数控机床故障诊断智能化研究

刘瑞已

(湖南工业职业技术学院，湖南长沙 410208)

目前，数控机床系统的发展已不仅仅局限于性能的优良，更趋向于智能化。随着智能技术的引入，数控机床已具有规划加工运动的能力。通过推理、决策能力、智能监控和智能故障诊断，将智能化的人因技术应用于数控系统，形成智能化的诊断系统。数控机床作为一个复杂的被控对象，结合了多种先进技术，难以建立精确的数学模型。传统的控制理论虽然可以解决一些控制问题，但在加工过程控制和故障诊断与维修智能化方面存在很大的困难。为了解决这一问题，引入智能故障诊断技术，及时、有效地预测机床的故障趋势是非常重要的。

1 智能化数控机床故障诊断分析

1.1 常见故障

1.1.1 电力故障

数控机床平稳运转的先决条件是供电系统正常，供电系统平稳，假如开关电源出现故障，将立即导致整机数控机床终止运行，这在电气控制系统中属常见问题。尽管中国数控机床生产加工水准持续提升，但为保证数控机床的整体特性，系统的选用仍然以国外为主导。可是，因为世界各国常用的电流强度不一样，国外所设计的系统也无法彻底融入我国的工作电压，因此中国若选用这类数控机床，需处理其供电系统问题。此外，数控机床在具体运行环节中，也会产生一些意料不到的状况，造成开关电源系统出现异常，数控机床电气控制系统非常容易发生卡死和数据库查询信息遗失等问题，严重的时候会使整个数控机床处于崩溃状况。为防止以上问题的产生，需对数控机床各自分别装有配电柜，确保供电系统的单一性和可靠性。若工作区域电压不稳定，需配备三相交流稳压器。此外，为了地尽量避免发生漏电、串电等现象的概率，数控机床的开关电源还需要做接地保护处理。此外，为提升数控机床电气控制系统的稳定性，在数控机床上可选用三相五线制的方法，此时需要把接地线和中心线分离[1]。

1.1.2 短路故障

在数控机床中，短路故障也是一种普遍的电气设备故障，而造成短路的主要原因便是电缆线的连接不可靠或电气元器件烧毁。造成断路故障的具体原因有：接触器触头因长时间烧灼，使接触表面发生较严重氧化问题，因而发生断路故障。另外，还存在一些电气元件之间的接触不良和导线卡紧螺丝不够牢固等问题。可选用专业设备，如数字万用表、电阻、压力器等，对数控机床进行常见故障检验，以分辨是否是短路故障。具体步骤是：运用电阻器检验电控系统，分辨电源电路是否断掉，与此同时参考电路设计图，选用按段测量法，依据测出的电阻值尺寸，精确地确定短路位置。若用变压器检验电控系统时，需接入电路，参考电路设计图分段测量工作电压，依据测出的数据，确定短路位置。另外，在短接故障段中，可以用短接方式来判断机床的电阻值是否有异常，从而判断机床是否出现断路，根据故障现象确定这一段路是否为故障点，假如故障仍在继续，则需要进一步检验，直到最后明确故障所在。

1.1.3 电源开关和控制板故障

若断路器发生灼烧现象，可能使数控机床电气控制系统中的电源开关和控制板接触不良，进而形成控制失效，严重影响数控机床的常规工作。为处理这一问题，在切换开关时要挑选能承担大负荷的电源开关，与此同时尽可能不要用继电器。因为从现在的经验看来，电源电路出现问题的概率与继电器应用的数量相关，尤其是检修过的部位和维护保养位置极易产生电气设备故障。产生这类电气设备故障大多数是因为缺少专业技术人员的支持，机器设备存有的安全隐患不能及时清除，并且在具体应用中操作不标准而导致的。这类故障一旦产生，将对数控机床的日常运作造成较大影响[2]。

1.2 智能故障诊断

首先，大多数的现代智能数控系统具有启动时的自我诊断功能。当机器启动时，自动将系统文件从FROM加载到数控系统引导文件下的子系统DRAM中，从而完成各种数据的初始化。而且在执行过程中，数控系统还会检测系统的硬件安全以及软件和硬件的运作是否匹配。当数控系统出现故障时，该故障报警系统就会启动，停止运行机械设备，并对服务器发出相应的告警指令以及相应的告警信息。

