數控機床故障診斷系統的設計與實現

陳宏超

摘 要：數控機床的常見故障可以根據故障現象和機床電氣原理圖，查看PLC的相關輸入輸出狀態診斷故障。但這需要有關人員對于設備的電氣控制等比較熟悉，而且很多故障也不能完全根據順序控制程序加以診斷排除。本文通過對數控機床常見故障的分析和總結，設計建立了故障數據庫與故障診斷查詢系統，便于維修人員查找和分析故障發生原因，解決問題。

關鍵詞：機床故障；診斷系統；設計

1.機床故障診斷系統設計

1.1故障診斷系統總體設計

機床故障診斷系統分為機床內部診斷系統和外部輔助診斷系統。內部診斷系統利用數控系統內置的故障診斷顯示功能，通過PMC編程和人機界面的鏈接功能，將順序控制中可能出現的故障通過一個子程序實現初步處理和進一步處理提示。外部診斷系統則借助面向對象編程技術，集成數控機床診斷系統和維修經驗以及專家知識，構造人機界面友好的交互式診斷維修軟件系統。鑒于診斷維修方面的復雜性和不斷發展的特點，采用面向對象的分析、設計、編程技術有利于診斷系統的繼續開發、不斷發展的特點，采用面對對象的分析、設計、編程技術有利于診斷系統的繼續開發、不斷完善。

1.2系統需求分析與功能目標

系統主要包含如下功能：

（1）設備各級各個單元的特征描述及控制方案。

（2）設備各部分的故障知識管理。

（3）各種故障的逐級樹網分析。

（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數據庫設計

系統所用的數據庫主要包括系統用戶表、系統拓撲表、系統故障表、系統程序表、系統參數表等。系統用戶表中設置用戶級別，0級為一般用戶，可進行故障診斷與查詢等一般系統應用；1級為知識庫管理者，可對系統組成、故障信息、程序知識、參數知識等進行管理；2級為系統管理員，可對用戶、知識等進行管理。系統拓撲表中通過設置上級功能ID、上級結構ID來對各組成部分的拓撲關系進行管理，從而可以構成系統樹形視圖。

系統故障表也通過對故障間的從屬關系進行編號管理而形成樹形結構，從而初步實現故障樹分析功能；還通過對故障的發生部位進行編號對應而實現故障與部位的關系管理。系統程序表和參數表也借鑒故障表的管理方法而實現部位對應和樹形解析。

2.數控機床故障診斷系統的實現

2.1數據庫實現

根據數控機床的特點，系統結構主要分為主軸、運動軸、旋轉軸、刀庫、自動刀具交換機構（ATC）、自動臺面交換機構（APC）、工裝、控制器、輔助機構等幾大部分。各部分又可大致分為主運動、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。各模塊又可分為數控/序控、輸入/輸出、伺服/電氣、驅動、傳動、執行、檢測/反饋、觸發、保護/封裝等幾大功能組分，如主軸轉動可分為數控指令處理/順序程序控制邏輯條件運算、串行主軸通信電纜、主軸伺服放大器模塊、主軸伺服電機、主軸傳動皮帶、主軸本體、主軸電機編碼器及反饋線、主軸轉停按鈕等。各組分又可大致劃分為輸入、處理、存儲、控制、運算、轉換、輸出、封裝等幾大系統成分，各系統成分又可進一步分解。

根據運動介質及其狀態的不同，系統可分為機、電、液、氣、磁、聲、光、輻射等不同構成成分，應用最多的主要是機、電、液、氣。機床輔助部分主要有內置/外置排屑、床身沖水、油霧收集器、濾油器、安全門、安全光幕等。

系統故障可根據不同功能部位進行定位分解，主要分為CNC系統、主軸、進給軸、刀庫、ATC、APC、旋轉軸、夾具、輔助機構等幾大部分，各部分故障又可根據結構和功能進一步分解，最終分解為比較根本的元故障。

2.2數據庫連接

對于數據庫的連接，首先在公共類CADOConnection中設置接口函數GetSQLConStr和Open以獲取連接SQL語句和數據庫打開方式。

其中數據庫連接驅動Provider采用SQLOLEDB程序，服務器和數據庫分別由變量IP和DBName指定，并采用信任連接，當然也可釆用用戶名和密碼方式：使用Open方法建立到數據源的物理連接。然后在應用程序類CCNCApp的初始化函數InitlnstanceO中通過調用CADOConnection對象的成員函數Open和GetSQLConStr并傳遞變量IP和DBName創建全局數據庫連接。

2.3整體模塊

系統主要分為用戶登錄模塊、用戶管理模塊、設備構造管理模塊、設備故障樹管理模塊、設備故障庫管理模塊、設備參數管理模塊、設備順序程序管理模塊、設備故障診斷模塊、設備故障號查詢模塊等。通過對各個模塊分別進行設計與編程，最終集合成為集診斷查詢與管理功能于一體的數據庫應用程序。

2.4故障樹管理模塊

當用戶選擇“知識庫管理”下的“故障樹管理”菜單項時，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，可以在各個節點處進行修改、刪除，或添加子故障。

故障樹管理對話框實現如圖2.1。借助于這種樹形視圖，可以方便的構造故障樹知識庫，并可增加樹的層次和節點信息，從而有利于故障樹分析的展開。

2.5故障診斷模塊

當用戶單擊“系統應用”的“故障診斷”菜單項時，故障診斷對話框彈出，其中設置故障發生部位選擇區、故障主要現象選擇區、故障主要原因選擇區等。故障診斷對話框的實現如圖2.2。當機床發生1042號報警時，首先明確故障部位發生在ATC系統，點擊相應的樹節點后，再進一步選擇故障發生的主要現象，例如刀臂在抓刀時停止，這時幵始診斷，軟件將調出故障樹知識庫對應的內容，以故障樹視圖的形式供維修人員檢查判斷參考，一旦確定相應的故障原因，如刀臂夾刀棒卡死，即給出相應的原因分析和故障對策，指導維修人員進行維修處理。這樣，即使對機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驗和新學到的知識補充完善到知識庫中，從而不斷提尚維修水平，豐富完善知識庫。

結論

通過利用數據庫技術和面向對象編程技術，將設備故障診斷和維修等知識系統的組織成知識庫，通過數據庫應用程序實現了故障的診斷查詢、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

[1]楊中力.數控機床故障診斷與維修.大連理工大學出版社.2006.