數控機床故障診斷智能化研究

劉瑞已

(湖南工業職業技術學院，湖南長沙 410208)

目前，數控機床系統的發展已不僅僅局限于性能的優良，更趨向于智能化。隨著智能技術的引入，數控機床已具有規劃加工運動的能力。通過推理、決策能力、智能監控和智能故障診斷，將智能化的人因技術應用于數控系統，形成智能化的診斷系統。數控機床作為一個復雜的被控對象，結合了多種先進技術，難以建立精確的數學模型。傳統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，及時、有效地預測機床的故障趨勢是非常重要的。

1 智能化數控機床故障診斷分析

1.1 常見故障

1.1.1 電力故障

數控機床平穩運轉的先決條件是供電系統正常，供電系統平穩，假如開關電源出現故障，將立即導致整機數控機床終止運行，這在電氣控制系統中屬常見問題。盡管中國數控機床生產加工水準持續提升，但為保證數控機床的整體特性，系統的選用仍然以國外為主導。可是，因為世界各國常用的電流強度不一樣，國外所設計的系統也無法徹底融入我國的工作電壓，因此中國若選用這類數控機床，需處理其供電系統問題。此外，數控機床在具體運行環節中，也會產生一些意料不到的狀況，造成開關電源系統出現異常，數控機床電氣控制系統非常容易發生卡死和數據庫查詢信息遺失等問題，嚴重的時候會使整個數控機床處于崩潰狀況。為防止以上問題的產生，需對數控機床各自分別裝有配電柜，確保供電系統的單一性和可靠性。若工作區域電壓不穩定，需配備三相交流穩壓器。此外，為了地盡量避免發生漏電、串電等現象的概率，數控機床的開關電源還需要做接地保護處理。此外，為提升數控機床電氣控制系統的穩定性，在數控機床上可選用三相五線制的方法，此時需要把接地線和中心線分離[1]。

1.1.2 短路故障

在數控機床中，短路故障也是一種普遍的電氣設備故障，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：接觸器觸頭因長時間燒灼，使接觸表面發生較嚴重氧化問題，因而發生斷路故障。另外，還存在一些電氣元件之間的接觸不良和導線卡緊螺絲不夠牢固等問題。可選用專業設備，如數字萬用表、電阻、壓力器等，對數控機床進行常見故障檢驗，以分辨是否是短路故障。具體步驟是：運用電阻器檢驗電控系統，分辨電源電路是否斷掉，與此同時參考電路設計圖，選用按段測量法，依據測出的電阻值尺寸，精確地確定短路位置。若用變壓器檢驗電控系統時，需接入電路，參考電路設計圖分段測量工作電壓，依據測出的數據，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床的電阻值是否有異常，從而判斷機床是否出現斷路，根據故障現象確定這一段路是否為故障點，假如故障仍在繼續，則需要進一步檢驗，直到最后明確故障所在。

1.1.3 電源開關和控制板故障

若斷路器發生灼燒現象，可能使數控機床電氣控制系統中的電源開關和控制板接觸不良，進而形成控制失效，嚴重影響數控機床的常規工作。為處理這一問題，在切換開關時要挑選能承擔大負荷的電源開關，與此同時盡可能不要用繼電器。因為從現在的經驗看來，電源電路出現問題的概率與繼電器應用的數量相關，尤其是檢修過的部位和維護保養位置極易產生電氣設備故障。產生這類電氣設備故障大多數是因為缺少專業技術人員的支持，機器設備存有的安全隱患不能及時清除，并且在具體應用中操作不標準而導致的。這類故障一旦產生，將對數控機床的日常運作造成較大影響[2]。

1.2 智能故障診斷

首先，大多數的現代智能數控系統具有啟動時的自我診斷功能。當機器啟動時，自動將系統文件從FROM加載到數控系統引導文件下的子系統DRAM中，從而完成各種數據的初始化。而且在執行過程中，數控系統還會檢測系統的硬件安全以及軟件和硬件的運作是否匹配。當數控系統出現故障時，該故障報警系統就會啟動，停止運行機械設備，并對服務器發出相應的告警指令以及相應的告警信息。

