一、問(wèn)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(shuō),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(wèn)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,FANUC 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(guò)串口傳送NC 參數(shù)和NC加工程序,卻沒(méi)有遠(yuǎn)程診斷功能,只能通過(guò)分析其故障代碼,利用其硬件報(bào)警和軟件報(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(zhuān)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(guò)分析數(shù)控系統(tǒng)常見(jiàn)的故障,總結(jié)出數(shù)控系統(tǒng)常 見(jiàn)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(kāi)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(lèi)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(lèi)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(guò)CRT上顯示的報(bào)警代碼來(lái)獲知故障所在。利用狀態(tài)顯示診斷功能,就是利用CRT 畫(huà)面的狀態(tài)顯示(通常用二進(jìn)制字節(jié)的“0”和“1”指示) 來(lái)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(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等通斷觸發(fā)的開(kāi)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)而解決問(wèn)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)
　　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(kāi)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(jiàn)圖1。
　　各模塊功能
　　管理模塊
　　主要包括用戶(hù)登陸、用戶(hù)名添加、用戶(hù)密碼修改、用戶(hù)權(quán)限設(shè)定等功能。用戶(hù)在登陸系統(tǒng)以后,根據(jù)用戶(hù)的權(quán)限不同,可以進(jìn)行不同的操作。
　　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(guò)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。
　　故障查詢(xún)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(xún)。故障查詢(xún)模塊可以提高故障診斷效率,很有實(shí)用價(jià)值。
　　參數(shù)查詢(xún)模抉
　　根據(jù)參數(shù)號(hào),查詢(xún)機(jī)床故障診斷中用到的參數(shù)。在參數(shù)查詢(xún)模塊中,用戶(hù)可以得到機(jī)床參數(shù)的意義、參數(shù)的相關(guān)說(shuō)明、參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的地址等項(xiàng)信息。
　　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(jiàn)故障的診斷方法。首先,通過(guò)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(shuō)明故障診斷模塊的實(shí)現(xiàn)思路。
　　故障原因演示
　　90號(hào)報(bào)警是在返回參考點(diǎn)的過(guò)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(lái)演示故障發(fā)生的原因,用戶(hù)可以設(shè)置不同的返回速度和位置,來(lái)查看它們滿(mǎn)足什么條件時(shí),會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。使用戶(hù)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(lái)說(shuō)尤其有用。
　　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。
　　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(guò)如下的公式計(jì)算。 位置跟隨誤差= F×5000/3
　　G×檢測(cè)單位
　　式中F ——快速進(jìn)給速度,m/min
　　G ——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(shuō)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)位置檢測(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。
　　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。
　　故障診斷統(tǒng)計(jì)模塊
　　數(shù)控機(jī)床在多年使用過(guò)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(guò)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(huà)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?chē)臏囟?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(guò)查詢(xún)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(guò)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。
　　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(chēng)、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(wèn)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(jiàn)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(kāi)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(guò)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。