一、問題的提出
　　數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是工業(yè)企業(yè)提高設(shè)備技術(shù)水平和生產(chǎn)效率的有效手段，數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)床運(yùn)行是否正常，也就是說，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)故障發(fā)生后，如何迅速診斷故障的出處并解決問題使其恢復(fù)正常，是提高數(shù)控機(jī)床使用效率的迫切需要。
　　目前，數(shù)控系統(tǒng)品種繁多，F(xiàn)ANUC 0系統(tǒng)和FANUC16/18/21系統(tǒng)在我國(guó)廣泛應(yīng)用。該系列的數(shù)控系統(tǒng)可以通過串口傳送NC參數(shù)和NC加工程序，卻沒有遠(yuǎn)程診斷功能，只能通過分析其故障代碼，利用其硬件報(bào)替和軟件報(bào)警功能，及時(shí)核對(duì)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)等方法診斷故障。
　　通常，進(jìn)行這種數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷和維修需要專業(yè)的維修人員。這樣勢(shì)必影響到數(shù)控機(jī)床的使用效率，增加數(shù)控機(jī)床的維護(hù)成本。
　　本文主要對(duì)FANUC 0系統(tǒng)和FANUC　16/18/21系統(tǒng)的故障診斷進(jìn)行研究，通過分析數(shù)控系統(tǒng)常見的故障，總結(jié)出數(shù)控系統(tǒng)常見故障的排除方法，構(gòu)建一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的平臺(tái)。采用直觀形象的形式，演示故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合數(shù)控機(jī)床診斷的實(shí)際情況，采用交互式流程圖，使得故障排除的方法直觀、易于實(shí)施。該系統(tǒng)作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，可以對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，為以后數(shù)控系統(tǒng)故障診斷提供參考。
　　二、故障診斷措施
　　在數(shù)控機(jī)床故障診斷中，對(duì)于不同類型的故障，采取不同的診斷措施。在診斷FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)故障時(shí)，根據(jù)該系列數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，主要采取以下診斷措施：現(xiàn)象觀察；利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件報(bào)警功能；利用狀態(tài)顯示診斷功能；及時(shí)核對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)。
　　現(xiàn)象觀察就是在數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，首先觀察各種外部現(xiàn)象，進(jìn)行初步的判斷。
　　利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件報(bào)警功能就是分析FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)控制柜和控制面板上的報(bào)警指示燈所代表的故障類型，并進(jìn)行詳細(xì)分析，找出數(shù)控系統(tǒng)故障的原因。
　　利用數(shù)控系統(tǒng)的軟件報(bào)警功能，就是充分利用數(shù)控系統(tǒng)的、自診斷功能，通過CRT上顯示的報(bào)警代碼來獲知故障所在。
　　利用狀態(tài)顯示診斷功能，就是利用CRT畫面的狀態(tài)顯示（通常用二進(jìn)制字節(jié)的“0"和“1”指示）來檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將信號(hào)輸入到機(jī)床，或是機(jī)床一側(cè)各種主令開關(guān)、行程開關(guān)等通斷觸發(fā)的開關(guān)信號(hào)是否按要求正確輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。這樣，就可以區(qū)分出故障是在機(jī)床一側(cè)還是在數(shù)控系統(tǒng)一側(cè)，將故障鎖定在某一元件上、進(jìn)而解決間題。
　　另外，外界的干擾或者誤操作，有可能會(huì)引起數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的變化。系統(tǒng)參數(shù)變化會(huì)直接影響到機(jī)床的性能，甚至使機(jī)床發(fā)生故障，整機(jī)不能正常工作，因此在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)核對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)。
　　三、計(jì)算機(jī)輔助故障診斷與管理系統(tǒng)
　　1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　基于上述故障診斷措施，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控機(jī)床故障診斷與管理系統(tǒng)，見圖1。

 

圖1

　　2．各模塊功能
　　(1)管理模塊
　　主要包括用戶登陸、用戶名添加、用戶密碼修改、用戶權(quán)限設(shè)定等功能。用戶在登陸系統(tǒng)以后，根據(jù)用戶的權(quán)限不同，可以進(jìn)行不同的操作。
　　(2)配置文件管理模塊
　　配置參數(shù)以文件方式進(jìn)行管理，根據(jù)實(shí)際需要，通過串口將配置文件傳給數(shù)控機(jī)床。系統(tǒng)支持對(duì)配置文件的添加、刪除、修改和瀏覽。
　　(3)故障查詢模塊
　　為了提高系統(tǒng)的易用性，系統(tǒng)可以根據(jù)故障代碼對(duì)故障的處理方法進(jìn)行查詢。故障查詢模塊可以提高故障診斷效率，很有實(shí)用價(jià)值。
　　(4)參數(shù)查詢模抉
　　根據(jù)參數(shù)號(hào)，查詢機(jī)床故障診斷中用到的參數(shù)。在參數(shù)查詢模塊中，用戶可以得到機(jī)床參數(shù)的意義、參數(shù)的相關(guān)說明、參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的地址等項(xiàng)信息。
　　(5)故障診斷模塊
　　故障診斷模塊作為該系統(tǒng)的主要模塊，提供FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)常見故障的診斷方法。首先，通過直觀形象的方式，演示故障發(fā)生的原因。然后提供故障診斷的流程圖。下面以90號(hào)報(bào)警—返回參考位置異常為例說明故障診斷模塊的實(shí)現(xiàn)思路。
　?、俟收显蜓菔?br />　　90號(hào)報(bào)警是在返回參考點(diǎn)的過程中發(fā)生的報(bào)警。故障可能是由于返回參考點(diǎn)的速度設(shè)置不正確，返回參考點(diǎn)的位置太近，或者是硬件故障引起的。在系統(tǒng)中，以直觀形象的方式，來演示故障發(fā)生的原因，用戶可以設(shè)置不同的返回速度和位置，來查看它們滿足什么條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。使用戶了解了故障發(fā)生的原因，有利于對(duì)故障進(jìn)行處理。這一功能對(duì)于不熟悉FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)人員來說尤其有用。
　　②故障排除流程
　　90號(hào)報(bào)警的內(nèi)容如下：做進(jìn)給軸返回基準(zhǔn)點(diǎn)操作時(shí)，進(jìn)給速度產(chǎn)生的位置跟隨誤差必須大于128個(gè)位置檢測(cè)單位，否則位置編碼器的“一轉(zhuǎn)信號(hào)”不能有效地產(chǎn)生柵格點(diǎn)信號(hào)。
　　在故障處理流程圖中，首先按照如圖2所示流程進(jìn)行判斷。
 

