劉瑞已

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

目前，數(shù)控機(jī)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(jī)床已具有規(guī)劃加工運(yùn)動(dòng)的能力。通過(guò)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(jī)床作為一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，結(jié)合了多種先進(jìn)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(wèn)題，但在加工過(guò)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(wèn)題，引入智能故障診斷技術(shù)，及時(shí)、有效地預(yù)測(cè)機(jī)床的故障趨勢(shì)是非常重要的。

1 智能化數(shù)控機(jī)床故障診斷分析

1.1 常見(jiàn)故障

1.1.1 電力故障

數(shù)控機(jī)床平穩(wěn)運(yùn)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(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)故障，將立即導(dǎo)致整機(jī)數(shù)控機(jī)床終止運(yùn)行，這在電氣控制系統(tǒng)中屬常見(jiàn)問(wèn)題。盡管中國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工水準(zhǔn)持續(xù)提升，但為保證數(shù)控機(jī)床的整體特性，系統(tǒng)的選用仍然以國(guó)外為主導(dǎo)?？墒牵?yàn)槭澜绺鲊?guó)常用的電流強(qiáng)度不一樣，國(guó)外所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也無(wú)法徹底融入我國(guó)的工作電壓，因此中國(guó)若選用這類數(shù)控機(jī)床，需處理其供電系統(tǒng)問(wèn)題。此外，數(shù)控機(jī)床在具體運(yùn)行環(huán)節(jié)中，也會(huì)產(chǎn)生一些意料不到的狀況，造成開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)非常容易發(fā)生卡死和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢信息遺失等問(wèn)題，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)使整個(gè)數(shù)控機(jī)床處于崩潰狀況。為防止以上問(wèn)題的產(chǎn)生，需對(duì)數(shù)控機(jī)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(jī)床的開(kāi)關(guān)電源還需要做接地保護(hù)處理。此外，為提升數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在數(shù)控機(jī)床上可選用三相五線制的方法，此時(shí)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(jī)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(zhǎng)時(shí)間燒灼，使接觸表面發(fā)生較嚴(yán)重氧化問(wèn)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(wèn)題?？蛇x用專業(yè)設(shè)備，如數(shù)字萬(wàn)用表、電阻、壓力器等，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行常見(jiàn)故障檢驗(yàn)，以分辨是否是短路故障。具體步驟是：運(yùn)用電阻器檢驗(yàn)電控系統(tǒng)，分辨電源電路是否斷掉，與此同時(shí)參考電路設(shè)計(jì)圖，選用按段測(cè)量法，依據(jù)測(cè)出的電阻值尺寸，精確地確定短路位置。若用變壓器檢驗(yàn)電控系統(tǒng)時(shí)，需接入電路，參考電路設(shè)計(jì)圖分段測(cè)量工作電壓，依據(jù)測(cè)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(lái)判斷機(jī)床的電阻值是否有異常，從而判斷機(jī)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(diǎn)，假如故障仍在繼續(xù)，則需要進(jìn)一步檢驗(yàn)，直到最后明確故障所在。

1.1.3 電源開(kāi)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(jī)床電氣控制系統(tǒng)中的電源開(kāi)關(guān)和控制板接觸不良，進(jìn)而形成控制失效，嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的常規(guī)工作。為處理這一問(wèn)題，在切換開(kāi)關(guān)時(shí)要挑選能承擔(dān)大負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)，與此同時(shí)盡可能不要用繼電器。因?yàn)閺默F(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)看來(lái)，電源電路出現(xiàn)問(wèn)題的概率與繼電器應(yīng)用的數(shù)量相關(guān)，尤其是檢修過(guò)的部位和維護(hù)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?yàn)槿鄙賹I(yè)技術(shù)人員的支持，機(jī)器設(shè)備存有的安全隱患不能及時(shí)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(duì)數(shù)控機(jī)床的日常運(yùn)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(dòng)時(shí)的自我診斷功能。當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)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(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)還會(huì)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件安全以及軟件和硬件的運(yùn)作是否匹配。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，該故障報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)，停止運(yùn)行機(jī)械設(shè)備，并對(duì)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(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。接下來(lái)，就要啟動(dòng)系統(tǒng)主板ROM中的系統(tǒng)綜合引導(dǎo)文件，與此同時(shí)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(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將顯示運(yùn)行系統(tǒng)的文件編號(hào)和當(dāng)前版本號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)將開(kāi)始調(diào)試初始化檢測(cè)系統(tǒng)的軟件以及硬件運(yùn)行結(jié)構(gòu)，查看兩個(gè)是否匹配，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障或硬件系統(tǒng)的軟件缺陷時(shí)，該數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)停止啟動(dòng)和切換到后臺(tái)的報(bào)警屏幕，系統(tǒng)也將顯示910～998號(hào)的報(bào)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(huì)將機(jī)床控制的PMC程序預(yù)先加載，即在存儲(chǔ)板的EPROM中，設(shè)備機(jī)床廠家的PMC程序再次裝入RAM中，當(dāng)顯示界面開(kāi)始顯示PMC程序的序列號(hào)以及運(yùn)行版本號(hào)時(shí)，運(yùn)行故障的數(shù)控系統(tǒng)將執(zhí)行伺服的初始化過(guò)程：第一步，數(shù)控系統(tǒng)將繼電器輸入信號(hào)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(huì)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)伺服準(zhǔn)備的信號(hào)。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到這個(gè)信號(hào)后，就會(huì)發(fā)出伺服準(zhǔn)備完成的信號(hào)，其坐標(biāo)軸的位置顯示屏幕也會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)某一個(gè)伺服軸因運(yùn)行故障而不能響應(yīng)時(shí)，子伺服系統(tǒng)將立即停止工作，并發(fā)出伺服運(yùn)行故障的報(bào)警信息。接下來(lái)通過(guò)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(yùn)行時(shí)，就可以對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和各伺服的設(shè)備、伺服的電機(jī)組以及連接到數(shù)控設(shè)備的各個(gè)外部機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障的自診斷。只要數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)有運(yùn)行故障，系統(tǒng)的診斷圖和伺服調(diào)節(jié)圖的診斷編號(hào)就會(huì)顯示“1”。因此，當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，就可通過(guò)系統(tǒng)的診斷編號(hào)來(lái)確定故障發(fā)生的具體位置。

