數(shù)控機床故障診斷智能化研究

劉瑞已

(湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410208)

目前，數(shù)控機床系統(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)控機床已具有規(guī)劃加工運動的能力。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)控機床作為一個復(fù)雜的被控對象，結(jié)合了多種先進技術(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、有效地預(yù)測機床的故障趨勢是非常重要的。

1 智能化數(shù)控機床故障診斷分析

1.1 常見故障

1.1.1 電力故障

數(shù)控機床平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的先決條件是供電系統(tǒng)正常，供電系統(tǒng)平穩(wěn)，假如開關(guān)電源出現(xiàn)故障，將立即導(dǎo)致整機數(shù)控機床終止運行，這在電氣控制系統(tǒng)中屬常見問題。盡管中國數(shù)控機床生產(chǎn)加工水準(zhǔn)持續(xù)提升，但為保證數(shù)控機床的整體特性，系統(tǒng)的選用仍然以國外為主導(dǎo)?？墒牵驗槭澜绺鲊Ｓ玫碾娏鲝姸炔灰粯?，國外所設(shè)計的系統(tǒng)也無法徹底融入我國的工作電壓，因此中國若選用這類數(shù)控機床，需處理其供電系統(tǒng)問題。此外，數(shù)控機床在具體運行環(huán)節(jié)中，也會產(chǎn)生一些意料不到的狀況，造成開關(guān)電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常，數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)非常容易發(fā)生卡死和數(shù)據(jù)庫查詢信息遺失等問題，嚴(yán)重的時候會使整個數(shù)控機床處于崩潰狀況。為防止以上問題的產(chǎn)生，需對數(shù)控機床各自分別裝有配電柜，確保供電系統(tǒng)的單一性和可靠性。若工作區(qū)域電壓不穩(wěn)定，需配備三相交流穩(wěn)壓器。此外，為了地盡量避免發(fā)生漏電、串電等現(xiàn)象的概率，數(shù)控機床的開關(guān)電源還需要做接地保護處理。此外，為提升數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在數(shù)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(shù)控機床中，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?？蛇x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(tǒng)，分辨電源電路是否斷掉，與此同時參考電路設(shè)計圖，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。若用變壓器檢驗電控系統(tǒng)時，需接入電路，參考電路設(shè)計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床的電阻值是否有異常，從而判斷機床是否出現(xiàn)斷路，根據(jù)故障現(xiàn)象確定這一段路是否為故障點，假如故障仍在繼續(xù)，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(guān)和控制板故障

若斷路器發(fā)生灼燒現(xiàn)象，可能使數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中的電源開關(guān)和控制板接觸不良，進而形成控制失效，嚴(yán)重影響數(shù)控機床的常規(guī)工作。為處理這一問題，在切換開關(guān)時要挑選能承擔(dān)大負(fù)荷的電源開關(guān)，與此同時盡可能不要用繼電器。因為從現(xiàn)在的經(jīng)驗看來，電源電路出現(xiàn)問題的概率與繼電器應(yīng)用的數(shù)量相關(guān)，尤其是檢修過的部位和維護保養(yǎng)位置極易產(chǎn)生電氣設(shè)備故障。產(chǎn)生這類電氣設(shè)備故障大多數(shù)是因為缺少專業(yè)技術(shù)人員的支持，機器設(shè)備存有的安全隱患不能及時清除，并且在具體應(yīng)用中操作不標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致的。這類故障一旦產(chǎn)生，將對數(shù)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(shù)的現(xiàn)代智能數(shù)控系統(tǒng)具有啟動時的自我診斷功能。當(dāng)機器啟動時，自動將系統(tǒng)文件從FROM加載到數(shù)控系統(tǒng)引導(dǎo)文件下的子系統(tǒng)DRAM中，從而完成各種數(shù)據(jù)的初始化。而且在執(zhí)行過程中，數(shù)控系統(tǒng)還會檢測系統(tǒng)的硬件安全以及軟件和硬件的運作是否匹配。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該故障報警系統(tǒng)就會啟動，停止運行機械設(shè)備，并對服務(wù)器發(fā)出相應(yīng)的告警指令以及相應(yīng)的告警信息。

