數(shù)控機床控制及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計分析

  引言
       數(shù)控機床對于當前時代的發(fā)展具有重要的意義，特別是在時代發(fā)展速度不斷提升的今天，對于我國經(jīng)濟發(fā)展的重要性也是在不斷的提升。數(shù)控機床是一種典型的機電一體化的系統(tǒng)，并在實際的制造行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。但是，數(shù)控機床控制系統(tǒng)在當前的情況下還存在較多的問題，尤其是故障診斷的不及時，以及發(fā)生頻率較高的故障問題，都是會對制造業(yè)的進一步發(fā)展產(chǎn)生較大的影響。因此，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)設(shè)計，故障診斷系統(tǒng)的有效實施，對于數(shù)控機床運行效率的顯著提升，對于當前經(jīng)濟的進一步發(fā)展都是具有重要的意義，需要在數(shù)控機床應(yīng)用的過程中，不斷進行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與完善，才能保證數(shù)控機床控制系統(tǒng)實現(xiàn)原有的功能。
       1 數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀
       （1）數(shù)控機床的內(nèi)涵。所謂數(shù)控機床，主要是指在使用數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)上的機床，更為簡單的來說，就是在機床中安裝了數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)國際信息處理聯(lián)盟技術(shù)委員會對于其定義，主要是指機床中安裝有程序控制系統(tǒng)，借助于這些系統(tǒng)的存在能夠?qū)崿F(xiàn)機床的絕大多數(shù)的功能。
       （2）數(shù)控機床的發(fā)展歷程。數(shù)控機床的發(fā)展是在二十世紀四十年代中開始，當時的機械工程師已經(jīng)是提出了在機械加工中應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)的思想。具體應(yīng)用的時間實在1970年左右，當時英特爾公司開發(fā)出了相應(yīng)的微處理器，正式實現(xiàn)了在機械加工中應(yīng)用數(shù)字控制的目的。不僅如此，在近半個世紀的發(fā)展中，數(shù)字化處理技術(shù)的不斷完善，計算機的普及，以及機械加工行業(yè)的有序發(fā)展，都是促進了數(shù)字化控制在機械加工行業(yè)中的應(yīng)用，不僅是提高了生產(chǎn)效率，還在一定程度上促進了社會經(jīng)濟的有效增長。當前，數(shù)控機床發(fā)展出現(xiàn)了兩個趨勢，一方面，是數(shù)控系統(tǒng)逐漸向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的普遍應(yīng)用，對于各行各業(yè)都是產(chǎn)生了巨大的影響，特別是在數(shù)控系統(tǒng)開放程度不斷提升的過程中，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性的提升。同時，利用PC機還能夠豐富數(shù)控系統(tǒng)的硬件資源，對于數(shù)控系統(tǒng)的柔性和擴展性的提升也是具有重要的意義。另一方面，是數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了智能化的發(fā)展趨勢。當前的時代，是一個智能的時代，人工智能的出現(xiàn)，并且伴隨著在計算機領(lǐng)域的滲透不斷提升，對于數(shù)控系統(tǒng)的影響也是在不斷地提升。在這樣的背景下，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)是逐步引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制機理、自適應(yīng)控制機理以及模糊系統(tǒng)的控制機理，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的自動編程，前饋控制以及自適應(yīng)控制等，在工藝上也是實現(xiàn)工藝參數(shù)的自動生成以及三維刀具補償?shù)龋@些技術(shù)的有效利用提升了機械加工的質(zhì)量，還能夠改善人機之間的關(guān)系，使之朝著人機互動更加友好的方向發(fā)展。值得注意的是，在智能化發(fā)展的過程中，系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進給伺服裝置，還能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別負載并進行參數(shù)優(yōu)化的目的。
       （3）數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀。數(shù)控機床具有較高的生產(chǎn)能力，在制造業(yè)中發(fā)揮了巨大的功能，因此，數(shù)控機床一經(jīng)面世，就是收到了較高的關(guān)注，獲得了較大的市場。但是，在數(shù)控機床應(yīng)用的過程中，還是存在著一些問題，這些數(shù)控機床中存在的故障，不僅是難以保證其生產(chǎn)進度和生產(chǎn)效率，還會在一定程度上造成社會經(jīng)濟的損失。對于數(shù)控機床中存在的故障，具體可以歸納為以下幾類：首先，數(shù)控機床的驅(qū)動部件存在的問題。數(shù)控機床中的驅(qū)動部件主要是指伺服電動機，主要發(fā)生故障的驅(qū)動部件就是異步型交流伺服電動機。在這種伺服電動機中由于軸承、轉(zhuǎn)子以及定子等各個部位的不同，發(fā)生故障的嚴重程度和影響程度也是會有所不同。在軸承中經(jīng)常發(fā)生的故障是軸承的脫落或者是磨損，并且由于轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙存在的不均衡問題，不僅是會造成機床的振動超速，還會造成倒條和端環(huán)承受力分布的渙散。其次，數(shù)控機床支承部件存在的問題。在數(shù)控機床中的支承部件主要是指其軸承。軸承對于數(shù)控機床的正常運轉(zhuǎn)具有重要的作用，在多數(shù)情況下是有內(nèi)外圈、保護架以及滾動體等部分組成的。