圖2

　　在圖2的流程中，首先判斷位置跟隨誤差是否大于128個(gè)位置檢測(cè)單位，位置跟隨誤差可以通過如下的公式計(jì)算。
        位置跟隨誤差＝式中F一快速進(jìn)給速度，m/min
        G一伺服環(huán)增益，0.01s-1
        檢測(cè)單位=移動(dòng)量／指令脈沖，μm/脈沖
        如果位置跟隨誤差小于128，說明返回基準(zhǔn)點(diǎn)的速度設(shè)定不正確（返回速度小），提高返回速度，然后進(jìn)行下一步的判斷。
        如果位置跟隨誤差大于128個(gè)位置檢側(cè)單位，則按照如圖3所示的流程進(jìn)行判斷。
        如果位置跟隨誤差大于128個(gè)位置檢測(cè)單位時(shí)，電機(jī)回轉(zhuǎn)也大于一轉(zhuǎn)，按照?qǐng)D4所示的流程進(jìn)行判斷。

　　　　　　　　　　　　　      圖3                                            圖4

        按照上述流程圖進(jìn)行判斷，可以得到故障到底是由于返回參考點(diǎn)的速度設(shè)置不正確，返回參考點(diǎn)的位置太近，或者是硬件故障引起的。
        (6)故障診斷統(tǒng)計(jì)模塊
        數(shù)控機(jī)床在多年使用過程中，會(huì)出現(xiàn)多種故障，對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以為數(shù)控機(jī)床的維修提供歷史數(shù)據(jù)，有利維修。通過故障統(tǒng)計(jì)，分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)的故障，如果都是由于相同原因引起的，提示數(shù)控機(jī)床維護(hù)人員分析引起故障的原因，采取相應(yīng)的措施，如改善數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境、規(guī)范操作等。
        故障統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容包括如下一些方面：故障發(fā)生時(shí)間、在何種操作下出現(xiàn)的故障、具體的故障內(nèi)容、處理措施和其他信息。
        故障發(fā)生時(shí)間主要記錄故障發(fā)生的日期和時(shí)間；故障是否在操作中出現(xiàn)（操作時(shí)間有多長(zhǎng)）；故障出現(xiàn)時(shí)電源是否接通；是否出現(xiàn)雷擊、電源故障或者其他的電源干擾；故障只出現(xiàn)一次還是多次出現(xiàn)等。
在何種操作下出現(xiàn)的故障需要記錄出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的操作方式，如果在程序操作中出現(xiàn)故障，需要記錄在程序的什么地方出現(xiàn)故障，故障是否是該程序所特有的，另外還要記錄同樣的操作是否會(huì)引起同樣的故障；故障是與進(jìn)給軸伺服有關(guān)還是與主軸伺服有關(guān)。
        具體的故障內(nèi)容主要記錄：CRT報(bào)警顯示畫面上的報(bào)警代碼；CRT顯示是否正常；加工誤差、偏移量等信息。
        處理措施主要記錄引起故障的原因，是硬件的原因，參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤造成的，還是其他的原因造成的，對(duì)于具體的故障原因記錄相關(guān)的信息。
        其他信息包括機(jī)床附近是否有干擾源存在，周圍的溫度，控制單元上是否有較大的震動(dòng)等。
在出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過查詢故障統(tǒng)計(jì)，看以前是否有相同的故障出現(xiàn)，故障現(xiàn)象是否相同，如果相同，很可能是相同的原因造成的。另外，通過故障統(tǒng)計(jì)，可以為數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)提供可靠的依據(jù)。例如，在一段時(shí)間內(nèi)，若出現(xiàn)的故障都是由于參數(shù)的錯(cuò)誤引起的，應(yīng)該采取一定的措施，避免同樣的情況發(fā)生；檢查外界的干擾是否太強(qiáng)，操作是否規(guī)范等，避免同樣的故障反復(fù)發(fā)生。
        (7）數(shù)控機(jī)床部件管理模塊
按照機(jī)床號(hào)，將每一臺(tái)機(jī)床的部件進(jìn)行詳細(xì)管理，記錄部件的名稱、圖號(hào)、規(guī)格。如果機(jī)床出現(xiàn)故障需要更換部件，生成部件訂貨單，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，對(duì)部件更換情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果某一個(gè)部件經(jīng)常出現(xiàn)問題，需要更換，提示設(shè)備維護(hù)人員檢查引起部件損壞的原因，及時(shí)排除，避免不必要的損失。
四、總結(jié)
        計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控機(jī)床故障診斷和管理系統(tǒng)作為一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)，提供了常見故障診斷的方法。可對(duì)數(shù)控機(jī)床的部件和參數(shù)文件等要素進(jìn)行有效的管理。同時(shí)，作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，對(duì)故障處理的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，保留了故障處理過程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)和信息，為以后的故障診斷提供了方便。該系統(tǒng)經(jīng)試用，情況良好。