數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳宏超

摘 要：數(shù)控機(jī)床的常見故障可以根據(jù)故障現(xiàn)象和機(jī)床電氣原理圖，查看PLC的相關(guān)輸入輸出狀態(tài)診斷故障。但這需要有關(guān)人員對于設(shè)備的電氣控制等比較熟悉，而且很多故障也不能完全根據(jù)順序控制程序加以診斷排除。本文通過對數(shù)控機(jī)床常見故障的分析和總結(jié)，設(shè)計(jì)建立了故障數(shù)據(jù)庫與故障診斷查詢系統(tǒng)，便于維修人員查找和分析故障發(fā)生原因，解決問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)床故障；診斷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.機(jī)床故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

機(jī)床故障診斷系統(tǒng)分為機(jī)床內(nèi)部診斷系統(tǒng)和外部輔助診斷系統(tǒng)。內(nèi)部診斷系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的故障診斷顯示功能，通過PMC編程和人機(jī)界面的鏈接功能，將順序控制中可能出現(xiàn)的故障通過一個子程序?qū)崿F(xiàn)初步處理和進(jìn)一步處理提示。外部診斷系統(tǒng)則借助面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，集成數(shù)控機(jī)床診斷系統(tǒng)和維修經(jīng)驗(yàn)以及專家知識，構(gòu)造人機(jī)界面友好的交互式診斷維修軟件系統(tǒng)。鑒于診斷維修方面的復(fù)雜性和不斷發(fā)展的特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮姆治?、設(shè)計(jì)、編程技術(shù)有利于診斷系統(tǒng)的繼續(xù)開發(fā)、不斷發(fā)展的特點(diǎn)，采用面對對象的分析、設(shè)計(jì)、編程技術(shù)有利于診斷系統(tǒng)的繼續(xù)開發(fā)、不斷完善。

1.2系統(tǒng)需求分析與功能目標(biāo)

系統(tǒng)主要包含如下功能：

（1）設(shè)備各級各個單元的特征描述及控制方案。

（2）設(shè)備各部分的故障知識管理。

（3）各種故障的逐級樹網(wǎng)分析。

（4）知識的查詢增刪、修改及庫的同步、更新。

（5）用戶及登錄管理。

1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫主要包括系統(tǒng)用戶表、系統(tǒng)拓?fù)浔?、系統(tǒng)故障表、系統(tǒng)程序表、系統(tǒng)參數(shù)表等。系統(tǒng)用戶表中設(shè)置用戶級別，0級為一般用戶，可進(jìn)行故障診斷與查詢等一般系統(tǒng)應(yīng)用；1級為知識庫管理者，可對系統(tǒng)組成、故障信息、程序知識、參數(shù)知識等進(jìn)行管理；2級為系統(tǒng)管理員，可對用戶、知識等進(jìn)行管理。系統(tǒng)拓?fù)浔碇型ㄟ^設(shè)置上級功能ID、上級結(jié)構(gòu)ID來對各組成部分的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行管理，從而可以構(gòu)成系統(tǒng)樹形視圖。

系統(tǒng)故障表也通過對故障間的從屬關(guān)系進(jìn)行編號管理而形成樹形結(jié)構(gòu)，從而初步實(shí)現(xiàn)故障樹分析功能；還通過對故障的發(fā)生部位進(jìn)行編號對應(yīng)而實(shí)現(xiàn)故障與部位的關(guān)系管理。系統(tǒng)程序表和參數(shù)表也借鑒故障表的管理方法而實(shí)現(xiàn)部位對應(yīng)和樹形解析。

2.數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為主軸、運(yùn)動軸、旋轉(zhuǎn)軸、刀庫、自動刀具交換機(jī)構(gòu)（ATC）、自動臺面交換機(jī)構(gòu)（APC）、工裝、控制器、輔助機(jī)構(gòu)等幾大部分。各部分又可大致分為主運(yùn)動、輔動作、制動、潤滑、冷卻、清潔、過濾、密封等幾大模塊，如主軸部分可分為主軸轉(zhuǎn)動、主軸定向、主軸夾刀/松刀、主軸潤滑、主軸油冷、主軸吹氣、主軸中心沖水等幾大模塊。各模塊又可分為數(shù)控/序控、輸入/輸出、伺服/電氣、驅(qū)動、傳動、執(zhí)行、檢測/反饋、觸發(fā)、保護(hù)/封裝等幾大功能組分，如主軸轉(zhuǎn)動可分為數(shù)控指令處理/順序程序控制邏輯條件運(yùn)算、串行主軸通信電纜、主軸伺服放大器模塊、主軸伺服電機(jī)、主軸傳動皮帶、主軸本體、主軸電機(jī)編碼器及反饋線、主軸轉(zhuǎn)停按鈕等。各組分又可大致劃分為輸入、處理、存儲、控制、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、輸出、封裝等幾大系統(tǒng)成分，各系統(tǒng)成分又可進(jìn)一步分解。