另外，各個(gè)數(shù)控機(jī)床的廠家還根據(jù)不同機(jī)床的運(yùn)行特點(diǎn)為機(jī)床準(zhǔn)備了不同的報(bào)警文本。比如FANUC系統(tǒng)的機(jī)床報(bào)警號(hào)1000#～1999#就是機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)行故障的報(bào)警號(hào)碼，而2000#～2999#是機(jī)床因操作故障顯示的報(bào)警號(hào)碼，3000#～3999#則是機(jī)床制造商通過(guò)數(shù)據(jù)語(yǔ)言編制的系統(tǒng)報(bào)警文件，因此根據(jù)機(jī)床廠家的不同報(bào)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(jī)床中運(yùn)用智能化系統(tǒng)技術(shù)的重要性

一般狀況下，在對(duì)數(shù)控機(jī)床完成故障檢測(cè)時(shí)，都是會(huì)選用單機(jī)版技術(shù)設(shè)備，這樣合理地節(jié)約了確診時(shí)間，降低了人力資源和物力資金投入，對(duì)所獲取的很多代碼完成融合解決，根據(jù)智能技術(shù)的運(yùn)用，保證確診過(guò)程的實(shí)用性，并融合故障關(guān)鍵原因，對(duì)故障代碼完成自動(dòng)更新。應(yīng)用智能化所具備的開(kāi)放式，易用性功能作用，對(duì)現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床普遍系統(tǒng)故障完成診斷研究，并在底層端口號(hào)上顯示不一樣的故障代碼；運(yùn)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(duì)數(shù)控機(jī)床具體運(yùn)作情況完成研究。并且傳出檢修命令，要求現(xiàn)場(chǎng)職工，對(duì)數(shù)控機(jī)床故障信息完成查驗(yàn)。運(yùn)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(jī)床的故障檢測(cè)，時(shí)空限制，在一次運(yùn)作故障產(chǎn)生時(shí)，根據(jù)開(kāi)發(fā)詳細(xì)的故障解決方法，隨時(shí)隨地根據(jù)智能化服務(wù)平臺(tái)，向數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域?qū)＜医o予故障咨詢，研究常見(jiàn)故障的首要原因，及時(shí)故障檢測(cè)，進(jìn)一步提高機(jī)器設(shè)備運(yùn)作效率，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)約機(jī)器生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備維修費(fèi)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(jī)床上電通電后，系統(tǒng)內(nèi)嵌的確診軟件將全自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)CPU，RAM等構(gòu)件的運(yùn)作情況，與操作系統(tǒng)內(nèi)各種系統(tǒng)軟件一起查驗(yàn)，并且把最終的檢驗(yàn)結(jié)果直觀地顯示出來(lái)，一旦遇到機(jī)器設(shè)備運(yùn)作異常，便會(huì)造成報(bào)警系統(tǒng)，并提出警告提醒。一般規(guī)定職工對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作信息內(nèi)容完成具體的查驗(yàn)，一般狀況下，運(yùn)行后的機(jī)器設(shè)備自確診，一分鐘左右就會(huì)完成，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)作故障，啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)便會(huì)將錯(cuò)誤的具體原因，直接精準(zhǔn)定位到線路板和運(yùn)作控制模塊上。在故障檢測(cè)時(shí)，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(hù)保養(yǎng)指南及相關(guān)知識(shí)庫(kù)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(jī)器設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)作。

