高端數(shù)控機(jī)床控制與診斷技術(shù)研究進(jìn)展

宮克

摘要：數(shù)控機(jī)床運(yùn)行問題的源頭數(shù)量龐大，在問題診斷排查期間經(jīng)常會(huì)消耗大量物質(zhì)和人力資源，因此數(shù)控機(jī)床問題診斷方法始終是科研工作者的研究核心。智能數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性、問題診斷的精確性和故障排除的高效性始終為人們所強(qiáng)調(diào)。本文論述了高端數(shù)控機(jī)床控制的現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)，分析了高端數(shù)控機(jī)床問題診斷方案的研究方向，探究預(yù)測(cè)了以后數(shù)控機(jī)床問題故障查尋方案的關(guān)鍵渠道。

關(guān)鍵詞：高端數(shù)控機(jī)床；問題診斷；發(fā)展現(xiàn)狀；控制

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）06-0016-01

1 高端數(shù)控機(jī)床控制

1.1 數(shù)控機(jī)床的基本介紹

數(shù)字控制技術(shù)是借助設(shè)定的信號(hào)對(duì)機(jī)床的操作和其運(yùn)行動(dòng)作完成控制的一種數(shù)字化方法。通常來說數(shù)控機(jī)床核心由程序主體、智能裝置、伺服設(shè)備、機(jī)床底座四部分構(gòu)建而成，如圖1所示。

1.2 高端數(shù)控機(jī)床的技術(shù)發(fā)展方向和當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

（1）最新的數(shù)控機(jī)床借助開放式體系框架，依靠眾多的硬件和軟件資源，組建而成的數(shù)控機(jī)床具備優(yōu)異的普適性能、鑲嵌性能、兼容性能以及一定的延展性能，同時(shí)向深度自動(dòng)化和數(shù)字化方向進(jìn)行延展。（2）當(dāng)前的數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行性能極大提升，朝著智能化繼續(xù)優(yōu)化。由于人工智能在互聯(lián)網(wǎng)方向的持續(xù)發(fā)展，智能數(shù)控裝置采用了自適應(yīng)運(yùn)行、模糊體系以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作機(jī)理，不僅帶有智能編程、反饋操作、模糊運(yùn)行、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)智能生成等功能，同時(shí)人機(jī)交互相當(dāng)友好，并帶有問題診斷修復(fù)系統(tǒng)使智能化診斷和問題監(jiān)控性能更加科學(xué)合理。（3）伺服機(jī)構(gòu)自動(dòng)化的主軸溝通驅(qū)動(dòng)以及自動(dòng)化進(jìn)給伺服設(shè)別，可以智能辨認(rèn)負(fù)載同時(shí)完成修正數(shù)據(jù)，同時(shí)直線形式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備也已實(shí)用化。

總之，最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)層次得到了極大的提升， 推進(jìn)了數(shù)控機(jī)床控制向高準(zhǔn)確度、高效率、高柔性化趨勢(shì)前進(jìn)，使得智能化運(yùn)行技術(shù)水平持續(xù)改進(jìn)。

2 數(shù)控機(jī)床診斷技術(shù)的特點(diǎn)

一般來說，如今數(shù)控機(jī)床問題排查的一些關(guān)鍵特征是：無法迅速排查故障；問題出現(xiàn)的可能性大；問題及時(shí)定位的準(zhǔn)確性低；經(jīng)常出現(xiàn)漏診或者誤診；排查信息獲取繁瑣；運(yùn)行期間數(shù)據(jù)量大且雜亂，無法準(zhǔn)確監(jiān)控。

