Fanuc機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

成學(xué)武

摘 要： 數(shù)控機(jī)床采用計(jì)算機(jī)控制，伺服系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，機(jī)床精度要求很高。數(shù)控機(jī)床的有些故障可以根據(jù)故障現(xiàn)象和機(jī)床電氣原理圖，查看PLC的相關(guān)輸入輸出狀態(tài)即可診斷故障。但這需要有關(guān)人員對(duì)于設(shè)備的電氣控制等比較熟悉，而且很多故障也不能完全根據(jù)順序控制程序加以診斷排除，這就對(duì)相關(guān)人員提出了比較高的要求。

關(guān)鍵詞： 機(jī)床故障；診斷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.機(jī)床故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

機(jī)床故障診斷系統(tǒng)分為機(jī)床內(nèi)部診斷系統(tǒng)和外部輔助診斷系統(tǒng)。內(nèi)部診斷系統(tǒng)利用Fanuc Oi系統(tǒng)內(nèi)置的故障診斷顯示功能，通過PMC編程和人機(jī)界面的鏈接功能，將順序控制中可能出現(xiàn)的故障通過一個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)初步處理和進(jìn)一步處理提示。外部診斷系統(tǒng)則借助面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，集成數(shù)控機(jī)床診斷系統(tǒng)和維修經(jīng)驗(yàn)以及專家知識(shí)，構(gòu)造人機(jī)界面友好的交互式診斷維修軟件系統(tǒng)。鑒于診斷維修方面的復(fù)雜性和不斷發(fā)展的特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮姆治?、設(shè)計(jì)、編程技術(shù)有利于診斷系統(tǒng)的繼續(xù)開發(fā)、不斷發(fā)展的特點(diǎn)，采用面對(duì)對(duì)象的分析、設(shè)計(jì)、編程技術(shù)有利于診斷系統(tǒng)的繼續(xù)開發(fā)、不斷完善。

1.2系統(tǒng)需求分析與功能目標(biāo)

系統(tǒng)主要包含如下功能，見圖1.1。

（1）設(shè)備各級(jí)各個(gè)單元的特征描述及控制方案。

（2）設(shè)備各部分的故障知識(shí)管理。

（3）各種故障的逐級(jí)樹網(wǎng)分析。

（4）知識(shí)的查詢與增刪、修改及庫(kù)的同步、更新。

（5）用戶及登錄管理。

1.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括系統(tǒng)用戶表、系統(tǒng)拓?fù)浔?、系統(tǒng)故障表、系統(tǒng)程序表、系統(tǒng)參數(shù)表等。系統(tǒng)用戶表中設(shè)置用戶級(jí)別，0級(jí)為一般用戶，可進(jìn)行故障診斷與查詢等一般系統(tǒng)應(yīng)用；1級(jí)為知識(shí)庫(kù)管理者，可對(duì)系統(tǒng)組成、故障信息、程序知識(shí)、參數(shù)知識(shí)等進(jìn)行管理；2級(jí)為系統(tǒng)管理員，可對(duì)用戶、知識(shí)等進(jìn)行管理。系統(tǒng)拓?fù)浔碇型ㄟ^設(shè)置上級(jí)功能ID、上級(jí)結(jié)構(gòu)ID來對(duì)各組成部分的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行管理，從而可以構(gòu)成系統(tǒng)樹形視圖。

系統(tǒng)故障表也通過對(duì)故障間的從屬關(guān)系進(jìn)行編號(hào)管理而形成樹形結(jié)構(gòu)，從而初步實(shí)現(xiàn)故障樹分析功能；還通過對(duì)故障的發(fā)生部位進(jìn)行編號(hào)對(duì)應(yīng)而實(shí)現(xiàn)故障與部位的關(guān)系管理。系統(tǒng)程序表和參數(shù)表也借鑒故障表的管理方法而實(shí)現(xiàn)部位對(duì)應(yīng)和樹形解析。

