數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用清華版9數(shù)控機床的故障診斷

第9章數(shù)控機床的故障診斷數(shù)控機床作為一種典型的機電一體化產(chǎn)品，是一個由多種技術(shù)綜合在一起協(xié)同工作的復(fù)雜系統(tǒng)。在使用過程中不可避免地會發(fā)生這樣或那樣的故障，故障的定位和排除對機床的效率有著重大的影響。本章主要對數(shù)控機床故障的規(guī)律及故障診斷的方法進(jìn)行一般性的總結(jié)介紹。第1頁，共16頁。19.1概述9.1.1系統(tǒng)可靠性和故障的概念系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，而故障則意味著系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)喪失了規(guī)定的功能。數(shù)控機床是個復(fù)雜的系統(tǒng)，由于種種原因，不可避免地會發(fā)生不同程度、不同類型的故障，導(dǎo)致數(shù)控機床不能正常工作。一般這些原因大致包括機械銹蝕、磨損和失效；元器件老化、損壞和失效；電氣元件、插接件接觸不良；環(huán)境變化等；隨機干擾和噪聲；軟件程序丟失或被破壞等等。第2頁，共16頁。29.1.2數(shù)控機床的故障規(guī)律與一般設(shè)備相同，數(shù)控機床的故障率隨時間變化的規(guī)律可用圖9.1所示的故障曲線表示。1.初期運行期初期運行期的特點是故障發(fā)生的頻率高，系統(tǒng)的故障率呈負(fù)指數(shù)函數(shù)曲線。使用初期之所以故障頻繁，原因大致如下。(1) 機械部分(2) 電氣部分(3) 液壓部分2.有效壽命期數(shù)控系統(tǒng)要經(jīng)過九至十四個月的運行才能進(jìn)入有效壽命期。3.衰老期衰老期出現(xiàn)在數(shù)控機床使用的后期，其特點是故障率隨著運行時間的增加而升高。第3頁，共16頁。39.1.3數(shù)控機床故障診斷的一般步驟故障診斷是指在系統(tǒng)運行或基本不拆卸的情況下，即可掌握系統(tǒng)當(dāng)前運行狀態(tài)的信息，查明產(chǎn)生故障的部位和原因，或預(yù)知系統(tǒng)的異常和劣化的動向并采取必要對策的一門技術(shù)。故障診斷一般按下列步驟進(jìn)行：(1)詳細(xì)了解故障情況。(2)根據(jù)故障情況進(jìn)行分析，縮小范圍，確定故障源查找的方向和手段。(3)由表及里進(jìn)行故障源查找。第4頁，共16頁。49.2數(shù)控機床常用的故障診斷方法數(shù)控機床是涉及多個應(yīng)用學(xué)科的十分復(fù)雜的系統(tǒng)，加之?dāng)?shù)控系統(tǒng)和機床本身的種類繁多，功能各異，不可能找出一種適合各種數(shù)控機床、各類故障的通用診斷方法。這里僅對一些常用的一般性方法作以介紹，在實際的故障診斷中，對這些方法要綜合運用。第5頁，共16頁。59.2.1根據(jù)報警號進(jìn)行故障診斷報警號(錯誤代碼)一般包括下列幾方面的故障(或錯誤)信息：程序編制錯誤或操作錯誤；存儲器工作不正常；伺服系統(tǒng)故障；可編程序控制器故障；連接故障；溫度、壓力、液位等不正常；行程開關(guān)(或接近開關(guān))狀態(tài)不正確。利用報警號進(jìn)行故障診斷是數(shù)控機床故障診斷的主要方法之一。第6頁，共16頁。69.2.2根據(jù)控制系統(tǒng)LED燈或數(shù)碼管的指示進(jìn)行故障診斷控制系統(tǒng)的LED(發(fā)光二極管)或數(shù)碼管指示是另一種自診斷指示方法。如果和故障報警號同時報警，綜合二者的報警內(nèi)容，可更加明確地指示出故障的位置。在CRT上的報警號未出現(xiàn)或CRT不亮?xí)r，LED或數(shù)碼管指示就是惟一的報警內(nèi)容了。