1、速进行诊断,尽快锁定故障部位,并及时排除解决,以保证正常使用,提高生产率。本单元从介绍故障诊断技术的起源开始,通过对设备的故障诊断技术分析,阐述数控系统故障诊断方法,同时对现场工作方法和使用仪器进行详细介绍,以达到提高现场故障诊断、故障排除工作能力的目的。数控机床运行中不可避免地会出现各种故障,关键是如何迅 2.1.1故障诊断技术1.故障诊断技术的起源与发展故障诊断技术是一门国内外发展迅速、用途广泛、效果良好的设备工程新技术。2.1故障诊断技术概述 靠性技术的融入,对装备的运行状态监测更为科学,故障诊断技术更加完善。近几年,故障诊断技术取得了更大的发展,并且从军用扩大到工业和民用。在现代工业生
2、产中,机械设备运行的连续化、高速化、自动化带来了生产率的大幅度提高,然而这时设备一旦发生故障,就会造成比过去严重得多的经济损失。因此,工业领域普遍要求减少设备故障,最好能采取预测、预报的有效措施,以降低故障率。2.设备的故障诊断技术设备的故障诊断技术,就是“在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下,掌握设备的运行状态,判定产生故障的部位和原因,进行动态预测,预报未来状态的技术”。因此,它是防止故障发生的有效措施,也是设备维修的重要依据。3.设备故障诊断技术的应用目的设备故障诊断技术的应用目的至少包括以下几点。1)保障设备安全,防止突发故障。2)保证设备精度,提高产品质量。3)实施状态维修,节约
3、维修费用。4)避免设备事故造成的经济损失。5)给企业带来较大的经济效益。2.1.2故障诊断技术涉及的相关技术许多新技术都是综合技术的应用,设备的故障诊断技术即是如此,同时它在发展过程中不断汲取更新的技术,使得应用效果进一步提高。目前,设备的故障诊断技术已经涉及的相关技术如下:1.检测技术2.信号处理技术3.模式识别技术 4.预测技术5.故障机理研究 6.控制和校正技术 7.计算机应用技术8.网络 应用技术2.2数控系统的故障诊断技术2.2.1数控系统的自诊断功能数控系统产品具有技术密集的特点,要迅速而准确地查明故障原因并确定故障部位,不借助诊断技术是有难度的,有时甚至是不可能的。随着微型计算机
4、技术的不断发展,诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化诊断方向发展,对诊断能力的评价已是当今衡量某一个控系统性能指标的一个重要方面。现代数控系统本身具备故障自诊断功能,能够“在系统运行中或基本不拆卸的情况下,掌握系统当前运行状态的信息,预知系统的异常和劣化的动向,或查明产生故障的部位和原因,以便采取必要的对策”。2.2.2数控系统的自诊断方法1.启动诊断(Start Up Diagnostics)启动诊断是指数控系统每次从通电开始至进入正常的运行准备状态为止,系统内部诊断程序自动执行的诊断。启动诊断程序在数秒钟结束,一般不会超过1min,此时系统会有显示结果,或者系统进入正常显示页
5、面,即表示启动诊断结束。2.在线诊断(On Line Diagnostics)在线诊断是指数控系统处于正常运行状态时,通过系统的内装程序,对系统本身,与数控装置相连的各个伺服驱动单元、伺服电动机、主轴伺服驱动单元和主轴电动机,以及外部设备等自动进行的诊断、检查。只要系统不停电,在线诊断就不会停止。(1)接口显示即通过区分故障发生在数控装置内部,还是发生在PLC或机床侧,了解数控装置和PLC、数控装置和机床之间的接口状态以及数控装置内部状态,这个诊断功能能显示接口信号是接通的还是断开的。(2)内部状态显示(3)故障信息内容许多故障信息都以报警号和适当注释的形式在显示器上显示,内容一般有上百条。3
6、.离线诊断(Off Line Diagnostics)当数控系统故障已显现,需要停止加工或停机检查时,就是离线诊断(或称脱机诊断)。离线诊断可以在现场进行,也可以在维修中心或数控系统制造厂进行。1)离线诊断的主要目的是故障定位,而且力求把故障定位在尽可能小的范围内。例如缩小到某个模块,某个印制电路板或板上的某部分电路,甚至某个芯片或器件。这种更为精确的故障定位,对于彻底修复故障系统是十分必要的。数控系统离线诊断应作以下测试。CPU测试。对CPU指令数据格式进行测试,用以检查控制程序是否工作。存储器RAM测试。可发现读入程序是否被破坏。位置控制测试。可发现坐标位置偏离、机床无法起动等毛病。I/O
