一、問題的提出

　　數(shù)控機床的廣泛應用是工業(yè)企業(yè)提高設備技術水平和生產(chǎn)效率的有效手段,數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)的可靠運行,直接關系到整個機床運行是否正常,也就是說,當數(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正常,是提高數(shù)控機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)在我國廣泛應用。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,卻沒有遠程診斷功能,只能通過分析其故障代碼,利用其硬件報警和軟件報警功能,及時核對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)等方法診斷故障。

　　通常,進行這種數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷和維修需要專業(yè)的維修人員。這樣勢必影響到數(shù)控機床的使用效率,增加數(shù)控機床的維護成本。本文主要對FANUC 0 系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)的故障診斷進行研究,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)建一個數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的平臺。采用直觀 形象的形式,演示故障產(chǎn)生的原因,結(jié)合數(shù)控機床診斷的實際情況, 采用交互式流程圖,使得故障排除的方法直觀、易于實施。該系統(tǒng) 作為一個開放的系統(tǒng),可以對數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷結(jié)果進行詳細統(tǒng) 計,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)控機床故障診斷中,對于不同類型的故障,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,根據(jù)該系列數(shù)控系統(tǒng)的特點,主要采取以下診斷措施:現(xiàn)象觀察;利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件報警功能;利用狀態(tài)顯示診斷功能;及時核對數(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,首先觀察各種外部現(xiàn)象,進行初步的判斷。

　　利用數(shù)控系統(tǒng)的硬件報警功能就是分析FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21 系統(tǒng)控制柜和控制面板上的報警指示燈所代表的故障類型,并進行詳細分析,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(通常用二進制字節(jié)的“0”和“1”指示) 來檢查數(shù)控系統(tǒng)是否將 信號輸入到機床,或是機床一側(cè)各種主令開關、行程開關等通斷觸發(fā)的開關信號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、進而解決問題。

　　另外,外界的干擾或者誤操作,有可能會引起數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的變化。系統(tǒng)參數(shù)變化會直接影響到機床的性能,甚至使機床發(fā)生故障,整機不能正常工作,因此在發(fā)生故障時,應及時核對數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)。
　　三、計算機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)合實際經(jīng)驗,開發(fā)了計算機輔助數(shù)控機床故障診斷與管理系統(tǒng),見圖1。
　　各模塊功能
　　管理模塊
　　主要包括用戶登陸、用戶名添加、用戶密碼修改、用戶權限設定等功能。用戶在登陸系統(tǒng)以后,根據(jù)用戶的權限不同,可以進行不同的操作。
　　配置文件管理模塊
　　配置參數(shù)以文件方式進行管理,根據(jù)實際需要,通過串口將配置文件傳給數(shù)控機床。系統(tǒng)支持對配置文件的添加、刪除、修改和瀏覽。
　　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)故障代碼對故障的處理方法進行查詢。故障查詢模塊可以提高故障診斷效率,很有實用價值。
　　參數(shù)查詢模抉
　　根據(jù)參數(shù)號,查詢機床故障診斷中用到的參數(shù)。在參數(shù)查詢模塊中,用戶可以得到機床參數(shù)的意義、參數(shù)的相關說明、參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的地址等項信息。
　　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 號報警———返回參考位置異常為例說明故障診斷模塊的實現(xiàn)思路。
　　故障原因演示
　　90號報警是在返回參考點的過程中發(fā)生的報警。故障可能是由于返回參考點的速度設置不正確,返回參考點的位置太近,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,用戶可以設置不同的返回速度和位置,來查看它們滿足什么條件時,會出現(xiàn)報警。使用戶了解了故障發(fā)生的原因, 有利于對故障進行處理。這一功能對于不熟悉FANUC 0系統(tǒng)和FANUC 16/18/21系統(tǒng)的設備維護人員來說尤其有用。
　　故障排除流程
　　90號報警的內(nèi)容如下:做進給軸返回基準點操作時,進給速度產(chǎn)生的位置跟隨誤差必須大于128個位置檢測單位, 否則位置編碼器的“一轉(zhuǎn)信號”不能有效地產(chǎn)生柵格點信號。
　　在故障處理流程圖中,首先按照如圖2所示流程進行判斷。
　　首先判斷位置跟隨誤差是否大于128個位置檢測單位,位置跟隨誤差可以通過如下的公式計算。 位置跟隨誤差= F×5000/3
　　G×檢測單位
　　式中F ——快速進給速度,m/min
　　G ——伺服環(huán)增益,0. 01s-1
　　檢測單位= 移動量/指令脈沖,µm/脈沖
　　如果位置跟隨誤差小于128 ,說明返回基準點的速度設定不正確(返回速度小) ,提高返回速度,然后進行下一步的判斷。
　　如果位置跟隨誤差大于128個位置檢測單位,則按照如圖3 所示的流程進行判斷。如果位置跟隨誤差大于128個位置檢測單位時,電機回轉(zhuǎn)也大于一轉(zhuǎn),按照圖4 所示的流程進行判斷。
　　按照上述流程圖進行判斷,可以得到故障到底是由于返回參考點的速度設置不正確,返回參考點的位置太近,或者是硬件故障引起的。
　　故障診斷統(tǒng)計模塊
　　數(shù)控機床在多年使用過程中,會出現(xiàn)多種故障,對一臺數(shù)控機床出現(xiàn)的故障進行統(tǒng)計,可以為數(shù)控機床的維修提供歷史數(shù)據(jù),有利維修。通過故障統(tǒng)計,分析統(tǒng)計結(jié)果,對于經(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)控機床維護人員分析引起故障的原因,采取相應的措施,如改善數(shù)控機床的工作環(huán)境、規(guī)范操作等。
　　故障統(tǒng)計的內(nèi)容包括如下一些方面:故障發(fā)生時間、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)生時間主要記錄故障發(fā)生的日期和時間;故障是否在操作中出現(xiàn)(操作時間有多長) ;故障出現(xiàn)時電源是否接通;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引起同樣的故障;故障是與進給軸伺服有關還是與主軸伺服有關。
　　具體的故障內(nèi)容主要記錄:CRT 報警顯示畫面上的報警代碼;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)設置錯誤造成的,還是其他的原因造成的,對于具體的故障原因記錄相關的信息。
　　其他信息包括機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等。
　　在出現(xiàn)故障時,可以通過查詢故障統(tǒng)計,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,可以為數(shù)控機床的日常維護提供可靠的依據(jù)。例如,在一段時間內(nèi),若出現(xiàn)的故障都是由于參數(shù)的錯誤引起的,應該采取一定的措施,避免同樣的情況發(fā)生;檢查外界的干擾是否太強,操作是否規(guī)范等,避免同樣的故障反復發(fā)生。
　　數(shù)控機床部件管理模塊
　　按照機床號,將每一臺機床的部件進行詳細管理,記錄部件的名稱、圖號、規(guī)格。如果機床出現(xiàn)故障需要更換部件,生成部件訂貨單,存儲在數(shù)據(jù)庫中。同時,對部件更換情況進行統(tǒng)計,如果某一個部件經(jīng)常出現(xiàn)問題,需要更換,提示設備維護人員檢查引起部件損壞的原因,及時排除,避免不必要的損失。
　　 四、總結(jié)
　　計算機輔助數(shù)控機床故障診斷和管理系統(tǒng)作為一個實用的系統(tǒng),提供了常見故障診斷的方法。可對數(shù)控機床的部件和參數(shù)文件等要素進行有效的管理。同時,作為一個開放的系統(tǒng),對故障處理的結(jié)果進行詳細統(tǒng)計,保留了故障處理過程中積累的一些經(jīng)驗和信息,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。