2.數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為主軸、運(yùn)動(dòng)軸、旋轉(zhuǎn)軸、刀庫(kù)、自動(dòng)刀具交換機(jī)構(gòu)（ATC）、自動(dòng)臺(tái)面交換機(jī)構(gòu)（APC）、工裝、控制器、輔助機(jī)構(gòu)等幾大部分。各部分又可大致分為主運(yùn)動(dòng)、輔動(dòng)作、制動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻、清潔、過濾、密封等幾大模塊，如主軸部分可分為主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、主軸定向、主軸夾刀/松刀、主軸潤(rùn)滑、主軸油冷、主軸吹氣、主軸中心沖水等幾大模塊。各模塊又可分為數(shù)控/序控、輸入/輸出、伺服/電氣、驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、執(zhí)行、檢測(cè)/反饋、觸發(fā)、保護(hù)/封裝等幾大功能組分，如主軸轉(zhuǎn)動(dòng)可分為數(shù)控指令處理/順序程序控制邏輯條件運(yùn)算、串行主軸通信電纜、主軸伺服放大器模塊、主軸伺服電機(jī)、主軸傳動(dòng)皮帶、主軸本體、主軸電機(jī)編碼器及反饋線、主軸轉(zhuǎn)停按鈕等。各組分又可大致劃分為輸入、處理、存儲(chǔ)、控制、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、輸出、封裝等幾大系統(tǒng)成分，各系統(tǒng)成分又可進(jìn)一步分解。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)及其狀態(tài)的不同，系統(tǒng)可分為機(jī)、電、液、氣、磁、聲、光、輻射等不同構(gòu)成成分，應(yīng)用最多的主要是機(jī)、電、液、氣。機(jī)床輔助部分主要有內(nèi)置/外置排屑、床身沖水、油霧收集器、濾油器、安全門、安全光幕等。

系統(tǒng)故障可根據(jù)不同功能部位進(jìn)行定位分解，主要分為CNC系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給軸、刀庫(kù)、ATC、APC、旋轉(zhuǎn)軸、夾具、輔助機(jī)構(gòu)等幾大部分，各部分故障又可根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)一步分解，最終分解為比較根本的元故障。

機(jī)床參數(shù)主要分為用戶參數(shù)、機(jī)械參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、伺服參數(shù)、主軸參數(shù)等。用戶參數(shù)又可分為加工參數(shù)、控制參數(shù)、程序參數(shù)、操作參數(shù)、輸入輸出參數(shù)、以太網(wǎng)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)等。系統(tǒng)參數(shù)包括基本系統(tǒng)參數(shù)、基本軸規(guī)格參數(shù)、基本通用參數(shù)、PMM設(shè)定參數(shù)、CNC設(shè)定參數(shù)、PMC設(shè)定參數(shù)等。伺服參數(shù)可分為控制軸參數(shù)、坐標(biāo)系行程極限參數(shù)、進(jìn)給速度參數(shù)、加減速控制參數(shù)、輸入輸出信號(hào)參數(shù)、伺服電機(jī)參數(shù)等。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)連接

對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，首先在公共類CADOConnection中設(shè)置接口函數(shù)GetSQLConStr和Open以獲取連接SQL語(yǔ)句和數(shù)據(jù)庫(kù)打開方式。

其中數(shù)據(jù)庫(kù)連接驅(qū)動(dòng)Provider采用SQLOLEDB程序，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)分別由變量IP和DBName指定，并采用信任連接，當(dāng)然也可釆用用戶名和密碼方式；使用Open方法建立到數(shù)據(jù)源的物理連接。然后在應(yīng)用程序類CCNCApp的初始化函數(shù)InitlnstanceO中通過調(diào)用CADOConnection對(duì)象的成員函數(shù)Open和GetSQLConStr并傳遞變量IP和DBName創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)連接。

2.3整體模塊

系統(tǒng)主要分為用戶登錄模塊、用戶管理模塊、設(shè)備構(gòu)造管理模塊、設(shè)備故障樹管理模塊、設(shè)備故障庫(kù)管理模塊、設(shè)備參數(shù)管理模塊、設(shè)備順序程序管理模塊、設(shè)備故障診斷模塊、設(shè)備故障號(hào)查詢模塊等。通過對(duì)各個(gè)模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與編程，最終集合成為集診斷查詢與管理功能于一體的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序。

