数控机床控制及故障诊断系统设计分析

学术论文 2017-12-06 10:09:37
    引言
    数控机床对于当前时代的发展具有重要的意义,特别是在时代发展速度不断提升的今天,对于我国经济发展的重要性也是在不断的提升。数控机床是一种典型的机电一体化的系统,并在实际的制造行业发展中发挥了重要的作用。但是,数控机床控制系统在当前的情况下还存在较多的问题,尤其是故障诊断的不及时,以及发生频率较高的故障问题,都是会对制造业的进一步发展产生较大的影响。因此,数控机床的控制系统设计,故障诊断系统的有效实施,对于数控机床运行效率的显著提升,对于当前经济的进一步发展都是具有重要的意义,需要在数控机床应用的过程中,不断进行故障诊断系统的设计与完善,才能保证数控机床控制系统实现原有的功能。
    1 数控机床发展的现状
    (1)数控机床的内涵。所谓数控机床,主要是指在使用数控技术基础上的机床,更为简单的来说,就是在机床中安装了数控系统。根据国际信息处理联盟技术委员会对于其定义,主要是指机床中安装有程序控制系统,借助于这些系统的存在能够实现机床的绝大多数的功能。
    (2)数控机床的发展历程。数控机床的发展是在二十世纪四十年代中开始,当时的机械工程师已经是提出了在机械加工中应用数字控制技术的思想。具体应用的时间实在1970年左右,当时英特尔公司开发出了相应的微处理器,正式实现了在机械加工中应用数字控制的目的。不仅如此,在近半个世纪的发展中,数字化处理技术的不断完善,计算机的普及,以及机械加工行业的有序发展,都是促进了数字化控制在机械加工行业中的应用,不仅是提高了生产效率,还在一定程度上促进了社会经济的有效增长。当前,数控机床发展出现了两个趋势,一方面,是数控系统逐渐向着网络化的方向发展。随着计算机技术的普遍应用,对于各行各业都是产生了巨大的影响,特别是在数控系统开放程度不断提升的过程中,实现了数控系统的通用性和适应性的提升。同时,利用PC机还能够丰富数控系统的硬件资源,对于数控系统的柔性和扩展性的提升也是具有重要的意义。另一方面,是数控系统出现了智能化的发展趋势。当前的时代,是一个智能的时代,人工智能的出现,并且伴随着在计算机领域的渗透不断提升,对于数控系统的影响也是在不断地提升。在这样的背景下,数控系统已经是逐步引入了神经网络控制机理、自适应控制机理以及模糊系统的控制机理,实现了数控系统的自动编程,前馈控制以及自适应控制等,在工艺上也是实现工艺参数的自动生成以及三维刀具补偿等,这些技术的有效利用提升了机械加工的质量,还能够改善人机之间的关系,使之朝着人机互动更加友好的方向发展。值得注意的是,在智能化发展的过程中,***系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置,还能够实现自动识别负载并进行参数优化的目的。
    (3)数控机床发展的现状。数控机床具有较高的生产能力,在制造业中发挥了巨大的功能,因此,数控机床一经面世,就是收到了较高的关注,获得了较大的市场。但是,在数控机床应用的过程中,还是存在着一些问题,这些数控机床中存在的故障,不仅是难以保证其生产进度和生产效率,还会在一定程度上造成社会经济的损失。对于数控机床中存在的故障,具体可以归纳为以下几类:首先,数控机床的驱动部件存在的问题。数控机床中的驱动部件主要是指伺服电动机,主要发生故障的驱动部件就是异步型交流伺服电动机。在这种伺服电动机中由于轴承、转子以及定子等各个部位的不同,发生故障的严重程度和影响程度也是会有所不同。在轴承中经常发生的故障是轴承的脱落或者是磨损,并且由于转子和定子之间的气隙存在的不均衡问题,不仅是会造成机床的振动超速,还会造成倒条和端环承受力分布的涣散。其次,数控机床支承部件存在的问题。在数控机床中的支承部件主要是指其轴承。轴承对于数控机床的正常运转具有重要的作用,在多数情况下是有内外圈、保护架以及滚动体等部分组成的。在数控机床支承部件中最为重要的轴承是滚动轴承,该轴承有着弹簧性和非弹簧性两种性质,并且在使用的过程中能够实现各个部件之间的振动。由于非线性弹簧性质的存在,极为容易造成滚动轴承的磨损,一旦出现磨损甚至会威胁到整个设备的正常使用。最后,数控机床传动设备存在的问题。数控机床的传动设备只要是指机床导轨、工作台以及溜板和滑座,在这些部件中机床导轨的对于整个产生的意义最为重大,几乎是影响到了数控机床加工的精密程度以及机床的使用寿命。因此,机床导轨与数控机床之间的关系最为紧密。在传动设备中最常见的问题就是在于导轨表面出现变形的问题,这种变形会使得整个导轨表面的摩擦阻力发生变化,会在机床运行的过程中影响到润滑问题,以及受力面积不均衡问题。