我們以FANUC-0iC系統為例。當數控系統的電源接通時，該系統就會進入啟動狀態。接下來，就要啟動系統主板ROM中的系統綜合引導文件，與此同時預先轉移內存板中的ROM系統功能軟件，再轉移到數控系統的RAM中。這時，數控系統將顯示運行系統的文件編號和當前版本號，數控系統將開始調試初始化檢測系統的軟件以及硬件運行結構，查看兩個是否匹配，當數控系統發生運行故障或硬件系統的軟件缺陷時，該數控系統就會停止啟動和切換到后臺的報警屏幕，系統也將顯示910～998號的報警提示。當加載并初始化數控系統的引導文件后，系統還會將機床控制的PMC程序預先加載，即在存儲板的EPROM中，設備機床廠家的PMC程序再次裝入RAM中，當顯示界面開始顯示PMC程序的序列號以及運行版本號時，運行故障的數控系統將執行伺服的初始化過程：第一步，數控系統將繼電器輸入信號發送到各子系統的伺服放大器。當子系統的伺服系統準備好后，各軸的伺服放大器就會向數控系統發送一個伺服準備的信號。當數控系統接收到這個信號后，就會發出伺服準備完成的信號，其坐標軸的位置顯示屏幕也會出現。當某一個伺服軸因運行故障而不能響應時，子伺服系統將立即停止工作，并發出伺服運行故障的報警信息。接下來通過數控系統自帶的故障診斷程序，在數控系統正常運行時，就可以對數控系統和各伺服的設備、伺服的電機組以及連接到數控設備的各個外部機械設備進行故障的自診斷。只要數控系統和伺服系統有運行故障，系統的診斷圖和伺服調節圖的診斷編號就會顯示“1”。因此，當數控機床發生運行故障時，就可通過系統的診斷編號來確定故障發生的具體位置。

另外，各個數控機床的廠家還根據不同機床的運行特點為機床準備了不同的報警文本。比如FANUC系統的機床報警號1000#～1999#就是機床系統運行故障的報警號碼，而2000#～2999#是機床因操作故障顯示的報警號碼，3000#～3999#則是機床制造商通過數據語言編制的系統報警文件，因此根據機床廠家的不同報警文本顯示，數控系統的故障診斷就可以達到高效的診斷率。

2 在數控機床中運用智能化系統技術的重要性

一般狀況下，在對數控機床完成故障檢測時，都是會選用單機版技術設備，這樣合理地節約了確診時間，降低了人力資源和物力資金投入，對所獲取的很多代碼完成融合解決，根據智能技術的運用，保證確診過程的實用性，并融合故障關鍵原因，對故障代碼完成自動更新。應用智能化所具備的開放式，易用性功能作用，對現階段數控機床普遍系統故障完成診斷研究，并在底層端口號上顯示不一樣的故障代碼；運用智能安防控制模塊，完成互聯網間的合理傳送，使工作員能夠根據遠程控制系統對數控機床具體運作情況完成研究。并且傳出檢修命令，要求現場職工，對數控機床故障信息完成查驗。運用智能化的方便性完成遠程控制故障研究工作，提升傳統式數控機床的故障檢測，時空限制，在一次運作故障產生時，根據開發詳細的故障解決方法，隨時隨地根據智能化服務平臺，向數控機床領域專家給予故障咨詢，研究常見故障的首要原因，及時故障檢測，進一步提高機器設備運作效率，減少企業經濟損失，節約機器生產企業設備維修費用。

3 數控系統的診斷技術與故障處理

3.1 智能自診斷技術

一是設備通電自確診。在數控機床上電通電后，系統內嵌的確診軟件將全自動系統對CPU，RAM等構件的運作情況，與操作系統內各種系統軟件一起查驗，并且把最終的檢驗結果直觀地顯示出來，一旦遇到機器設備運作異常，便會造成報警系統，并提出警告提醒。一般規定職工對系統運作信息內容完成具體的查驗，一般狀況下，運行后的機器設備自確診，一分鐘左右就會完成，一旦發現數控機床運作故障，啟動檢測系統便會將錯誤的具體原因，直接精準定位到線路板和運作控制模塊上。在故障檢測時，工作員只需在相應區域內找到導致故障的具體原因，依據智能化維護保養指南及相關知識庫系統記錄，制訂出合理性的故障解決方案，以保證系統機器設備平穩運作。