在數(shù)控機床支承部件中最為重要的軸承是滾動軸承，該軸承有著彈簧性和非彈簧性兩種性質(zhì)，并且在使用的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)各個部件之間的振動。由于非線性彈簧性質(zhì)的存在，極為容易造成滾動軸承的磨損，一旦出現(xiàn)磨損甚至會威脅到整個設(shè)備的正常使用。最后，數(shù)控機床傳動設(shè)備存在的問題。數(shù)控機床的傳動設(shè)備只要是指機床導(dǎo)軌、工作臺以及溜板和滑座，在這些部件中機床導(dǎo)軌的對于整個產(chǎn)生的意義最為重大，幾乎是影響到了數(shù)控機床加工的精密程度以及機床的使用壽命。因此，機床導(dǎo)軌與數(shù)控機床之間的關(guān)系最為緊密。在傳動設(shè)備中最常見的問題就是在于導(dǎo)軌表面出現(xiàn)變形的問題，這種變形會使得整個導(dǎo)軌表面的摩擦阻力發(fā)生變化，會在機床運行的過程中影響到潤滑問題，以及受力面積不均衡問題。
       2 對數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計
       在數(shù)控機床中可能出現(xiàn)的問題不僅是會影響到數(shù)控機床的實際生產(chǎn)，還會對企業(yè)以及社會的產(chǎn)生不利的影響。因此，針對于在數(shù)控機床中存在的問題，應(yīng)該設(shè)計出相應(yīng)的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，盡可能保證在最高效的時間內(nèi)解決問題。
       （1）設(shè)計出數(shù)控機床自我診斷功能。目前，數(shù)控機床對于我國的制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，因此，在實際的應(yīng)用中的范圍較大，應(yīng)用數(shù)量也是相對較多，需要在數(shù)控機床研發(fā)的過程中，借助于先進的檢測設(shè)備，尤其是精密水平儀、精密方箱以及測微儀等，實現(xiàn)直接對于故障源的測量，并且結(jié)合人工智能檢測的方法，對在電氣系統(tǒng)中存在的問題進行診斷和解決。不僅是如此，一旦發(fā)生多臺機床同時運作的過程中出現(xiàn)問題，就需要進行信號處理和邏輯推斷的方式，才能實現(xiàn)故障的診斷和解決。在對多臺數(shù)控機床進行問題診斷的過程中可以采用信號分析的方法，這種方法能夠更為精確的判斷機床的振動以及溫度變化的情況，精確的找到故障源。信號分析方法主要是有兩種，一種是時域分析法，另外一種是頻域分析法，前者主要是在分析的過程中使用原有確定的數(shù)學模型，并針對數(shù)控機床在實際操作中的信號的波形在時間變化中的規(guī)律，應(yīng)用典型數(shù)據(jù)抽樣的方式進行相關(guān)的分析和計算。其實質(zhì)是借助于數(shù)學函數(shù)計算信號的峰值與標準偏差。相對于前者來說，頻域分析法是一種以非正弦周轉(zhuǎn)性電路為基礎(chǔ)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)子啊動態(tài)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對信號進行更為深層次的分析和處理。
       （2）數(shù)控機床控制診斷系統(tǒng)的設(shè)計。在診斷數(shù)控機床診斷的基礎(chǔ)上，應(yīng)該設(shè)計出相應(yīng)的數(shù)控機床解決系統(tǒng)，才能保證盡可能降低問題產(chǎn)生的后續(xù)影響。一方面，應(yīng)該建立起相應(yīng)的硬件控制系統(tǒng)。建立這樣一個系統(tǒng)的主要目的是，能夠在這個系統(tǒng)平臺中實現(xiàn)為用戶搭建電路的目的不僅是如此，還能夠?qū)崿F(xiàn)各個相關(guān)的硬件儀器之間的有效連接。當收集到一定得數(shù)控機床操作數(shù)據(jù)之后，還需要將相應(yīng)的圖像輸送到數(shù)據(jù)庫中，在傳遞的過程中要保證傳遞的信息具有較高的真實性和準確性。為了達到這個目的，需要選擇一些精度較高，分辨率高的數(shù)據(jù)采集卡，并且配置高質(zhì)量的數(shù)據(jù)電線電纜，只有只有這樣才能保證傳輸信號的質(zhì)量較高。另一方面，制定出數(shù)控機床控制的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)在社會中，由于計算機的普遍使用，各行各業(yè)之間的聯(lián)系愈加緊密，已經(jīng)是形成了網(wǎng)絡(luò)化的社會結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的形成在數(shù)控機床控制中也是具有重要的作用，需要在診斷數(shù)控機床問題的過程中，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信技術(shù)等進行聯(lián)系，保證在前端診斷出相應(yīng)問題的基礎(chǔ)上，在后臺控制中能夠盡可能實時的解決問題。這就需要將互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與數(shù)控機床有機的連接起來，在系統(tǒng)分析問題的基礎(chǔ)上，有維修工程師實時的對問題進行計算，制定出最佳的或者是最優(yōu)的解決方案，實現(xiàn)數(shù)控機床問題的快速解決。
       3 結(jié)論
       數(shù)控機床是一種典型的機電一體化的系統(tǒng)，數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，對于提升數(shù)控機床生產(chǎn)的效率具有重要的意義。不僅如此，數(shù)控機床故障的及時診斷，不僅是可以降低問題帶來的損失，還可以借助于前饋診斷技術(shù)，消滅一些尚未出現(xiàn)的問題，進一步提升其生產(chǎn)效率。在當前時代發(fā)展的過程中，由于市場以及消費者對于機械加工提出了更多新的要求，對于機械加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求也是在不斷地提升，在這樣的情況下，需要對于數(shù)控機床的控制系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)進行深入的研究，并且借助于現(xiàn)代化的技術(shù)手段，實現(xiàn)有效提升數(shù)控機床的運行效率，改善數(shù)控機床中存在的問題。