我們以FANUC-0iC系統(tǒng)為例。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)的電源接通時，該系統(tǒng)就會進入啟動狀態(tài)。接下來，就要啟動系統(tǒng)主板ROM中的系統(tǒng)綜合引導(dǎo)文件，與此同時預(yù)先轉(zhuǎn)移內(nèi)存板中的ROM系統(tǒng)功能軟件，再轉(zhuǎn)移到數(shù)控系統(tǒng)的RAM中。這時，數(shù)控系統(tǒng)將顯示運行系統(tǒng)的文件編號和當(dāng)前版本號，數(shù)控系統(tǒng)將開始調(diào)試初始化檢測系統(tǒng)的軟件以及硬件運行結(jié)構(gòu)，查看兩個是否匹配，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生運行故障或硬件系統(tǒng)的軟件缺陷時，該數(shù)控系統(tǒng)就會停止啟動和切換到后臺的報警屏幕，系統(tǒng)也將顯示910～998號的報警提示。當(dāng)加載并初始化數(shù)控系統(tǒng)的引導(dǎo)文件后，系統(tǒng)還會將機床控制的PMC程序預(yù)先加載，即在存儲板的EPROM中，設(shè)備機床廠家的PMC程序再次裝入RAM中，當(dāng)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(shù)控系統(tǒng)將執(zhí)行伺服的初始化過程：第一步，數(shù)控系統(tǒng)將繼電器輸入信號發(fā)送到各子系統(tǒng)的伺服放大器。當(dāng)子系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)準(zhǔn)備好后，各軸的伺服放大器就會向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個伺服準(zhǔn)備的信號。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到這個信號后，就會發(fā)出伺服準(zhǔn)備完成的信號，其坐標(biāo)軸的位置顯示屏幕也會出現(xiàn)。當(dāng)某一個伺服軸因運行故障而不能響應(yīng)時，子伺服系統(tǒng)將立即停止工作，并發(fā)出伺服運行故障的報警信息。接下來通過數(shù)控系統(tǒng)自帶的故障診斷程序，在數(shù)控系統(tǒng)正常運行時，就可以對數(shù)控系統(tǒng)和各伺服的設(shè)備、伺服的電機組以及連接到數(shù)控設(shè)備的各個外部機械設(shè)備進行故障的自診斷。只要數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)有運行故障，系統(tǒng)的診斷圖和伺服調(diào)節(jié)圖的診斷編號就會顯示“1”。因此，當(dāng)數(shù)控機床發(fā)生運行故障時，就可通過系統(tǒng)的診斷編號來確定故障發(fā)生的具體位置。

另外，各個數(shù)控機床的廠家還根據(jù)不同機床的運行特點為機床準(zhǔn)備了不同的報警文本。比如FANUC系統(tǒng)的機床報警號1000#～1999#就是機床系統(tǒng)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(shù)據(jù)語言編制的系統(tǒng)報警文件，因此根據(jù)機床廠家的不同報警文本顯示，數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷就可以達(dá)到高效的診斷率。

2 在數(shù)控機床中運用智能化系統(tǒng)技術(shù)的重要性

一般狀況下，在對數(shù)控機床完成故障檢測時，都是會選用單機版技術(shù)設(shè)備，這樣合理地節(jié)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(jù)智能技術(shù)的運用，保證確診過程的實用性，并融合故障關(guān)鍵原因，對故障代碼完成自動更新。應(yīng)用智能化所具備的開放式，易用性功能作用，對現(xiàn)階段數(shù)控機床普遍系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)間的合理傳送，使工作員能夠根據(jù)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對數(shù)控機床具體運作情況完成研究。并且傳出檢修命令，要求現(xiàn)場職工，對數(shù)控機床故障信息完成查驗。運用智能化的方便性完成遠(yuǎn)程控制故障研究工作，提升傳統(tǒng)式數(shù)控機床的故障檢測，時空限制，在一次運作故障產(chǎn)生時，根據(jù)開發(fā)詳細(xì)的故障解決方法，隨時隨地根據(jù)智能化服務(wù)平臺，向數(shù)控機床領(lǐng)域?qū)＜医o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(shè)備運作效率，減少企業(yè)經(jīng)濟損失，節(jié)約機器生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備維修費用。

3 數(shù)控系統(tǒng)的診斷技術(shù)與故障處理

3.1 智能自診斷技術(shù)