例如，F(xiàn)ANUCl0、11系統(tǒng)的主電路板上有一個七段LED數(shù)碼管，在電源接通后，系統(tǒng)首先進(jìn)行自檢，這時數(shù)碼管的顯示不斷改變，最后顯示“1”而停止，說明系統(tǒng)正常。如果停止于其他數(shù)字或符號上，則說明系統(tǒng)有故障，且每一個符號表示相應(yīng)的故障內(nèi)容，維修人員就可根據(jù)顯示的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的檢查和處理。第7頁，共16頁。79.2.3根據(jù)PC狀態(tài)或梯形圖進(jìn)行故障診斷現(xiàn)在的數(shù)據(jù)控機床上幾乎毫無例外地使用了可編程序控制器(PC)，只不過有的與NC系統(tǒng)合并起來，統(tǒng)稱為NC部分?？刂茖ο笠话闶菗Q刀系統(tǒng)，工作臺板轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)及其他自動輔助裝置等。這些系統(tǒng)及裝置具有大量的開關(guān)量測量反饋元件，發(fā)生故障的概率較大。特別是在偶發(fā)故障期，NC部分及各電路板的故障較少，上述各部分發(fā)生的故障可能會成為主要的診斷維修目標(biāo)。PC輸入輸出狀態(tài)的確定方法是每一個維修人員所必須掌握的。因為當(dāng)進(jìn)行故障診斷時經(jīng)常需要確定一個傳感元件是什么狀態(tài)以及PC的某個輸出應(yīng)為什么狀態(tài)。用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行測量非常麻煩，甚至難以做到。一般數(shù)控機床都能夠從CRT上或LED指示燈上非常方便地確定其輸入輸出狀態(tài)。第8頁，共16頁。89.2.4根據(jù)機床參數(shù)進(jìn)行故障診斷機床參數(shù)也稱機床常數(shù)，是數(shù)控系統(tǒng)與具體機床相匹配時所確定的一組數(shù)據(jù)，它實際上是NC程序中未定的數(shù)據(jù)或可選擇的方式。機床參數(shù)通常存于RAM中，由廠家根據(jù)所配機床的具體情況進(jìn)行設(shè)定，部分參數(shù)還要通過調(diào)試來確定。機床參數(shù)大都隨機床以參數(shù)表等形式提供給用戶。機床參數(shù)的內(nèi)容廣泛。如FANUC10，11，12系統(tǒng)的機床參數(shù)按功能分就有26大類：如與設(shè)定有關(guān)的參數(shù)、與軸控制有關(guān)的參數(shù)、與坐標(biāo)系有關(guān)的參數(shù)、與進(jìn)給速度有關(guān)的參數(shù)等等。第9頁，共16頁。99.2.5用診斷程序進(jìn)行故障診斷所謂診斷程序就是對數(shù)控機床各部分包括數(shù)控系統(tǒng)本身進(jìn)行狀態(tài)或故障檢測的軟件，當(dāng)數(shù)控機床發(fā)生故障時，可利用該程序診斷出故障源所在范圍或具體位置。用診斷程序進(jìn)行故障診斷一般有三種形式，即啟動診斷、在線診斷或稱后臺診斷和離線診斷。啟動診斷指從每次通電開始至進(jìn)入正常的運行準(zhǔn)備狀態(tài)止，CNC內(nèi)部診斷程序自動執(zhí)行的診斷，一般情況下數(shù)秒之內(nèi)即告完成，其目的是確認(rèn)系統(tǒng)的主要硬件是否正常工作。在線診斷是指在系統(tǒng)通過啟動診斷進(jìn)入運行狀態(tài)后由內(nèi)部診斷程序?qū)NC及與之相連接的外設(shè)、各伺服單元和伺服電機等進(jìn)行的自動檢測和診斷。離線診斷是數(shù)控機床故障診斷的一個非常重要的手段，它能夠較準(zhǔn)確地診斷出故障源的具體位置，而許多故障靠傳統(tǒng)的方法是不易進(jìn)行診斷的。第10頁，共16頁。109.2.6經(jīng)驗法一般說來，對驅(qū)動系統(tǒng)故障應(yīng)首先檢查反饋系統(tǒng)、伺服電機本身、伺服驅(qū)動板及指令電壓，如測速反饋環(huán)、位置反饋環(huán)、指令增益、檢測倍率和漂移補償?shù)?。