第9章數控機床的故障診斷數控機床作為一種典型的機電一體化產品，是一個由多種技術綜合在一起協同工作的復雜系統。在使用過程中不可避免地會發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。本章主要對數控機床故障的規律及故障診斷的方法進行一般性的總結介紹。1數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第1頁!9.1概述9.1.1系統可靠性和故障的概念系統可靠性是指系統在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力，而故障則意味著系統在規定條件下和規定時間內喪失了規定的功能。數控機床是個復雜的系統，由于種種原因，不可避免地會發生不同程度、不同類型的故障，導致數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；環境變化等；隨機干擾和噪聲；軟件程序丟失或被破壞等等。2數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第2頁!9.1.2數控機床的故障規律與一般設備相同，數控機床的故障率隨時間變化的規律可用圖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生的頻率高，系統的故障率呈負指數函數曲線。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.有效壽命期數控系統要經過九至十四個月的運行才能進入有效壽命期。3.衰老期衰老期出現在數控機床使用的后期，其特點是故障率隨著運行時間的增加而升高。3數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第3頁!9.1.3數控機床故障診斷的一般步驟故障診斷是指在系統運行或基本不拆卸的情況下，即可掌握系統當前運行狀態的信息，查明產生故障的部位和原因，或預知系統的異常和劣化的動向并采取必要對策的一門技術。故障診斷一般按下列步驟進行：(1)詳細了解故障情況。(2)根據故障情況進行分析，縮小范圍，確定故障源查找的方向和手段。(3)由表及里進行故障源查找。4數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第4頁!9.2.1根據報警號進行故障診斷報警號(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(或接近開關)狀態不正確。利用報警號進行故障診斷是數控機床故障診斷的主要方法之一。5數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第5頁!9.2.3根據PC狀態或梯形圖進行故障診斷現在的數據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系統合并起來，統稱為NC部分。控制對象一般是換刀系統，工作臺板轉換系統，液壓、潤滑、冷卻系統及其他自動輔助裝置等。這些系統及裝置具有大量的開關量測量反饋元件，發生故障的概率較大。特別是在偶發故障期，NC部分及各電路板的故障較少，上述各部分發生的故障可能會成為主要的診斷維修目標。PC輸入輸出狀態的確定方法是每一個維修人員所必須掌握的。因為當進行故障診斷時經常需要確定一個傳感元件是什么狀態以及PC的某個輸出應為什么狀態。用傳統的方法進行測量非常麻煩，甚至難以做到。一般數控機床都能夠從CRT上或LED指示燈上非常方便地確定其輸入輸出狀態。6數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第6頁!9.2.5用診斷程序進行故障診斷所謂診斷程序就是對數控機床各部分包括數控系統本身進行狀態或故障檢測的軟件，當數控機床發生故障時，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入正常的運行準備狀態止，CNC內部診斷程序自動執行的診斷，一般情況下數秒之內即告完成，其目的是確認系統的主要硬件是否正常工作。在線診斷是指在系統通過啟動診斷進入運行狀態后由內部診斷程序對CNC及與之相連接的外設、各伺服單元和伺服電機等進行的自動檢測和診斷。離線診斷是數控機床故障診斷的一個非常重要的手段，它能夠較準確地診斷出故障源的具體位置，而許多故障靠傳統的方法是不易進行診斷的。7數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第7頁!9.2.7換板法將懷疑目標用備件板進行更換，或用機床上相同的板進行互換。然后啟動機床，觀察故障現象是否消失或轉移，以確定故障的具體位置。如果故障現象仍然存在，說明故障與所更換的電路板無關，而在其他部位；如果故障消失或轉移，則說明更換之板正是故障板。此外，換板時，還要注意：(1)若不是對系統十分了解，有相當的把握，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，要根據機床的具體情況及使用位置進行設定。因此要注意板上撥動開關的位置是否與原板一致，短路線的設置是否與原板相同。8數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第8頁!9.3.2數控機床故障診斷的專家系統從數控機床故障診斷的內容看，故障診斷專家系統具體可以用于以下三個方面：(1)故障監測。(2)故障分析，又叫故障分離或狀態分析。(3)決策處理。9數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第9頁!9.2數控機床常用的故障診斷方法數控機床是涉及多個應用學科的十分復雜的系統，加之數控系統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。10數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第10頁!9.2.2根據控制系統LED燈或數碼管的指示進行故障診斷控制系統的LED(發光二極管)或數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上的報警號未出現或CRT不亮時，LED或數碼管指示就是惟一的報警內容了。例如，FANUCl0、11系統的主電路板上有一個七段LED數碼管，在電源接通后，系統首先進行自檢，這時數碼管的顯示不斷改變，最后顯示“1”而停止，說明系統正常。如果停止于其他數字或符號上，則說明系統有故障，且每一個符號表示相應的故障內容，維修人員就可根據顯示的內容進行相應的檢查和處理。11數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第11頁!9.2.4根據機床參數進行故障診斷機床參數也稱機床常數，是數控系統與具體機床相匹配時所確定的一組數據，它實際上是NC程序中未定的數據或可選擇的方式。機床參數通常存于RAM中，由廠家根據所配機床的具體情況進行設定，部分參數還要通過調試來確定。機床參數大都隨機床以參數表等形式提供給用戶。機床參數的內容廣泛。如FANUC10，11，12系統的機床參數按功能分就有26大類：如與設定有關的參數、與軸控制有關的參數、與坐標系有關的參數、與進給速度有關的參數等等。12數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第12頁!9.2.6經驗法一般說來，對驅動系統故障應首先檢查反饋系統、伺服電機本身、伺服驅動板及指令電壓，如測速反饋環、位置反饋環、指令增益、檢測倍率和漂移補償等。對自動換刀不能執行則應首先檢查換刀基準點的到位情況，液、氣壓是否正常，相關限位開關的動作是否正常等。知識和經驗要靠平時的學習與維修實踐的總結和積累，并無捷徑可走，而這些又是數控機床維修所必不可少的。13數控技術及應用清華版9數控機床的故障診斷共15頁，您現在瀏覽的是第13頁!9.3人工智能(AI)在故障診斷中的應用9.3.1專家系統的一般概念一般認為，專家系統是一個或一組能在某些特定領域內，應用大量的專家知識和推理方法求解復雜問題的一種人工智能計算機程序。一般專家系統如圖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，推理機負責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，特別是經驗性知識(啟發式知識)更難獲取。(2)對人的形象思維難以模擬。(3)知識領域狹窄。14數控技術及應用清華版9數控機床的故障診