《数控机床故障诊断》课件

《数控机床故障诊断》课件（1）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，掌握数控机床故障诊断技术是正确使用数控机床的基础。（2）学习和掌握数控机床故障诊断技术已成为当今机械设计制造及其自动化专业学生的自觉行动。本课程的目的1、数控机床的组成与特点A:数控机床的组成。能够进行复杂型面零件的加工，解决工艺难题。。提高生产率。具有柔性。减轻工人的劳动强度B、数控机床的特点2．我国数控机床的发展现状起步年代：1958开始研制

目前生产能力：2001年国内数控机床产量已达万台.国产数控系统：。华中理工大学华中一型、华中二型。北京航天机床数控集团航天一型。中科院沈阳计算机所蓝天一型。中国珠峰数控公司中华一型

3．数控机床的故障与诊断技术01．数控机床的故障诊断的意义及作用数控机床自产生开始就占有重要的地位：

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备，由于样板形状复杂寥样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。

1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床的研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。

高性能数控机床属于战略物资：冷战时期，高性能、高精度数控机床被列入“巴统”禁运清单。

1982—1983年著名的“东芝事件”，起因于日本东芝公司卖给莳苏联几台大型五轴联动数控铣床，从而大大提高了苏核潜艇螺旋桨加工精度，大幅度降低了潜艇噪声，导致美国对日本制裁。

当时，三轴以及三轴以上联动的数控系统，曾先后被列为对我国禁运物资，现在，“巴统”尽管已取消，但西方国家在与我方有关先进数控机床及其重要配套装备的贸易中，仍对我多方歧视和限制。如我国企业想进口五轴联动、高精度的数控机床，需要经对方政府批准，而且不得用于军事用途．1)2001～2005年中国数控机床消费额占机床悄费的60%，将近60亿美元。

2007年，中国机床拥有量(金属切削和成形)约500万台，数控机床约60万台(50%为低档)，其中：低、中、高档之比约为50：48，2。

2)美国拥有数控机床约60万台。其中：低、中、高档之比约为0：50：50。

3)日本拥有数控机床50万台。其中：低、中、高档之比约为0；60；40。

说明我国与工业发达国家相比有较大的差距。即，中国数控机床机床数控化还有较大的发展空间和相当大的发展潜力。对数控机床进行维修的必要性：数控机床是一种过程控制设备。要求在实时控制的每一时刻都准确地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿，严重地影响和制约生产效事的提高。在许多行业中，花费／几十万到上百万美元引进的数控机床，其设备均处于关键的工作岗位。若其出现故障后不及时维修及排除故障，就会造成较大的经济损失。数控机床的故障诊断：

是数控机床使用过程中重要组成部分，也是目前制约数控机床发挥作用的主要因素之一。通常情况下，数控机床的生产厂家会加强数控机床的故障诊断与维修的力量，可以提高数控机床的可靠性，有利于数控机床的推广和使用。

数控机床故障诊断及维修

的主要内容

3、数控机床故障诊断技术的形成及发展划分为三个阶段:1、初期阶段数控机床一旦出现故障，操阼人员必须马上采取措措施。停止系统运行，保护好现现场，先进行故障捡测，随之对故障判定及隔离，分离出故障的部位或模块，最后对故障进行定位。

具体方法有直观法、参数检查、替换法、测量发、原理分析法、电压拉偏法、开环检测法、敲击法和局部升温法等。2、迅速发展阶段近年来随着电子测量技术、信号处理技术、通信技术、计算机及人工智能技术的发展，数控机床故障诊断技术也有了很大的发展。

（1）通讯诊断(远程、海外诊断）用户机床的通讯口通过线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户特点：实用简便；有一定的局限性该时期的诊断方法主要有以下几种：（2）自修复系统当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统（3）人工智能专家故障诊断系统（4）人工神经元网络(ANN)诊断

ANN具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出，并且神经网络将经过学习所得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。3、智能集成阶段未来数控机床的故障诊断发展的方向：（1）多信息量融合、（2）多传感器融合技术、（3）故障诊断与控制系统的集成以及智能化集成等．（1）多信息量融合对状态监测所得到的信息进行融合，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结合层次诊断模型，依照深浅结合的推理进行诊断。把监测所得到的信息处理集成到诊断系统中，进行在线数据处理与诊断推理，实现非实时诊断到实时诊断的转变，集信息诊断与智能诊断的统一。（2）多传感器信息融合就是充分合理地选取各种传感器，提取对象的有效性信息，充分利用多个传感器资料。通过对它们合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上冗余信息或互补信息依据某种准则来进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述，使该信息系统由此获得比它的各组成部分的子集所构成的系统更为优越的性能．多传感器信息融合技术的必要性传统单因素监测和信息处理已显得力不从心。多传感器信息融合概念的提出，为CNC状

态监测开辟了新途径。方法：采用信息融合技术，先对同二层次的信息进行融合，获得更商层次的信息，再汇入相应的信息融合层次，这样从底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。由于神经网络具有大规模并行处理能力、抗干扰能力及高度的非线性特性，可将它用于多传感器信息融合．3)降低误判、漏判，提高诊断准确度。作用:1)监测系统进行加工状态监视，以及提供故障情况下的状态信息以保证数据机床长期无故障运行，以及在故障情况下快建诊断和排除故障。

2)对状态信息分析,提取特征以供监视或故障诊断使用。（3）故障诊断与控制系统的集成把诊断系统与控制系统结合起来，达到集成监测、诊断、控制、管理于一体。它是分布式诊断系统，全系统对各子诊断系统的结论进行综合，于系统有一定的决策能力，但在信息的处理方法、对设备的干预和决策等方面受控于上层诊断单元。(4)智能化集成诊断

将传感器信息融合与人工智能技术、ANN技术相结合，建立出集监测、诊断为一体的智能集成系统，是CNC故障诊断的新方向。特点：该系统充分利用多种形式的知识（经验知识、状态知识、物理知识等）诊断推理，结合多种故障信息(征兆信息，状态监测信息等)进行综合诊断，叮实现实时监测与诊断。它进一步提高了智能诊断与决策水平和CNC机床诊断的自动化程度。因此，开展CNC机床智能集成诊断系境的研究具有重要的理论意义和较大的实用价值。数控机床故障1.故障的基本概念故障—数控机床全部或部分丧失原有的功能。故障诊断—在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。2.故障的分类

1）从故障的起因分类关联性故障—和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障—和系统本身结构与制造无关的故障。

2）从故障发生的状态分类突然故障—发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障—发生前有故障征兆，逐渐严重。3）按故障发生的性质分类软件故障—程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。硬件故障—电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。干扰故障—由于系统工艺、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。4）按故障的严重程度分类危险性故障—数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。安全性故障—机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。3.数控系统的可靠性数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：

MTBF—平均无故障时间

MTTR—排除故障的修理时间平均有效度A：

A=MTBF/（MTBF+MTTR）数控设备使用寿命—故障频率曲线4.数控机床维修的特点

1）数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；

2）一些重要设备处于关键的岗位和工序，因故障停机时，影响产量和质量；

3）数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。