對自動換刀不能執(zhí)行則應(yīng)首先檢查換刀基準(zhǔn)點的到位情況，液、氣壓是否正常，相關(guān)限位開關(guān)的動作是否正常等。知識和經(jīng)驗要靠平時的學(xué)習(xí)與維修實踐的總結(jié)和積累，并無捷徑可走，而這些又是數(shù)控機床維修所必不可少的。第11頁，共16頁。119.2.7換板法將懷疑目標(biāo)用備件板進(jìn)行更換，或用機床上相同的板進(jìn)行互換。然后啟動機床，觀察故障現(xiàn)象是否消失或轉(zhuǎn)移，以確定故障的具體位置。如果故障現(xiàn)象仍然存在，說明故障與所更換的電路板無關(guān)，而在其他部位；如果故障消失或轉(zhuǎn)移，則說明更換之板正是故障板。此外，換板時，還要注意：(1)若不是對系統(tǒng)十分了解，有相當(dāng)?shù)陌盐?，一般不要輕易更換CPU板及存儲器板，這樣有可能造成程序和機床參數(shù)的丟失，使故障擴大。(2)若是EPROM板或板上有EPROM芯片，請注意存儲器芯片上貼的軟件版本標(biāo)簽是否與原板完全一致。若不一致，則不能更換。(3)有些板是通用的，要根據(jù)機床的具體情況及使用位置進(jìn)行設(shè)定。因此要注意板上撥動開關(guān)的位置是否與原板一致，短路線的設(shè)置是否與原板相同。第12頁，共16頁。129.3人工智能(AI)在故障診斷中的應(yīng)用9.3.1專家系統(tǒng)的一般概念一般認(rèn)為，專家系統(tǒng)是一個或一組能在某些特定領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用大量的專家知識和推理方法求解復(fù)雜問題的一種人工智能計算機程序。一般專家系統(tǒng)如圖9.2所示。它主要包括兩大部分，即知識庫和推理機。知識庫中存放著求解問題所需的知識，推理機負(fù)責(zé)使用知識庫中的知識去解決實際問題。目前，主要存在以下幾個問題：(1)知識獲取困難，特別是經(jīng)驗性知識(啟發(fā)式知識)更難獲取。(2)對人的形象思維難以模擬。(3)知識領(lǐng)域狹窄。第13頁，共16頁。139.3.2數(shù)控機床故障診斷的專家系統(tǒng)從數(shù)控機床故障診斷的內(nèi)容看，故障診斷專家系統(tǒng)具體可以用于以下三個方面：(1)故障監(jiān)測。(2)故障分析，又叫故障分離或狀態(tài)分析。(3)決策處理。第14頁，共16頁。149.4習(xí)題(1) 敘述故障及故障診斷的一般定義。(2) 為什么數(shù)控機床的故障規(guī)律會是如圖9.1那樣的？(3) 數(shù)控機床發(fā)生故障時，你會怎么去做？(4) 數(shù)控機床的常用故障診斷方法有哪些？(5) 什么是數(shù)控機床故障診斷的專家系統(tǒng)？系統(tǒng)是如何工作的？第15頁，共16頁。15內(nèi)容梗概第9章數(shù)控機床的故障診斷。數(shù)控機床作為一種典型的機電一體化產(chǎn)品，是一個由多種技術(shù)綜合在一起協(xié)同工作的復(fù)雜系統(tǒng)。本章主要對數(shù)控機床故障的規(guī)律及故障診斷的方法進(jìn)行一般性的總結(jié)介紹。與一般設(shè)備相同，數(shù)控機床的故障率隨時間變化的規(guī)律可用圖9.1所示的故障曲線表示。初期運行期的特點是故障發(fā)生的頻率高，系統(tǒng)的故障率呈負(fù)指數(shù)函數(shù)曲線。衰老期出現(xiàn)在數(shù)控機床使用的后期，其特點是故障率隨著運行時間的增加而升高。9.1.3數(shù)控機床故障診斷的一般步驟。程序編制錯誤或操作錯誤。9.2.2根據(jù)控制系統(tǒng)LED燈或數(shù)碼管的指示進(jìn)行故障診斷。控制系統(tǒng)的LED(發(fā)光二極管)或數(shù)碼管指示是另一種自診斷指示方法。9.2.3根據(jù)PC狀態(tài)或梯形圖進(jìn)行故障診斷。這些系統(tǒng)及裝置具有