我们以FANUC-0iC系统为例。当数控系统的电源接通时，该系统就会进入启动状态。接下来，就要启动系统主板ROM中的系统综合引导文件，与此同时预先转移内存板中的ROM系统功能软件，再转移到数控系统的RAM中。这时，数控系统将显示运行系统的文件编号和当前版本号，数控系统将开始调试初始化检测系统的软件以及硬件运行结构，查看两个是否匹配，当数控系统发生运行故障或硬件系统的软件缺陷时，该数控系统就会停止启动和切换到后台的报警屏幕，系统也将显示910～998号的报警提示。当加载并初始化数控系统的引导文件后，系统还会将机床控制的PMC程序预先加载，即在存储板的EPROM中，设备机床厂家的PMC程序再次装入RAM中，当显示界面开始显示PMC程序的序列号以及运行版本号时，运行故障的数控系统将执行伺服的初始化过程：第一步，数控系统将继电器输入信号发送到各子系统的伺服放大器。当子系统的伺服系统准备好后，各轴的伺服放大器就会向数控系统发送一个伺服准备的信号。当数控系统接收到这个信号后，就会发出伺服准备完成的信号，其坐标轴的位置显示屏幕也会出现。当某一个伺服轴因运行故障而不能响应时，子伺服系统将立即停止工作，并发出伺服运行故障的报警信息。接下来通过数控系统自带的故障诊断程序，在数控系统正常运行时，就可以对数控系统和各伺服的设备、伺服的电机组以及连接到数控设备的各个外部机械设备进行故障的自诊断。只要数控系统和伺服系统有运行故障，系统的诊断图和伺服调节图的诊断编号就会显示“1”。因此，当数控机床发生运行故障时，就可通过系统的诊断编号来确定故障发生的具体位置。

另外，各个数控机床的厂家还根据不同机床的运行特点为机床准备了不同的报警文本。比如FANUC系统的机床报警号1000#～1999#就是机床系统运行故障的报警号码，而2000#～2999#是机床因操作故障显示的报警号码，3000#～3999#则是机床制造商通过数据语言编制的系统报警文件，因此根据机床厂家的不同报警文本显示，数控系统的故障诊断就可以达到高效的诊断率。

2 在数控机床中运用智能化系统技术的重要性

一般状况下，在对数控机床完成故障检测时，都是会选用单机版技术设备，这样合理地节约了确诊时间，降低了人力资源和物力资金投入，对所获取的很多代码完成融合解决，根据智能技术的运用，保证确诊过程的实用性，并融合故障关键原因，对故障代码完成自动更新。应用智能化所具备的开放式，易用性功能作用，对现阶段数控机床普遍系统故障完成诊断研究，并在底层端口号上显示不一样的故障代码；运用智能安防控制模块，完成互联网间的合理传送，使工作员能够根据远程控制系统对数控机床具体运作情况完成研究。并且传出检修命令，要求现场职工，对数控机床故障信息完成查验。运用智能化的方便性完成远程控制故障研究工作，提升传统式数控机床的故障检测，时空限制，在一次运作故障产生时，根据开发详细的故障解决方法，随时随地根据智能化服务平台，向数控机床领域专家给予故障咨询，研究常见故障的首要原因，及时故障检测，进一步提高机器设备运作效率，减少企业经济损失，节约机器生产企业设备维修费用。

3 数控系统的诊断技术与故障处理

3.1 智能自诊断技术

一是设备通电自确诊。在数控机床上电通电后，系统内嵌的确诊软件将全自动系统对CPU，RAM等构件的运作情况，与操作系统内各种系统软件一起查验，并且把最终的检验结果直观地显示出来，一旦遇到机器设备运作异常，便会造成报警系统，并提出警告提醒。一般规定职工对系统运作信息内容完成具体的查验，一般状况下，运行后的机器设备自确诊，一分钟左右就会完成，一旦发现数控机床运作故障，启动检测系统便会将错误的具体原因，直接精准定位到线路板和运作控制模块上。在故障检测时，工作员只需在相应区域内找到导致故障的具体原因，依据智能化维护保养指南及相关知识库系统记录，制订出合理性的故障解决方案，以保证系统机器设备平稳运作。

