【摘要】本文介绍了几种目前已应用于生产中和正在研究中的关键故障诊断技术。 【关键词】数控机床；故障诊断；技术分析 【中图分类号】TG659 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0183-02
1.故障诊断技术组成
数控机床的故障诊断技术大体由三部分组成：（1）对造成电气和机械部件失效的疲劳、磨损、断裂、腐蚀、蠕变、氧化等物化原因的研究；（2）对故障诊断的信息研究。即故障信号的采集、处理与分析的研究；（3）对数学原理与诊断逻辑方面的研究。通过模型方法、逻辑方法、推理和人工智能（AI）方法，判断故障发生的部位和发生故障的原因。
2.数控机床故障诊断概述
2.1 故障诊断主要内容现代故障诊断的主要内容应包括实时监测技术，故障分析（诊断）技术和故障修复方法三个部分。从信息获取到故障定位，再到故障的排除，作为单独的技术领域发展的同时，又作为故障诊断的技术共同协调发展。
2.2 数控机床故障诊断常用的方法
2.2.1 直观法由维修人员利用感觉器官，观察故障发生时的各种声、光、味等异常现象，查看CNC机床系统的各个模块和线路，有无烧毁和损伤痕迹，迅速将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这是一种最基本和常用的方法。2.2.2.CNC系统自诊断法数控系统的自诊断功能，已经成为衡量数控系统性能的重要指标，数控系统的自诊断功能实时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在CRT上显示报警信息，或通过发光二极管指示故障的原因、故障模块，这是CNC机床故障诊断维修中最有效和直接的—种方法。
2.2.3 功能程序测试法功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生可能的部位和故障原因。
2.2.4 模块交换法所谓模块交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，利用备用的印刷线路板、模板、集成电路芯片或元件替换有疑点的部分，将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，从而快速判断故障部位的方法。
2.2.5 原理分析法根据CNC组成原理，从系统各部件的工作原理着手进行分析和判断，从逻辑关系上分析电路故障疑点的逻辑电平和特征参数，从而确定故障部位的方法。这种方法对维修人员要求很高，必须熟悉整个系统或每个部件的工作原理，才能对故障部位进行定位。
3.数控机床故障诊断的关键技术分析
3.1 通信诊断通信诊断也称为远距离系统诊断或“海外诊断”。比如西门子公司在CNC系统诊断中采用了这种功能。用户把CNC系统中专用“通信接口”连接到普通电话线上，维修中心的专用通信诊断计算机中的“数据接口”也连接到网络上，然后由计算机向CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行分析并得出诊断结论，然后将诊断结论和处理方法通知用户。通信诊断系统除用于故障发生后的诊断外，还可为用户作定期的预防性诊断，维修人员不必到现场，只需按预定的时间对机床做一系列试运行检查，在维修中心分析数据，即可诊断出数控机床可能存在的故障隐患。但这类CNC系统必须具备远距离诊断接口及联网功能。
3.2 自修复系统在CNC系统的软件中装有自修复程序，该软件一旦发现某个模块有故障时，系统一方面将故障信息显示在CRT上，同时自动寻找是否有备用模块。如有则系统能自动使故障模块脱机而接通备用模块，从而使系统较快地进入正常工作状态。所谓自修复实际上是“冗余”概念的一种应用，非常适用于无人管理的自动化工厂或不允许长时间停止工作的重要场合。但自修复技术需要将备用板插到机笼的备用插槽上，从理论上讲，备用模块的品种越多越好，但这无疑会增加系统成本。所以，往往系统只配备一些极其重要的或易出故障的备用板。另外，要求备用板与系统其他部分通信联系应与替代的模板相同。因此，本方案只适用于总线结构的CNC系统。
3.3 人工智能与专家系统这种方法是通过调用知识库的相应知识，经推理机构的推理获得所需的结论。应用于数控系统诊断的人工智能技术有两方面的内容，即诊断专家系统和人工智能数据库。
3.3.1 诊断专家系统故障诊断专家系统与传统诊断技术相比具有如下特点：①通过对各种诊断经验性专门知识的形式化描述，不仅可突破专家个人的局限性而广为传播，而且也是对科学方法论的一个发展；②克服人类诊断专家供不应求的矛盾；③可以结合其他诊断方法，综合利用各类专家的知识、经验，实现在线监测故障、离线诊断与分离故障；④具有人一机联合诊断功能，可充分发挥人的主观能动性；⑤具有知识获取和自学习功能，能在使用过程中日趋完善。3.3.2.人工智能数据库主要包括加工参数的自动设定和图形功能等。加工参数的自动设定功能实际是一个工艺参数库，能根据被加工工件的材料、加工余量等自动确定切削用量、选取加工刀具及设定加工条件，它不但需要积累大量工艺数据，还必须具有某种学习功能及推理能力。通常将其与故障诊断专家系统联系在一起，建立一个综合专家系统，以提高系统的可靠性及诊断维修性能。
3.4 神经网络诊断3.4.神经网络诊断神经网络（ANN）具有联想、容错、自适应、自学习和处理复杂多模式等特点。将被诊断系统的症状作为网络输入，所得到的故障原因作为网络输出，且将经过学习所得到的知识以分布的方式隐式地存储在网络上，每个输出神经元对应—个故障原因。目前常用的算法有误差反向传播（BP）算法、双向联想记忆（BAM）模型和模糊认识映射（FCM）等。3.5.多传感器信息融合技术多传感器信息融合就是充分合理地选取各种传感器，提取对象的有效信息，把空间或时间上的冗余信息或互补信息依据某种准则进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述，由此获得比各组成部分的子集所构成的系统更为优越的性能。利用多传感器对CNC进行诊断能大大降低误判率、漏判率，提高诊断准确度。先对同一层次的信息进行融合，获得更高层次的信息，再汇入相应的信息融合层次，这样从低层至顶层对多元信息进行整理合并，逐层抽象，从而取得比单一传感器更准确更具体的诊断结果。神经网络可用于多传感器信息融合。
4.常见电气故障维修和排除
电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
4.1 电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。
4.2 数控系统位置环故障
4.2.1 位置环报警可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
4.2.2 坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
4.2.3 机床坐标找不到零点可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
5.结束语
数控机床故障诊断及维护在内容、手段和方法上与传统机床有很大的区别，具备数控机床故障诊断技术是正确使用数控机床的基础。维修好数控机床，充分发挥设备的使用功能具有极大的经济价值和社会意义。
参考文献
[1]丁乃建.近几年数控系统发展的特点[J].世界制造技术与装备市场，2000
[2]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000