    2 对数控机床故障诊断系统的设计
    在数控机床中可能出现的问题不仅是会影响到数控机床的实际生产,还会对企业以及社会的产生不利的影响。因此,针对于在数控机床中存在的问题,应该设计出相应的数控机床故障诊断系统,尽可能保证在最高效的时间内解决问题。
    (1)设计出数控机床自我诊断功能。目前,数控机床对于我国的制造业的发展具有重要的意义,因此,在实际的应用中的范围较大,应用数量也是相对较多,需要在数控机床研发的过程中,借助于先进的检测设备,尤其是精密水平仪、精密方箱以及测微仪等,实现直接对于故障源的测量,并且结合人工智能检测的方法,对在电气系统中存在的问题进行诊断和解决。不仅是如此,一旦发生多台机床同时运作的过程中出现问题,就需要进行信号处理和逻辑推断的方式,才能实现故障的诊断和解决。在对多台数控机床进行问题诊断的过程中可以采用信号分析的方法,这种方法能够更为精确的判断机床的振动以及温度变化的情况,精确的找到故障源。信号分析方法主要是有两种,一种是时域分析法,另外一种是频域分析法,前者主要是在分析的过程中使用原有确定的数学模型,并针对数控机床在实际操作中的信号的波形在时间变化中的规律,应用典型数据抽样的方式进行相关的分析和计算。其实质是借助于数学函数计算信号的峰值与标准偏差。相对于前者来说,频域分析法是一种以非正弦周转性电路为基础,并且能够实现子啊动态数据分析的基础上,对信号进行更为深层次的分析和处理。
    (2)数控机床控制诊断系统的设计。在诊断数控机床诊断的基础上,应该设计出相应的数控机床解决系统,才能保证尽可能降低问题产生的后续影响。一方面,应该建立起相应的硬件控制系统。建立这样一个系统的主要目的是,能够在这个系统平台中实现为用户搭建电路的目的不仅是如此,还能够实现各个相关的硬件仪器之间的有效连接。当收集到一定得数控机床操作数据之后,还需要将相应的图像输送到数据库中,在传递的过程中要保证传递的信息具有较高的真实性和准确性。为了达到这个目的,需要选择一些精度较高,分辨率高的数据采集卡,并且配置高质量的数据电线电缆,只有只有这样才能保证传输信号的质量较高。另一方面,制定出数控机床控制的网络化结构。在现在社会中,由于计算机的普遍使用,各行各业之间的联系愈加紧密,已经是形成了网络化的社会结构。这种结构的形成在数控机床控制中也是具有重要的作用,需要在诊断数控机床问题的过程中,实现与网络技术,通信技术等进行联系,保证在前端诊断出相应问题的基础上,在后台控制中能够尽可能实时的解决问题。这就需要将互联网设备与数控机床有机的连接起来,在系统分析问题的基础上,有维修工程师实时的对问题进行计算,制定出最佳的或者是最优的解决方案,实现数控机床问题的快速解决。
    3 结论
    数控机床是一种典型的机电一体化的系统,数控机床故障诊断系统的设计与实现,对于提升数控机床生产的效率具有重要的意义。不仅如此,数控机床故障的及时诊断,不仅是可以降低问题带来的损失,还可以借助于前馈诊断技术,消灭一些尚未出现的问题,进一步提升其生产效率。在当前时代发展的过程中,由于市场以及消费者对于机械加工提出了更多新的要求,对于机械加工产品的质量要求也是在不断地提升,在这样的情况下,需要对于数控机床的控制系统和诊断系统进行深入的研究,并且借助于现代化的技术手段,实现有效提升数控机床的运行效率,改善数控机床中存在的问题。
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