二是設(shè)施運(yùn)作自確診。數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作過(guò)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(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)作時(shí)，對(duì)每個(gè)地區(qū)的運(yùn)行情況完成嚴(yán)格的查驗(yàn)，在機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作過(guò)程中，要事前預(yù)防運(yùn)作故障，要有內(nèi)部診斷程序流程，要有功能測(cè)試系統(tǒng)軟件，PLC等機(jī)器設(shè)備的應(yīng)用。偏移器是內(nèi)檢機(jī)的核心數(shù)控機(jī)械，連接到外置設(shè)備上，自動(dòng)校驗(yàn)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(guò)程中反復(fù)確認(rèn)。

三是設(shè)備故障診斷。根據(jù)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中自檢發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題后，最先要停止使用設(shè)備，運(yùn)用隨機(jī)診斷紙進(jìn)行系統(tǒng)線下確診，把診斷紙帶機(jī)確診程序流程載入機(jī)器設(shè)備RAM系統(tǒng)軟件控制模塊，計(jì)算機(jī)程序全自動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)，找到機(jī)器設(shè)備主要故障點(diǎn)，故障檢測(cè)是傳統(tǒng)式數(shù)控機(jī)床中常見(jiàn)的故障檢測(cè)方式。

3.2 智能化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

智能化檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，要求技術(shù)人員應(yīng)用智能技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障問(wèn)題進(jìn)行研究，在短期內(nèi)進(jìn)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(jī)床設(shè)備運(yùn)作出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)功能程序流程診斷法對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中不同功能區(qū)域傳出的功能命令進(jìn)行研究，并根據(jù)技術(shù)人員的實(shí)際操作結(jié)果鍵入實(shí)驗(yàn)程序流程或硬盤存儲(chǔ)進(jìn)行故障檢測(cè)，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(jiàn)于隨機(jī)故障檢測(cè)過(guò)程及其當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)期空閑或長(zhǎng)期應(yīng)用時(shí)進(jìn)行的故障檢測(cè)。

二是利用參數(shù)進(jìn)行診斷。數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行全面的自動(dòng)檢查，所有出現(xiàn)的錯(cuò)誤都需要工作人員逐一解決，工作員在對(duì)RAM中的信息參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)修改時(shí)，由于外界的干擾和個(gè)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(cuò)誤，為此我們需要對(duì)工作人員進(jìn)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(huì)使數(shù)控機(jī)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(jī)床具有良好的無(wú)故障率和無(wú)故障診斷時(shí)間。

3.3 先進(jìn)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(jī)床能夠完成程序自修補(bǔ)，最先在數(shù)控機(jī)床機(jī)器設(shè)備運(yùn)作故障時(shí)，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(gè)過(guò)程不參加設(shè)備的常規(guī)運(yùn)作，僅僅機(jī)器設(shè)備運(yùn)行期內(nèi)，實(shí)行系統(tǒng)程序流程自身修補(bǔ)。在控制模塊內(nèi)部發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)軟件能獨(dú)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(shí)刻拆換故障控制模塊，維護(hù)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(jìn)度的情形下，對(duì)常見(jiàn)故障控制模塊完成拆換，期待完成系統(tǒng)自修診斷，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床中必須設(shè)定較多的備用控制模塊，促使機(jī)器設(shè)備容積持續(xù)增大，成本費(fèi)持續(xù)提升。二是通訊檢測(cè)系統(tǒng)。創(chuàng)建通訊檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，必須與監(jiān)測(cè)中心保持聯(lián)絡(luò)，維護(hù)站將根據(jù)電話路線完成通訊，運(yùn)用智能控制系統(tǒng)將特定的診斷程序發(fā)給設(shè)備運(yùn)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(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，普遍用以故障檢測(cè)，以及按時(shí)對(duì)機(jī)器設(shè)備完成保護(hù)性診斷。在整個(gè)故障檢測(cè)過(guò)程中，不用外派設(shè)備維修工到運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，只需在要求的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)控機(jī)床運(yùn)作檢測(cè)，自動(dòng)將所獲取的診斷數(shù)據(jù)信息定時(shí)傳送給核心維修站，供統(tǒng)一分析。

4 結(jié) 語(yǔ)

整體上看，數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，促進(jìn)了生產(chǎn)制造水平的持續(xù)提升，給公司帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)收益。但數(shù)控機(jī)床構(gòu)造繁瑣，在長(zhǎng)期運(yùn)作過(guò)程中，難以避免會(huì)發(fā)生各種不同級(jí)別的故障，這對(duì)維護(hù)人員提出了很高的要求。文中就數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障作了相應(yīng)的討論，在這個(gè)基礎(chǔ)上，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的故障檢測(cè)工作中，能夠在相應(yīng)水平上提升數(shù)控機(jī)床故障檢測(cè)工作效率。