摘要：當(dāng)今計(jì)算機(jī)信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)理論已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的、充分的運(yùn)用，在它的輔佐下，科研成果的涌現(xiàn)也是有目共睹的。制造業(yè)也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)域，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)制造業(yè)朝運(yùn)行高速、控制智能化、加工精度化等方向發(fā)展，已迫在眉睫。從而數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中迅速的加以研制并得以應(yīng)用。最耀眼的制造明星就是數(shù)控機(jī)床，它憑借精度高、經(jīng)濟(jì)性能好的功能，在制造業(yè)領(lǐng)域里的御用成為閃耀的明星。數(shù)控機(jī)床的構(gòu)造、功能比較復(fù)雜，在帶來(lái)高速發(fā)展的同時(shí)，也會(huì)有故障的困擾。本文就數(shù)控機(jī)床如何調(diào)控，故障出現(xiàn)時(shí)，如何排查，進(jìn)行診斷、監(jiān)測(cè)，做一簡(jiǎn)要的概述。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 精度 分析

伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的滲透，行業(yè)運(yùn)行高速化、控制智能化、加工精度化等強(qiáng)大功能被各領(lǐng)域的精英所接受。制造業(yè)的數(shù)控設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生，運(yùn)用最廣泛、最普及的就是數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床帶來(lái)的高效率、高品質(zhì)得到了制造業(yè)的肯定，但隨之而來(lái)的是由于結(jié)構(gòu)、程序復(fù)雜，出現(xiàn)故障難以監(jiān)測(cè)，進(jìn)行分析的問題，成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障的主要癥狀

稱為“工業(yè)母機(jī)”的機(jī)床，是我國(guó)制造業(yè)水平的標(biāo)桿。高精度，高柔性的數(shù)控機(jī)床被制造業(yè)廣泛的應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中，操作不當(dāng)或超負(fù)荷使用而帶來(lái)的故障也使得操作者們束手無(wú)策，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)效率，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失。其故障歸納為下列幾項(xiàng)：

1.1 驅(qū)動(dòng)部件的失效。伺服電動(dòng)機(jī)是數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部件。最易發(fā)生故障的是異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)。在不同的部位，比如定子、轉(zhuǎn)子、軸承等部位，異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的故障癥狀有所不同。匝間短路、絕緣體被破壞，就會(huì)出現(xiàn)斷條、偏心等故障；定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙不均衡、轉(zhuǎn)子偏心使設(shè)備振動(dòng)超速、導(dǎo)條與端環(huán)承受力分布渙散、軸承磨損、脫落等跡象都是電動(dòng)機(jī)故障的原因之一。

1.2 支承部件的損壞。數(shù)控機(jī)床的支承部件是軸承。其中最重要的支承部件是滾動(dòng)軸承。它是以規(guī)定的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保護(hù)架組成。滾動(dòng)軸承分為彈簧與非彈簧的性質(zhì)，承載剛度的變化，決定著滾動(dòng)軸承的性質(zhì)。也就是說，滾動(dòng)軸承在承載時(shí)，各部件之間的振動(dòng)及沖擊力所形成的頻率變化，按固有的頻率變化，滾動(dòng)軸承體現(xiàn)為彈簧性質(zhì)，否則就是非線性彈簧性質(zhì)。非線性彈簧性質(zhì)，導(dǎo)致軸承的磨損，甚至機(jī)器設(shè)備的損壞。

1.3 傳動(dòng)設(shè)備的故障。傳動(dòng)設(shè)備包括機(jī)床導(dǎo)軌、工作臺(tái)、溜板、滑座等部件。其中最關(guān)鍵的部件就是機(jī)床導(dǎo)軌，它與數(shù)控機(jī)床的加工精密度和機(jī)床的使用壽命息息相關(guān)，兩者具有一榮俱榮，一損俱損的緊密關(guān)系。最常見故障表現(xiàn)為導(dǎo)軌表面局部變形，使摩擦阻力發(fā)生變化，造成受力面積不均衡、運(yùn)行部件潤(rùn)滑不到位、機(jī)床零部件的誤安裝而顛簸等故障。

2 數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的高效、精準(zhǔn)、高柔的強(qiáng)勢(shì)，不可避免的也受到機(jī)器故障的困擾。針對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障，設(shè)計(jì)對(duì)其主要部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立一套完整的、靈活性、快速定位故障的系統(tǒng)。其中數(shù)控遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷與控制故障最受關(guān)注。