7、接口测试。测试接口的输入、输出是否符合要求等。2)在现场的离线诊断采用系统的自诊断功能。通过自诊断画面显示的硬件和I/O接口电路的状态,来判断故障所在。3)在维修中心或数控系统制造厂的离线诊断要采用数控系统硬件测试面板、改装过的数控系统或专用测试装置进行。诊断用软件的依据是存在于数控系统中的控制软件版本,这样对于不同的系统诊断更为方便。4.伺服系统的诊断(Sevor Diagnostics)伺服驱动控制系统是电子控制装置,通常要设计完备的自监测和保护电路,并具备诊断功能。1)通常采用不同颜色的LED来指示故障产生的可能原因,如过热报警、过流报警、过电压报警、欠电压报警、I2t值监控(用于电源电
8、路)等。2)随着伺服技术的迅速发展和普及应用,现代数控系统中大量采用数字伺服系统,通过LED发光二极管显示各种故障信息,同时进行参数设置与调整。3)新型交流数字伺服系统将诊断技术推向新阶段,如利用数控系统的CRT画面可直接显示出各种伺服数据项和波形,从而实现伺服系统的设定、调整以及对控制轴的闭环动态特性进行诊断。5.可编程序控制器诊断(PLC Diagnostics)目前数控系统都设计了具有监测和故障诊断作用的环节,通过PLC控制软件能监控每一控制动作,如果出现异常就不执行下一动作,同时巡回监测其他动作部分,发现异常立即进入报警和应急处理状态。2.2.3数控系统高级诊断随着电子产品和微型计算机
9、的性能价格比的提高,特别是软件技术的迅速发展,近年来,一些新的故障诊断概念和方法成功地引入数控系统,即高级诊断技术。这些高级诊断技术已经走向实用,主要有以下几种。1.通信诊断通信诊断也称远距离系统诊断或“海外诊断”。德国的西门子公司率先在数控系统中采用了这种诊断功能。用户只需把数控系统中专用通信接口连接到普通电话线上,西门子公司维修中心的专用通信诊断计算机的数据电话也连接电话线路上,然后由计算机向数控系统发送诊断程序,对测试数据进行分析并得出结论,随后再将诊断结论和处理办法通知用户。2.自修复系统所谓自修复系统就是在数控系统内设有备用模块,在数控系统的软件中装有自修复程序,该软件运行时一旦发现
10、某个模块有故障,系统即将故障信息显示在CRT上,同时自动寻找是否有备用模块。美国的Cincinnati Milacron公司生产的950数控系统就采用了这种自修复技术,在950数控系统的机笼空余处插装了一块备用的CPU板,一旦系统中所用的4块CPU板中任何一块出现故障,均能立即用备用板替代故障板。3.具有人工智能(AI)功能的专家故障诊断系统所谓专家故障诊断系统是指这样的一种系统:1)在处理实际问题时,本来需要由具有某个领域的专门知识的专家来解决,通过专家分析和解释数据并做出决定。为了像专家那样地解决问题,以计算机为基础的专家系统就需要力求收集足够的专家知识。2)专家系统利用专家推理方法的计算
11、机模型来解决问题,并且得到的结论和专家相同。因此,专家系统的重要部分是推理,这也是专家系统不同于一般的资料库系统和知识库系统的区别。在后两者的系统中,只是简单地储存答案,人们可在机器中直接搜索答案,而在专家系统中储存的不是答案,而是进行推理的能力与知识。4.基于Internet的远程诊断随着数控机床的广泛应用,用户对数控机床的要求也越来越高,不仅要求其具有高自动化的性能,同时也要求具有很高的工作可靠性、维持很高的工作效率。基于Internet的数控机床远程状态监视与故障诊断系统的应用,使上述目的的实现成为可能。该功能既可使机床制造商受益,又可使机床制造商与用户建立起长期和密切的关系,同时为制造