一是設(shè)備通電自確診。在數(shù)控機床上電通電后，系統(tǒng)內(nèi)嵌的確診軟件將全自動系統(tǒng)對CPU，RAM等構(gòu)件的運作情況，與操作系統(tǒng)內(nèi)各種系統(tǒng)軟件一起查驗，并且把最終的檢驗結(jié)果直觀地顯示出來，一旦遇到機器設(shè)備運作異常，便會造成報警系統(tǒng)，并提出警告提醒。一般規(guī)定職工對系統(tǒng)運作信息內(nèi)容完成具體的查驗，一般狀況下，運行后的機器設(shè)備自確診，一分鐘左右就會完成，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床運作故障，啟動檢測系統(tǒng)便會將錯誤的具體原因，直接精準(zhǔn)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(yīng)區(qū)域內(nèi)找到導(dǎo)致故障的具體原因，依據(jù)智能化維護保養(yǎng)指南及相關(guān)知識庫系統(tǒng)記錄，制訂出合理性的故障解決方案，以保證系統(tǒng)機器設(shè)備平穩(wěn)運作。

二是設(shè)施運作自確診。數(shù)控機床設(shè)備運轉(zhuǎn)操作過程中的自我診斷，統(tǒng)一地稱之為線上自診斷，具體指的是對數(shù)控機床運作時，對每個地區(qū)的運行情況完成嚴(yán)格的查驗，在機器設(shè)備運轉(zhuǎn)操作過程中，要事前預(yù)防運作故障，要有內(nèi)部診斷程序流程，要有功能測試系統(tǒng)軟件，PLC等機器設(shè)備的應(yīng)用。偏移器是內(nèi)檢機的核心數(shù)控機械，連接到外置設(shè)備上，自動校驗可直觀地顯示數(shù)據(jù)診斷信息，并在數(shù)控系統(tǒng)工作過程中反復(fù)確認(rèn)。

三是設(shè)備故障診斷。根據(jù)對設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中自檢發(fā)現(xiàn)故障問題后，最先要停止使用設(shè)備，運用隨機診斷紙進行系統(tǒng)線下確診，把診斷紙帶機確診程序流程載入機器設(shè)備RAM系統(tǒng)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(shè)備主要故障點，故障檢測是傳統(tǒng)式數(shù)控機床中常見的故障檢測方式。

3.2 智能化檢測技術(shù)的應(yīng)用

智能化檢測技術(shù)的運用，要求技術(shù)人員應(yīng)用智能技術(shù)對數(shù)控機床的故障問題進行研究，在短期內(nèi)進行診斷工作，尋找關(guān)鍵故障。其主要的診斷方式有：

一是函數(shù)程序流程診斷。數(shù)控機床設(shè)備運作出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)功能程序流程診斷法對數(shù)控系統(tǒng)中不同功能區(qū)域傳出的功能命令進行研究，并根據(jù)技術(shù)人員的實際操作結(jié)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(qū)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(dāng)設(shè)備長期空閑或長期應(yīng)用時進行的故障檢測。

二是利用參數(shù)進行診斷。數(shù)控機床在進行啟動時，會對各種參數(shù)進行全面的自動檢查，所有出現(xiàn)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(shù)進行檢驗修改時，由于外界的干擾和個人因素，非常容易導(dǎo)致參數(shù)遺失，誤設(shè)等不同種類的錯誤，為此我們需要對工作人員進行技術(shù)培訓(xùn)，讓他們知道怎樣正確地完成參數(shù)的修改和設(shè)置，怎樣不會使數(shù)控機床的參數(shù)免受干擾而破壞，只有這樣才能保證我們的數(shù)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(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)控機床能夠完成程序自修補，最先在數(shù)控機床機器設(shè)備運作故障時，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，整個過程不參加設(shè)備的常規(guī)運作，僅僅機器設(shè)備運行期內(nèi)，實行系統(tǒng)程序流程自身修補。在控制模塊內(nèi)部發(fā)生故障問題時，系統(tǒng)軟件能獨立地將關(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，時刻拆換故障控制模塊，維護保養(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，因為數(shù)控機床中必須設(shè)定較多的備用控制模塊，促使機器設(shè)備容積持續(xù)增大，成本費持續(xù)提升。二是通訊檢測系統(tǒng)。創(chuàng)建通訊檢測系統(tǒng)時，必須與監(jiān)測中心保持聯(lián)絡(luò)，維護站將根據(jù)電話路線完成通訊，運用智能控制系統(tǒng)將特定的診斷程序發(fā)給設(shè)備運作人員，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)建要以計算機為基礎(chǔ)，普遍用以故障檢測，以及按時對機器設(shè)備完成保護性診斷。在整個故障檢測過程中，不用外派設(shè)備維修工到運行現(xiàn)場，只需在要求的時間內(nèi)完成數(shù)控機床運作檢測，自動將所獲取的診斷數(shù)據(jù)信息定時傳送給核心維修站，供統(tǒng)一分析。

4 結(jié) 語

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