根據(jù)運(yùn)動介質(zhì)及其狀態(tài)的不同，系統(tǒng)可分為機(jī)、電、液、氣、磁、聲、光、輻射等不同構(gòu)成成分，應(yīng)用最多的主要是機(jī)、電、液、氣。機(jī)床輔助部分主要有內(nèi)置/外置排屑、床身沖水、油霧收集器、濾油器、安全門、安全光幕等。

系統(tǒng)故障可根據(jù)不同功能部位進(jìn)行定位分解，主要分為CNC系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給軸、刀庫、ATC、APC、旋轉(zhuǎn)軸、夾具、輔助機(jī)構(gòu)等幾大部分，各部分故障又可根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)一步分解，最終分解為比較根本的元故障。

2.2數(shù)據(jù)庫連接

對于數(shù)據(jù)庫的連接，首先在公共類CADOConnection中設(shè)置接口函數(shù)GetSQLConStr和Open以獲取連接SQL語句和數(shù)據(jù)庫打開方式。

其中數(shù)據(jù)庫連接驅(qū)動Provider采用SQLOLEDB程序，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫分別由變量IP和DBName指定，并采用信任連接，當(dāng)然也可釆用用戶名和密碼方式：使用Open方法建立到數(shù)據(jù)源的物理連接。然后在應(yīng)用程序類CCNCApp的初始化函數(shù)InitlnstanceO中通過調(diào)用CADOConnection對象的成員函數(shù)Open和GetSQLConStr并傳遞變量IP和DBName創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)庫連接。

2.3整體模塊

系統(tǒng)主要分為用戶登錄模塊、用戶管理模塊、設(shè)備構(gòu)造管理模塊、設(shè)備故障樹管理模塊、設(shè)備故障庫管理模塊、設(shè)備參數(shù)管理模塊、設(shè)備順序程序管理模塊、設(shè)備故障診斷模塊、設(shè)備故障號查詢模塊等。通過對各個模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與編程，最終集合成為集診斷查詢與管理功能于一體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。

2.4故障樹管理模塊

當(dāng)用戶選擇“知識庫管理”下的“故障樹管理”菜單項(xiàng)時，首先彈出用戶登錄對話框，只有1級以上的用戶登入才能進(jìn)行故障樹的管理，彈出故障樹管理對話框。故障樹管理對話框給出故障的樹形分析，可以在各個節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行修改、刪除，或添加子故障。

故障樹管理對話框?qū)崿F(xiàn)如圖2.1。借助于這種樹形視圖，可以方便的構(gòu)造故障樹知識庫，并可增加樹的層次和節(jié)點(diǎn)信息，從而有利于故障樹分析的展開。

2.5故障診斷模塊

當(dāng)用戶單擊“系統(tǒng)應(yīng)用”的“故障診斷”菜單項(xiàng)時，故障診斷對話框彈出，其中設(shè)置故障發(fā)生部位選擇區(qū)、故障主要現(xiàn)象選擇區(qū)、故障主要原因選擇區(qū)等。故障診斷對話框的實(shí)現(xiàn)如圖2.2。當(dāng)機(jī)床發(fā)生1042號報(bào)警時，首先明確故障部位發(fā)生在ATC系統(tǒng)，點(diǎn)擊相應(yīng)的樹節(jié)點(diǎn)后，再進(jìn)一步選擇故障發(fā)生的主要現(xiàn)象，例如刀臂在抓刀時停止，這時幵始診斷，軟件將調(diào)出故障樹知識庫對應(yīng)的內(nèi)容，以故障樹視圖的形式供維修人員檢查判斷參考，一旦確定相應(yīng)的故障原因，如刀臂夾刀棒卡死，即給出相應(yīng)的原因分析和故障對策，指導(dǎo)維修人員進(jìn)行維修處理。這樣，即使對機(jī)床的了解還不夠全面，維修人員也可借助此軟件快速入手，從而提高維修效率；同時也可將摸索到的經(jīng)驗(yàn)和新學(xué)到的知識補(bǔ)充完善到知識庫中，從而不斷提尚維修水平，豐富完善知識庫。

結(jié)論

通過利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，將設(shè)備故障診斷和維修等知識系統(tǒng)的組織成知識庫，通過數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了故障的診斷查詢、故障樹分析、故障樹管理等功能，幫助維修人員不斷提高維修水平，豐富完善知識庫。

參考文獻(xiàn)

[1]楊中力.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修.大連理工大學(xué)出版社.2006.