首先在應(yīng)用程序類CCNCApp的初始化函數(shù)InitlnstanceO中打開登錄對(duì)話框，接著調(diào)用當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)連接從用戶數(shù)據(jù)表中打開用戶數(shù)據(jù)集，與用戶輸入的用戶名和密碼進(jìn)行比對(duì)，如果匹配則進(jìn)入主界面。在主界面對(duì)話框的初始化函數(shù).CCNCDlg：：OnInitDialog中裝載主菜單，并對(duì)各個(gè)菜單項(xiàng)單擊事件設(shè)置響應(yīng)函數(shù)。

2.4故障樹管理模塊

當(dāng)用戶選擇“知識(shí)庫(kù)管理”下的“故障樹管理”菜單項(xiàng)時(shí)，首先彈出用戶登錄對(duì)話框，只有1級(jí)以上的用戶登入才能進(jìn)行故障樹的管理，彈出故障樹管理對(duì)話框。故障樹管理對(duì)話框給出故障的樹形分析，可以在各個(gè)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行修改、刪除，或添加子故障。

故障樹管理對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)如圖2.1。借助于這種樹形視圖，可以方便的構(gòu)造故障樹知識(shí)庫(kù)，并可增加樹的層次和節(jié)點(diǎn)信息，從而有利于故障樹分析的展開。

2.5故障診斷模塊

當(dāng)用戶單擊“系統(tǒng)應(yīng)用”的“故障診斷”菜單項(xiàng)時(shí)，故障診斷對(duì)話框彈出，其中設(shè)置故障發(fā)生部位選擇區(qū)、故障主要現(xiàn)象選擇區(qū)、故障主要原因選擇區(qū)等。故障部位區(qū)通過打開設(shè)備拓?fù)浔斫o出設(shè)備樹形組織架構(gòu)，以便用戶選擇相應(yīng)的故障發(fā)生部位。

當(dāng)用戶選擇了對(duì)應(yīng)的故障發(fā)生部位后，現(xiàn)象區(qū)通過列表框打幵對(duì)應(yīng)的故障列表。用戶選擇對(duì)應(yīng)的主要故障現(xiàn)象后按下“開始診斷”按鈕，原因區(qū)將顯示出對(duì)應(yīng)故障的樹形分析，幫助用戶定位最終原因，并給出對(duì)策建議。

故障診斷對(duì)話框的實(shí)現(xiàn)如圖2.2。當(dāng)機(jī)床發(fā)生1042號(hào)報(bào)警時(shí)，首先明確故障部位發(fā)生在ATC系統(tǒng)，點(diǎn)擊相應(yīng)的樹節(jié)點(diǎn)后，再進(jìn)一步選擇故障發(fā)生的主要現(xiàn)象，例如刀臂在抓刀時(shí)停止，這時(shí)幵始診斷，軟件將調(diào)出故障樹知識(shí)庫(kù)對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，以故障樹視圖的形式供維修人員檢查判斷參考，一旦確定相應(yīng)的故障原因，如刀臂夾刀棒卡死，即給出相應(yīng)的原因分析和故障對(duì)策，指導(dǎo)維修人員進(jìn)行維修處理。這樣，即使對(duì)機(jī)床的了解還不夠全面，維修人員也可借助此軟件快速入手，從而提高維修效率；同時(shí)也可將摸索到的經(jīng)驗(yàn)和新學(xué)到的知識(shí)補(bǔ)充完善到知識(shí)庫(kù)中，從而不斷提尚維修水平，豐富完善知識(shí)庫(kù)。

結(jié)論

通過利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，將設(shè)備故障診斷和維修等知識(shí)系統(tǒng)的組織成知識(shí)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了故障的診斷查詢、故障樹分析、故障樹管理等功能，幫助維修人員不斷提高維修水平，豐富完善知識(shí)庫(kù)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊中力.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修.大連理工大學(xué)出版社.2006.