淺談數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺的設計與應用

侯軍燕

（柳州鐵道職業(yè)技術學院，江西 柳州 545616）

隨著現(xiàn)代機械制造業(yè)的突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控機床在工業(yè)中的運用越來越廣泛，數(shù)控技術所產(chǎn)生的故障率也隨之增加。在所有的故障因素中，電氣故障尤為突出，如何高效地排除這些故障是每個維修技術人員必須面臨的問題；此外，數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，與之對應的電氣功能設計也較為復雜、多樣，維修技術人員在短時間內(nèi)維修水平提升慢與目前急需穩(wěn)定生產(chǎn)的數(shù)控機床矛盾欲加尖銳；數(shù)控機床出現(xiàn)電氣故障原因種類多，診斷方式又各有不同，需技術人員大量的實踐儲備，積累故障診斷經(jīng)驗，才能高效地解決電氣故障問題。因此，結合各種數(shù)控類型、故障原因和診斷方法等多種因素，設計輔助維修技術人員完成數(shù)控機床電氣故障平臺顯得尤為重要。

1 數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺總體設計

機床電氣故障診斷輔助平臺由電氣故障現(xiàn)象、電氣故障分析、故障排除和故障備案四個部分組成。在故障診斷過程中，由電氣故障數(shù)據(jù)庫、電氣安裝圖庫、電氣排故方法庫中的數(shù)據(jù)信息送入平臺內(nèi)部，通過人機交互界面呈現(xiàn)給維修技術人員，技術人員根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析判斷故障原因，生成診斷方案，完成診斷過程。電氣故障診斷輔助平臺設計原理如圖1 所示。

圖1 電氣故障診斷輔助平臺設計原理圖

數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺總體思路從電氣故障現(xiàn)象出發(fā)，幫助技術人員分析電氣故障的原因，提供必要的圖紙資料，制定故障排除方案，引導技術人員按故障排除步驟分步完成，最后對電氣故障排除過程整理和備案。

2 數(shù)控機床電氣故障診斷分析及數(shù)據(jù)庫構建

2.1 數(shù)控機床電氣故障類型及電氣故障庫構建

數(shù)控機床常見的電氣故障類型有電源故障、斷路故障、短路故障、開關與控制器故障和軟件故障。電源故障常常導致機床不能啟動，從根源上切斷數(shù)控機床的能量供給，采用的診斷方法有可靠接地、增加穩(wěn)壓設備、隔離強弱電等措施；斷路故障常出現(xiàn)在接觸器觸點與元件接觸不良、壓線螺絲松動等；當電路中存在連接錯誤，或小電阻導體短接就發(fā)生了短路故障，常見的原因有絕緣層老化、受潮短路、接觸器互鎖失效等，斷路短路故障一般采用萬用表分段進行檢測確定；開關與控制器故障有接觸器、繼電器觸點接觸不良、繼電器線圈燒穿等，解決辦法為直接更換元氣件；軟件故障即參數(shù)和梯形圖故障，當電池電量低時，數(shù)控機床參數(shù)容易丟失，產(chǎn)生參數(shù)報警，更換硬件如主軸連接方式改變而沒有及時調(diào)整參數(shù)也可造成軟件故障，對于此類故障，應根據(jù)手冊、報警號查找相應原因，設定參數(shù)，排除故障。

不同的電氣故障現(xiàn)象，有不同的電氣故障原因和不同的診斷方法，分析統(tǒng)計每類故障產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因和診斷方法，把故障點具體部位、位置編號和參數(shù)與數(shù)據(jù)庫的字段聯(lián)系起來，建立電氣故障數(shù)據(jù)庫。在診斷分析和方案制定階段，技術人員可通過輔助平臺中的故障點信息，快速地制定診斷方案。

2.2 數(shù)控機床電氣控制文件及電氣控制線路圖庫構建

數(shù)控機床電氣操作動作說明、機床電氣原理圖、機床電氣裝配圖、機床電氣布置圖和機床電氣元件材料表是電氣故障診斷中需要查閱的文件。電氣原理圖是數(shù)控機床電氣控制原理及各電器元件相互作用的表示方式，一般由主電路、控制電路、保護、配電電路等幾部分組成，通過原理圖可以知道使用了哪些元件、各起什么作用、元件之間的控制關系、工作過程及工作特點是什么(如主軸電動機的起動、制動和調(diào)速方式等)。機床電氣裝配圖和布置圖指明了每個元件的實際安裝和布線位置，還包括如何安裝、安裝時的注意事項等。機床電氣元件材料表主要是數(shù)控機床電氣控制中使用元件和導線的屬性的展示，包含元件和導線的尺寸、型號、規(guī)格和使用方法等參數(shù)，方便技術人員更新、替換電氣元器件和導線。

在診斷電氣故障前，把機床電氣原理圖、機床電氣裝配圖、機床電氣布置圖和機床電氣元件材料表導入電氣故障診斷平臺，建立電氣控制線路圖庫電氣診斷排故階段，技術人員可通過輔助平臺隨時調(diào)用需要的圖紙，可多窗口展示不同圖紙中可疑區(qū)域的上下控制元件、前后接線位置以及材質(zhì)屬性，使技術人員準確定位故障點。