二是设施运作自确诊。数控机床设备运转操作过程中的自我诊断，统一地称之为线上自诊断，具体指的是对数控机床运作时，对每个地区的运行情况完成严格的查验，在机器设备运转操作过程中，要事前预防运作故障，要有内部诊断程序流程，要有功能测试系统软件，PLC等机器设备的应用。偏移器是内检机的核心数控机械，连接到外置设备上，自动校验可直观地显示数据诊断信息，并在数控系统工作过程中反复确认。

三是设备故障诊断。根据对设备运转过程中自检发现故障问题后，最先要停止使用设备，运用随机诊断纸进行系统线下确诊，把诊断纸带机确诊程序流程载入机器设备RAM系统软件控制模块，计算机程序全自动进行故障检测，找到机器设备主要故障点，故障检测是传统式数控机床中常见的故障检测方式。

3.2 智能化检测技术的应用

智能化检测技术的运用，要求技术人员应用智能技术对数控机床的故障问题进行研究，在短期内进行诊断工作，寻找关键故障。其主要的诊断方式有：

一是函数程序流程诊断。数控机床设备运作出现故障时，可以根据功能程序流程诊断法对数控系统中不同功能区域传出的功能命令进行研究，并根据技术人员的实际操作结果键入实验程序流程或硬盘存储进行故障检测，帮助员工快速寻找故障存有的功能区域，制订出合理的解决方法，功能程序流程确诊方式常见于随机故障检测过程及其当设备长期空闲或长期应用时进行的故障检测。

二是利用参数进行诊断。数控机床在进行启动时，会对各种参数进行全面的自动检查，所有出现的错误都需要工作人员逐一解决，工作员在对RAM中的信息参数进行检验修改时，由于外界的干扰和个人因素，非常容易导致参数遗失，误设等不同种类的错误，为此我们需要对工作人员进行技术培训，让他们知道怎样正确地完成参数的修改和设置，怎样不会使数控机床的参数免受干扰而破坏，只有这样才能保证我们的数控机床具有良好的无故障率和无故障诊断时间。

3.3 先进诊断技术

一是系统自身修复诊断。伴随着智能技术的持续发展，一些数控机床能够完成程序自修补，最先在数控机床机器设备运作故障时，选用自确诊技术，找到产生故障的主要范畴，在系统内部设定预留控制模块，整个过程不参加设备的常规运作，仅仅机器设备运行期内，实行系统程序流程自身修补。在控制模块内部发生故障问题时，系统软件能独立地将关键故障信息的造成，表明在电脑屏幕上，在预留控制模块中完成查询，时刻拆换故障控制模块，维护保养工作人员可依据提示信息，在不延误生产制造进度的情形下，对常见故障控制模块完成拆换，期待完成系统自修诊断，因为数控机床中必须设定较多的备用控制模块，促使机器设备容积持续增大，成本费持续提升。二是通讯检测系统。创建通讯检测系统时，必须与监测中心保持联络，维护站将根据电话路线完成通讯，运用智能控制系统将特定的诊断程序发给设备运作人员，通讯诊断是一种远程诊断，它是一种通讯诊断系统，它的创建要以计算机为基础，普遍用以故障检测，以及按时对机器设备完成保护性诊断。在整个故障检测过程中，不用外派设备维修工到运行现场，只需在要求的时间内完成数控机床运作检测，自动将所获取的诊断数据信息定时传送给核心维修站，供统一分析。

4 结 语

整体上看，数控机床在制造业领域的广泛运用，促进了生产制造水平的持续提升，给公司带来了较好的经济收益。但数控机床构造繁琐，在长期运作过程中，难以避免会发生各种不同级别的故障，这对维护人员提出了很高的要求。文中就数控机床的常见故障作了相应的讨论，在这个基础上，将人工智能技术应用到数控机床的故障检测工作中，能够在相应水平上提升数控机床故障检测工作效率。