单位名称：济宁市技师学院 山东省 济宁市 272000
摘要：随着信息化浪潮席卷全球各个领域，数控机床已经得到了全面而广泛的应用。数控机床作为一种机电一体化的加工机械设备具有十分明显的优势，一般而言，数控机床是一个十分复杂庞大的系统，主要是由电子电力、自动化控制、电机、检测、计算机、机床、液压、气动和加工工艺等系统组成，因此对于数控机床而言，任何一个系统出现了故障，都将会带来十分繁琐的故障诊断和维修过程，同时也会大大的降低工件的加工精度降低，严重时甚至会导致机床停机、生产停顿,给企业带来无法挽回额巨大经济损失。所以基于这一现状，加强数控机床故障诊断的研究是十分必要的。
关键字：故障诊断；数控机床；振动信号；时频分析；局域波法；数据库
引言
数控机床是是一种一体化、自动化程度非常高的机械加工设备，技术先进，机构十分复杂，一般价格也会十分昂贵。在如今，数控机床已经得到了广泛的接受和采用，已经成为各大中小企业中生产加工的关键设备。正是由于数控机床系统的复杂性，也同时导致了其加工工作的准确性，但是同时也导致了其每一个系统发生故障维修诊断的不确定性。对于数控机床而言，任何一个系统出现了故障，若故障诊断处置不及时都有可能造成生产停顿等严重生产事故，这就要求对数控机床故障诊断和分析必须具有时效性和准确性，以最快的速度修复故障，维持数控机床的正常工作，最大程度的降低经济损失[1]。
1、数控机床的发展历程
不同于传统的加工加床，数控机床作为信息时代的产物具有很高的数字化程度，是目前使用十分广泛的自动化加工设备。
数字化的数控机床最早可以追溯到上个世纪40年代，通过数字化的控制程序来实现工件的深度精加工。1947年美国的帕森斯公司为了提高直升机叶片的加工精度，开始提出采用全数字程序控制的加工机床来对叶片轮廓的加工路的思路,这就是最早的的数控机床概念被提出。然后随着信息化时代的高速发展，电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术得到了爆发性的发展，数控机床的发展也越来越快和完善，总体来说数控机床的发展，大致可以划分为五个发展阶段[2,3]。
第一代为1949年帕森斯公司与麻省理工学院共同研究开发的数控机床。这一数控机床的岩质前后耗时三年,是世界首台全自动数控坐标锉铣床。限于当时电子元器件技术的限制，首台数控机床的所用的电子元件采用的是比较低级的电子管，这也成为了第一代数控机床的主要特征。
第二代的数控机床的研究主要开始于1958年，随着电子元器件的升级换代，第二代的数控机床已经开始大面积的采用晶体管元件和印制电路板。第二代数控机床具有明显的柔性制造系统。
第三代数控系统开始于1956年，此时的数控机床已经开始采用小规模集成电路,使得数控装置的体积减小,功耗降低,可靠性提高，虽然第三代数控系统然仍是一种硬件逻辑数控系统，但加工精度和自动化程度已经得到了很大的改善。
随着计算机的加入，标志这第四代数控系统的问世，第四代数控系统开始大规模的采用集成电路和型通用电子计算机对机床进行控制。
自1975年来，随着信息革命的开始，集成电路的发展正朝着小型化的方向高速发展，这就使得微处理器可直接用于数控系统,，从而促进了数控机床得到了质的飞越，开始大面积普及。
2、.数控机床的发展趋势
如上文所述，如今的微电子和计算机技术的发展越来越成熟，微电子和计算机技术开始被广泛的应用于各个行业和领域，柔性制造系统以及计算机集成系统。这些高级自动化的系组成了现代数控机床的控制基础，同时也代表了了当今数控机床发展额未来趋势。
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2.1计算机直接数控系统
首先对于数控机床而言，目前主要的发展趋势为直接采用计算机的直控系统，即采用一台计算机对数控机床进行预定机床加工工艺程序编制，然后将预先编制好的程序存储在机床的数据箱当中，然后采用统一存储的方式对大量的零件加工程序进行管理。另外也可以采用中央计算机对一群数控机床进行实时控制，这也被称为计算机群控系统。