2.3 數(shù)控機床電氣排故原則及電氣排故方法庫構建

數(shù)控機床電氣排故應遵循先外后內(nèi)、先靜后動、先公后專等原則。在保證安全的前提下，先用觀察法對故障區(qū)域、故障類型做仔細檢查，初步判斷。然后，通過按動按鈕、輸入測試程序，動態(tài)觀察元件觸點動作情況，定位故障線路；使用專用儀表檢查主電路模塊狀態(tài)，包括接地、PLC 輸出，確定沒問題后再進行專項檢查，可快速定位故障點。

數(shù)控機床電氣故障維修的常用方法有觀察法、程序測試法、替換診斷法等。通過使用觀察法，可以直觀診斷故障部位是否出燒焦、松動、跳閘等現(xiàn)象，查看報警信息和梯形圖；可以聽機床運行的聲音，是否與平常不同；也可以通過觸摸元件外表是否有過熱現(xiàn)象、元件連接是否松動。也可使用M、S、G 和T 指令輸入系統(tǒng)，測試機床外圍設備運行情況，判斷系統(tǒng)與PLC 之間的信號傳輸是否暢通。替換診斷法為把故障元件更換為同類功能正常元件的處理方式，當技術人員已經(jīng)確定了故障點，為進一步驗證位置，常采用此方法。

統(tǒng)計數(shù)控機床電氣故障診斷維修過程中的原則和方法，建立電氣排故方法庫。把電氣診斷原則和排故方法與故障現(xiàn)象關聯(lián)起來，創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，針對故障現(xiàn)象，輔助平臺可幫助技術人員選用合適診斷解決方法，提高電氣故障診斷維修的效率。

3 數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺功能及應用

3.1 電氣故障診斷輔助平臺功能設計流程圖

輔助平臺中測試機床運行情況，由技術人員完成后記錄在平臺中，平臺通過匯總數(shù)控機床異常情況，為技術人員提供故障可能的分析報告，技術人員根據(jù)實際情況制定診斷方案，利用萬用表等儀表快速發(fā)現(xiàn)故障點，依據(jù)故障點的特點，平臺提供了可行的排故方法，幫助技術人員完成排故。最后，技術人員通過人機交互界面，在平臺數(shù)據(jù)庫中備案，完成故障診斷。流程圖如圖2 所示。

圖2 輔助平臺流程圖

3.2 數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺應用

下面以FANUC 0i mate 系統(tǒng)的數(shù)控車床主軸（模擬主軸）不能正轉為例，說明數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺的使用（圖3）。

圖3 數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺應用過程

首先，打開輔助平臺并登錄，能夠看到四個功能按鍵，點擊“診斷排故”按鈕，進入測試窗口，輸入數(shù)據(jù)機床系統(tǒng)型號，技術人員平臺按提示信息對機床進行測試并記錄。由平臺統(tǒng)計異常測試結果，交給技術人員評估，發(fā)現(xiàn)主軸反轉手動和程序輸入均有效，僅不能正轉。

然后，技術人員通過輔助平臺診斷窗口查看主軸電氣原理圖，初步圈定是主軸正轉繼電器線圈不得電造成的。在輔助平臺上查看電氣安裝圖，借助萬用表，找到主軸繼電器安裝位置，測試主軸正轉控制電路，發(fā)現(xiàn)電路暢通，排除電路故障后，認定正轉繼電器損壞。

使用替換診斷法，通過平臺查看繼電器型號，同時，平臺還給出了該型號繼電器的額定電壓、額定電流等參數(shù)，技術人員可比對參數(shù)，找同類型的繼電器替換。重新上電測試數(shù)控機床運行，發(fā)現(xiàn)主軸正轉功能已恢復正常。

最后，將診斷排故結果輸入平臺，由平臺生成檢測報告單，同時，平臺把本次診斷時間、診斷過程、診斷方法和診斷結果都記錄在數(shù)據(jù)庫中，技術人員可隨時查看。

4 結語

通過數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺，技術人員能有條理地完成數(shù)控機床全方位的功能測試，準確地篩選出故障區(qū)域；通過輔助平臺提供的圖紙資料，幫助技術人員能快速地發(fā)現(xiàn)故障問題部位；由輔助平臺提供豐富的電氣故障維修常用方法，高效地解決電氣故障問題，恢復數(shù)控機床各項功能。總之，數(shù)控機床電氣故障診斷輔助平臺在數(shù)控機床電氣診斷排故全過程的使用，極大地提高了技術人員的工作效率，在實際生產(chǎn)中有較高的應用價值。

參與文獻：

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[3]李光輝,馮志明,張冠英.基于RCM 理論的電氣設備故障診斷專家系統(tǒng)[J].計算技術與自動化,2003,22(z1):269-271.DOI:10.3969/j.issn.1003-6199.2003.z1.081.

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