3 高端數(shù)控機(jī)床診斷方案的研究

縱觀如今國(guó)內(nèi)外的研究分析成果，高端數(shù)控問題診斷方案的分析可總結(jié)為幾個(gè)方面：

（1）自動(dòng)化診斷方案分析；（2）診斷設(shè)備框架探究；（3）設(shè)備集成科技探究；（4）故障原因和問題模型分析。

通常如圖2所示。

3.1 高端數(shù)控診斷渠道研究

高端數(shù)控診斷方案研究通常表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）運(yùn)行故障樹研究法，在針對(duì)CNC設(shè)備的問題研究基礎(chǔ)上，將數(shù)控系統(tǒng)劃歸為若干子系統(tǒng)，利用故障樹代表故障框架，借助故障樹研究完成故障推理。（2）諸多單一性能的檢測(cè)控制以及診斷方案研究，例如時(shí)序以及時(shí)域特性研究等功能數(shù)據(jù)信息和閾值的對(duì)比等。（3）借助決策方案和模糊理論進(jìn)行操作，如將模糊理論和專家系統(tǒng)進(jìn)行融合等渠道。（4）利用模式辨析和ANN等訓(xùn)練型框架及與其它方案的結(jié)合。

3.2 診斷技術(shù)框架研究

常見的診斷技術(shù)框架一般有集中式以及分布式，另外也存在在線現(xiàn)場(chǎng)排查和離線逐項(xiàng)診斷相符合的模塊式框架。如今，系統(tǒng)遠(yuǎn)程問題診斷的分析領(lǐng)域通常涵蓋以下若干角度。

（1）借助Web的互聯(lián)網(wǎng)問題診斷分析數(shù)據(jù)信息庫的探究。（2）自動(dòng)化分析診斷方案探究，核心是研究基于互聯(lián)網(wǎng)的智能分析應(yīng)用程序設(shè)備、以具體案例為基礎(chǔ)的專家設(shè)備等。（3）以圖形化編程數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程軟件探究為切入點(diǎn)的分析。

3.3 高端機(jī)床故障集成技術(shù)分析

如今數(shù)控機(jī)床問題排查設(shè)備的集成方案一般體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：

（1）運(yùn)行過程的相關(guān)集成，即問題診斷過程諸多環(huán)節(jié)的復(fù)合集成。（2）運(yùn)行問題診斷渠道集成，復(fù)合應(yīng)用設(shè)備對(duì)大量自動(dòng)化診斷渠道的集成和大量問題診斷模型、問題診斷推理機(jī)理或措施的集成。（3）機(jī)床數(shù)據(jù)信息的集成，即大量診斷數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、故障分析知識(shí)和具體的表達(dá)方法的科學(xué)綜合運(yùn)用。

3.4 高端數(shù)控機(jī)床故障機(jī)理分析

研究高端數(shù)控機(jī)床運(yùn)行故障具體原因和機(jī)理，借助最高效的方案得到體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床裝置的狀態(tài)、作業(yè)過程狀態(tài)的具體參數(shù)以及診斷知識(shí)，利用這些構(gòu)建合理的問題故障模型，注重分析數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行部件和系統(tǒng)。具體的診斷途徑以傳感裝置技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和研究技術(shù)以及多傳感設(shè)備數(shù)據(jù)融合技術(shù)為基礎(chǔ)，借助一定的檢測(cè)控制和診斷模型完成狀態(tài)分析和問題故障預(yù)報(bào)。

4 結(jié)語

智能數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性、問題診斷的精確性和故障排除的高效性始終為人們所強(qiáng)調(diào)。如今所借助的諸如直觀分析法、特征數(shù)據(jù)對(duì)比診斷、故障樹研究法、模糊診斷分析等都是相當(dāng)關(guān)鍵的方案。文章分析了數(shù)控機(jī)床控制和診斷技術(shù)研究的現(xiàn)狀，概括了高端數(shù)控機(jī)床問題診斷的特點(diǎn)，并具體分析和闡述了數(shù)控機(jī)床問題診斷方案的研究進(jìn)展，為該行業(yè)的后續(xù)發(fā)展提供了一定程度的借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：The number of the problems of NC machine tool operation is huge， and it often consumes a lot of material and human resources during the diagnosis and investigation of the problem， so the diagnosis method of CNC machine tool is always the core of research workers. The design stability of intelligent CNC machine tools， the accuracy of problem diagnosis and the efficiency of troubleshooting have always been emphasized. The present situation and future trend of high end CNC machine tool control are discussed in this paper. The research direction of the high end CNC machine tool diagnosis scheme is analyzed， and the key channel of the future NC machine tool problem finding scheme is explored.

Key words：high-end CNC machine tool；problem diagnosis；development status；control