二是設施運作自確診。數控機床設備運轉操作過程中的自我診斷，統一地稱之為線上自診斷，具體指的是對數控機床運作時，對每個地區的運行情況完成嚴格的查驗，在機器設備運轉操作過程中，要事前預防運作故障，要有內部診斷程序流程，要有功能測試系統軟件，PLC等機器設備的應用。偏移器是內檢機的核心數控機械，連接到外置設備上，自動校驗可直觀地顯示數據診斷信息，并在數控系統工作過程中反復確認。

三是設備故障診斷。根據對設備運轉過程中自檢發現故障問題后，最先要停止使用設備，運用隨機診斷紙進行系統線下確診，把診斷紙帶機確診程序流程載入機器設備RAM系統軟件控制模塊，計算機程序全自動進行故障檢測，找到機器設備主要故障點，故障檢測是傳統式數控機床中常見的故障檢測方式。

3.2 智能化檢測技術的應用

智能化檢測技術的運用，要求技術人員應用智能技術對數控機床的故障問題進行研究，在短期內進行診斷工作，尋找關鍵故障。其主要的診斷方式有：

一是函數程序流程診斷。數控機床設備運作出現故障時，可以根據功能程序流程診斷法對數控系統中不同功能區域傳出的功能命令進行研究，并根據技術人員的實際操作結果鍵入實驗程序流程或硬盤存儲進行故障檢測，幫助員工快速尋找故障存有的功能區域，制訂出合理的解決方法，功能程序流程確診方式常見于隨機故障檢測過程及其當設備長期空閑或長期應用時進行的故障檢測。

二是利用參數進行診斷。數控機床在進行啟動時，會對各種參數進行全面的自動檢查，所有出現的錯誤都需要工作人員逐一解決，工作員在對RAM中的信息參數進行檢驗修改時，由于外界的干擾和個人因素，非常容易導致參數遺失，誤設等不同種類的錯誤，為此我們需要對工作人員進行技術培訓，讓他們知道怎樣正確地完成參數的修改和設置，怎樣不會使數控機床的參數免受干擾而破壞，只有這樣才能保證我們的數控機床具有良好的無故障率和無故障診斷時間。

3.3 先進診斷技術

一是系統自身修復診斷。伴隨著智能技術的持續發展，一些數控機床能夠完成程序自修補，最先在數控機床機器設備運作故障時，選用自確診技術，找到產生故障的主要范疇，在系統內部設定預留控制模塊，整個過程不參加設備的常規運作，僅僅機器設備運行期內，實行系統程序流程自身修補。在控制模塊內部發生故障問題時，系統軟件能獨立地將關鍵故障信息的造成，表明在電腦屏幕上，在預留控制模塊中完成查詢，時刻拆換故障控制模塊，維護保養工作人員可依據提示信息，在不延誤生產制造進度的情形下，對常見故障控制模塊完成拆換，期待完成系統自修診斷，因為數控機床中必須設定較多的備用控制模塊，促使機器設備容積持續增大，成本費持續提升。二是通訊檢測系統。創建通訊檢測系統時，必須與監測中心保持聯絡，維護站將根據電話路線完成通訊，運用智能控制系統將特定的診斷程序發給設備運作人員，通訊診斷是一種遠程診斷，它是一種通訊診斷系統，它的創建要以計算機為基礎，普遍用以故障檢測，以及按時對機器設備完成保護性診斷。在整個故障檢測過程中，不用外派設備維修工到運行現場，只需在要求的時間內完成數控機床運作檢測，自動將所獲取的診斷數據信息定時傳送給核心維修站，供統一分析。

4 結 語

整體上看，數控機床在制造業領域的廣泛運用，促進了生產制造水平的持續提升，給公司帶來了較好的經濟收益。但數控機床構造繁瑣，在長期運作過程中，難以避免會發生各種不同級別的故障，這對維護人員提出了很高的要求。文中就數控機床的常見故障作了相應的討論，在這個基礎上，將人工智能技術應用到數控機床的故障檢測工作中，能夠在相應水平上提升數控機床故障檢測工作效率。