2.1 數(shù)控機(jī)床的自我診斷功能。目前，數(shù)控機(jī)床在研發(fā)過程中，利用檢測(cè)設(shè)備（精密水平儀、直角尺、精密方箱、測(cè)微儀、高精度主軸檢驗(yàn)芯棒等）對(duì)故障源的直接測(cè)量，同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用望、聞、聽、問、摸等人工智能的方法來(lái)診斷電氣系統(tǒng)的故障。這種檢測(cè)故障的方式，稱為“硬診斷”。

2.2 信號(hào)分析方法在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用。由于多臺(tái)機(jī)床的同時(shí)運(yùn)作，并發(fā)故障的診斷，“硬診斷”是不能勝任并解決的，只有通過基于信號(hào)處理和邏輯推理來(lái)診斷，比如：機(jī)床的振動(dòng)、溫度的變化、切削力的強(qiáng)弱等癥狀，采用信號(hào)處理，加以數(shù)據(jù)分析，來(lái)確診故障源的方法。

①傳統(tǒng)的信號(hào)分析法包括了時(shí)域分析法和頻域分析法。時(shí)域分析方法首先要確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)研究信號(hào)的波形與時(shí)間變化的相互規(guī)律，對(duì)典型數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣提取，利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算和分析，主要數(shù)學(xué)原理是傳遞函數(shù)等方法計(jì)算時(shí)域信號(hào)的平均值、峰值、標(biāo)準(zhǔn)偏差等。頻域分析方法是一種分析非正弦周轉(zhuǎn)性電路的基本方法，是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析法，是對(duì)信號(hào)分析處理的深化。

②時(shí)頻分析方法。較傳統(tǒng)信號(hào)分析方法，時(shí)頻分析方法克服了前兩種方法的不足。主要表現(xiàn)在可以多角度的觀察信號(hào)的變化，從特定局部頻率處的信號(hào)分析出特定局部時(shí)刻的信號(hào)。時(shí)頻分析方法的基本思想主要以較短時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)作為分析體，將這段時(shí)間視為理想的平衡狀態(tài)，將整個(gè)頻率域分為不同段的頻率域，用平穩(wěn)的信號(hào)建立數(shù)學(xué)模型，然后再進(jìn)行分析的方法。

3 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著數(shù)控機(jī)床的大量運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床綜合了機(jī)械、液壓、電氣于一體，不論哪個(gè)環(huán)節(jié)出了故障，在短時(shí)間快速的定位，找到問題的癥結(jié)，是相當(dāng)不容易的。利用維修工程師望、聞、聽、問、摸等方法，采用排除法去排除故障，不僅效率低下，而且可能有誤診斷的情況。利用遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)來(lái)快速定位機(jī)床故障不失為一個(gè)好的思路。

3.1 建立硬件系統(tǒng)平臺(tái)。建立一個(gè)系統(tǒng)，首先要有個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)。為了使平臺(tái)工作站達(dá)到為用戶搭建電路平臺(tái)，平臺(tái)工作站起著提供連接相關(guān)硬件的儀器的作用。當(dāng)收集的數(shù)據(jù)、圖像待輸送到計(jì)算機(jī)資料庫(kù)，以便以后搜索、閱讀、取證，在信息傳達(dá)過程中，數(shù)據(jù)采集卡就充當(dāng)了系統(tǒng)的硬件的重要角色。為了保證數(shù)據(jù)采集的精確性，減少數(shù)據(jù)的偏差，要選擇高精度、高分辨率、多功能的數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)也配備高質(zhì)量的數(shù)據(jù)電線電纜用來(lái)傳輸信息。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)?；谀壳吧鐣?huì)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)形成，集合了設(shè)備診斷技術(shù)與通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技信息技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷故障系統(tǒng)，成為了時(shí)尚的應(yīng)用系統(tǒng)。它通過互聯(lián)網(wǎng)將機(jī)器設(shè)備與技術(shù)服務(wù)連接起來(lái)，維修工程師可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算分析出運(yùn)行狀態(tài)，診斷故障，及時(shí)制定出故障的解決方案，快速通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)床的故障進(jìn)行排除，提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛運(yùn)用，建立數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)的制造業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)起著推動(dòng)作用，對(duì)設(shè)備故障實(shí)時(shí)診斷、連續(xù)監(jiān)控，使企業(yè)生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量提升，增強(qiáng)我國(guó)數(shù)控機(jī)床在世界的競(jìng)爭(zhēng)力有著不可估量的意義。

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作者簡(jiǎn)介：舒曉春（1983-），男，安徽旌德人，碩士。