī)床運(yùn)作檢測，自動將所獲取的診斷數(shù)據(jù)信息定時(shí)傳送給核心維修站，供統(tǒng)一分析。

結(jié)論

整體上看，數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，促進(jìn)了生產(chǎn)制造水平的持續(xù)提升，給公司帶來了較好的經(jīng)濟(jì)收益。但數(shù)控機(jī)床構(gòu)造繁瑣，在長期運(yùn)作過程中，難以避免會發(fā)生各種不同級別的故障，這對維護(hù)人員提出了很高的要求。文中就數(shù)控機(jī)床的常見故障作了相應(yīng)的討論，在這個(gè)基礎(chǔ)上，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的故障檢測工作中，能夠在相應(yīng)水平上提升數(shù)控機(jī)床故障檢測工作效率。

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