在目前的机床控制系统当中，机床的各个子系统都可以实现独立控制，然后通过计算机联成网络，实现分级控制。在当今信息化高速发展的的今天，计算机在数控机床当中的应用已经不仅仅只适用于零件加工程序的编制，而是可以同时完成刀具的输送的控制过程，形成了一条由计算机控制的数控机床自动生产线[2]。
2.2柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统也是当今数控机床的重要发展方向，柔性制造系统本质上就是将一群数控机床用自动传送系统连接起来,并置于一台主计算机的统一控制之下,形成一个用于制造的整体。这一系统的最大特点就是只采用一台主计算机便可以实现对机床整体的所有的硬、软件控制系统的管理。
3、数控机床故障诊断的内容
数控机床从诞生到现在前后经历了数十年的发展，已经越来越成熟和普及。对于普通数控机床而言，主要可以分为强电继电器、接触器控制两大控制部分。所以，对这种数控机床的故障诊断往往也会比较直接明了。所需要的检测仪器也十分的简单和常见，如万用表。这种数控机床的故障诊断的过程主要分为问、看、嗅、听、量等诊断程序。这种故障诊断的方法虽然能够满足普通数控机床的故障诊断，但是也存在着很大的缺陷和不足，因为这种诊断方法对维修者的工作经验具有十分重要的依靠性，这时的故障诊断水平是处在初级阶段。
3.1数控机床故障的分类
一般而言，数控机床的故障可以大致分为软件故障、硬件故障和干扰故障这三种。其中,软件故障通常是由于在进行控制程序是出现的编制错误导致的，同时也有可能是机床操作失误、参数设定不正确等因素造成的机床故障。硬件故障顾名思义是由电子元器件、润滑系统、换刀系统、限位机构。所谓的干扰故障便是指系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生的机床控制故障[3]。
在另外一方面来看，即从数控机床的结构方面来看，数控机床的故障可以大致分为机床本体故障、电气故障与数控装置系统故障。数控机床本体故障为整个数控机床的主要故障,包括主轴箱故障,导轨副和丝杆螺母副的配合故障,润滑及支承的预紧故障,液压和气动装置故障。电子控制系统故障约占整个故障的,包括伺服系统故障,检测元件故障,机床电器故障,执行电器及各种电机故障。
3.2数控机床机械故障诊断方法及应用
数控机床机械故障诊断包括对机床运行状态的识别、预测和监视三个方面的内容。通过对数控机床机械装置的某些特征参数,如振动、噪声和温度等进行测定,将测定值与规定的正常值进行比较,以判断机械装置的工作状态是否正常,若对机械装置进行定期或连续监测,便可获得机械装置状态变化的趋势性规律,从而对机械装置的运行状态进行预测和预报。在诊断技术上,既有传统的“简易方法”,又有利用先进测试手段的“现代诊断方法”。表所示为数控机床机械故障诊断的方法。其中利用振动信号进行不解体故障诊断是最常见的故障诊断方法,设备在工作时产生振动是不可避免的,内部工作零部件的性能状态信息通过一定的传递路径反映到其表面振动信号中[3]。
结束语
随着信息化浪潮席卷全球各个领域，数控机床已经得到了全面而广泛的应用。数控机床作为一种一体化、自动化程度非常高的机械加工设备，技术先进，机构十分复杂，一般价格也会十分昂贵。因此加强数控系统的故障诊断的方法研究和应用具有十分重要的意义。目前新一代的数控系统的故障主要分为软件故障、硬件故障和干扰故障三大类，通过对机床运行状态的识别、预测和监视三个方面的内容对数控机床的故障进行诊断分析。
参考文献
[1]王伟奇. 数控机床机械故障诊断方法的研究及应用[J]. 山东工业技术, 2017(15):19-19.
[2]朱传敏, 周润青, 陈明,等. 故障树与案例推理在数控机床故障诊断专家系统中的应用研究[J]. 制造业自动化, 2011, 33(10):21-24.
[3]张莹. 数控机床机械故障诊断方法的研究及应用[D]. 大连理工大学, 2005.
论文作者:亢淑娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：数控机床论文; 故障论文; 故障诊断论文; 机床论文; 系统论文; 计算机论文; 机械论文; 《防护工程》2018年第29期论文;