12、厂商和用户创造巨大的经济效益。2.3数控机床现场故障诊断2.3.1调查故障的常规方法数控机床种类颇多,发生故障的原因往往也比较复杂,各不相同。调查故障通常按以下步骤进行。1.调查故障现场,充分掌握故障信息数控系统出现故障后,不要急于动手处理,首先要查看故障记录,向操作人员询问故障出现的全过程。在确认通电对机床无危险的情况下再通电观察,特别要注意确定以下主要故障信息:1)故障发生时报警号和报警提示是什么,哪些指示灯和LED发光二极管指示了什么报警。2)如果没有报警,系统处于何种工作状态,系统的工作方式及诊断结果(诊断内容)是什么。3)故障发生在哪个程序段,执行何种指令,故障发生前进行了何种操作。
13、4)故障发生在何种运行速度下,进给轴处于什么位置,与指令值的误差量有多大。5)以前是否发生过类似故障,现场有无异常现象,故障是否重复发生。2.分析故障原因,确定检查的方法和步骤在调查故障现象、掌握第一手材料的基础上再分析故障的起因。故障分析可采用归纳法和演绎法。2.3.2数控系统故障的诊断和排除在故障诊断过程中,应充分利用数控系统的自诊断功能,如系统的启动诊断、运行诊断、PLC的监控功能等,根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息,同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法,如交换法、隔离法等。数控机床故障诊断使用的仪器及其主要诊断功能与作用如下。1.测振仪诊断测振仪是振动检测中
14、最常用、最基本的仪器,它将测振传感器输出的微弱信号放大、变换、积分、检波后,在仪表或显示屏上直接显示被测设备的振动值大小。为了适应现场测试的要求,测振仪一般都做成便携式。图2-1所示为Fluke 810振动诊断仪。2.3.3故障诊断使用的仪器测振仪用来测量数控机床主轴的运行情况、电动机的运行情况,甚至整机的运行情况。可根据所需测定的参数、振动频率和动态范围、传感器的安装条件、机床的轴承形式(滚动轴承或滑动轴承)等因素,分别选用不同类型的传感器,如涡流式位移传感器、磁电式速度传感器和压电加速度传感器等。2.红外测温仪诊断红外测温是利用红外辐射原理,将对物体表面温度的测量转换成对其辐射功率的测量,
15、采用红外探测器和相应的光学系统接收被测物不可见的红外辐射能量,并将其变成便于检测的其他能量形式予以显示和记录。图2-2所示为VT04可视红外测温仪。图2-1Fluke810振动诊断仪图2-2VT04 可视红外测温仪 图2-3双通道示波器3.示波器诊断 数控系统维修通常用频带宽度为10100MHz范围内的双通道示波器(图2-3)。4.PLC编程器诊断不少数控系统的PLC控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编程、调试、监控和检查。这类编程器型号不少,如SIEMENS公司的S7、S5,OMRON公司的PRO-13PRO-27等。图2-4MITSUBISHI FX-20P PLC编程器 5.IC测试
16、仪诊断 这类测试仪可离线快速测试集成电路的优劣,是数控系统进行片级维修时必需的仪器。它按测试的常用中、小规模数字电路、大规模数字电路和模拟电路分类,如图2-5所示。图2-5IC测试仪这是一种使用通用微型计算机技术的新型数字集成电路在线测试仪器。它的主要特点是能够对焊接在电路板上的集成电路直接进行功能、状态和外特性测试,确认其逻辑功能是否失效。6.IC在线测试仪诊断 图2-6IC在线测试仪 7.短路追踪仪诊断短路是电气维修中经常碰到的故障现象,如果使用万用表寻找短路点往往很艰难。例如电路中某个元器件击穿短路,由于在两条连线之间可能并接有多个元器件,用万用表测量出哪一个元器件短路比较困难。再如对于变压器绕组局部轻微短路的故障,一般万用表测量也无能为力。图2-7短路追踪仪逻辑分析仪是专门用于测量和显示多路数字信号的测试仪器,通常分8、16、64个通道,即可同时显示8个、16个或64个逻辑方波信号。与显示连续波形的通用示波器不同,逻辑分析仪显示各被测点的逻辑电平、二进制编码或存储器的内容,通过仿真头可仿真多种常用的CPU系统,进行数据、地址、状态值的预置或跟踪检查,如图2-8所示。8.逻辑分析仪诊断 图2-8逻辑分析仪
