数控机床是个复杂的系统 ,一台数据控机床既有机械装置、液压系统 ,又有电气控制部分和软件程序等。数控机床传动系统的故障原因一般有 :(1)机械锈蚀、磨损和损坏 ;(2 )元器件老化、损坏和失效 ;(3)电气元件、插接元件接触不良 ;(4)环境变化 :如电流和电压波动、温度变化、压力变化和流量的波动。 (5 )软件程序丢失或被破坏等 ,维修的关键是故障的诊断。在机床电气传动系统中 ,机床的横梁能根据其工件的不同高度 ,进行上下调整移动 ;进行切削时 ,要求横梁必须夹紧在立柱上 ,以保证加工质量和工作安全可靠。本文设计了机床电气传动系统部分故障诊断系统 ,能及时诊断所发生的故障。1 横梁夹紧机构工作原理如图 1所示。该机构的工作原理 :操作采用“点动” ,能自动完成放松—移动—夹紧的全过程 ,首先使横梁夹紧机构自动放松 ,到完全放松后 ,夹紧电动机自动停止 ,接着自行启动移动电动机 ,使横梁移动 ,在此按行程控制 ,横梁自动夹紧于立柱上。横梁在上下两个方向移动的距离应受到限制 ,向上不应碰到上梁 ,向下不应碰到左右侧刀架 ,在此用行程开关保证。横梁移动与夹紧结构要相互连锁 ,两者不能同时工作 ;横梁移动与主拖动 (工作台 )要相互连锁 ,两者不能同时动作。图 1 横梁夹紧机构工作原理图2 诊断系统设计原理(1)系统原理 (方框图如图 2所示 )在故障诊断过程中 ,可以对横梁夹紧结构的整体进行一系列的指标测试 ,以判断其是否有故障。如果发现故障 ,则对这些模块逐级进行测试 ,找到出现故障的模块后 ,就可以进入这一模块内部进行测试诊断 ,直到找出故障点。系统通过对这些设备进行指标测试 ,利用正确的推理机制 ,依据知识库中的专家知识与经验 ,诊断出设备的故障 ,并提供解决方案。图 2 (2 )设计关键技术本系统的推理机制 ,依据确定知识的推理算法实际上就是产生或规则的匹配 ,属于人工智能领域最基本的算法。本系统采用正向推理技术 ,把规则的原因部分同当前现场数据的征兆值相匹配 ,并将每一步推理的结果存入现场数据 ,此过程反复至不产生新的匹配为止。最后 ,依据现场数据中的故障确定推理结果。为此 ,我们引入了“信任率”的概念。设事实 (征兆 )Ｅ1,Ｅ2 ,… ,Ｅｎ,结论 (故障 )Ｈ1,Ｈ2 ,… ,Ｈｍ。特性表中 ,特性值Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) (ｌ≤ｉ≤ｍ ,ｌ≤ｊ≤ｎ ,0 <Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) ≤ 1) 表示故障Ｈｉ 发生时征兆Ｅｊ出现的频度。令ＮＣ(Ｈｉ,Ｅｊ,Ｈｋ) =Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) @(Ｐ(Ｈｋ,Ｅｊ) @@(1-Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) )称为Ｅｊ 出现时Ｈｋ 对Ｈｉ 的信度区分率。其中 @非负减 ,定义为 :ｘ @ｙ =ｉｆｘ≥ｙｔｈｅｎｘ-ｙｅｌｓｅ 0@@(这里称之为负非减 )定义为ｘ @@ｙ =ｉｆｘ≥ｙｔｈｅｎｘ-ｙｅｌｓｅｘ同样 ,令ＮＣ(Ｈｉ,Ｅｊ,Ｈｋ) =(1-Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) @((1-Ｐ(Ｈｋ,Ｅｊ) @@Ｐ(Ｈｉ,Ｅｊ) ,称为Ｅｊ不出现时Ｈｋ 对Ｈｉ 的信度区分率。此专家系统的设计大量应用了信任率的模型。(3)故障诊断专家系统的基本结构故障诊断专家系统的基本结构如图 3所示。3 诊断故障实例湖南桃江机械厂Ｃ6 2 0— 1型机床自投入以来运行一直不稳定 ,频谱监测后 ,利用此专家系统诊断为减速器里的轴套损坏和润滑不良。当即停机检查 ,确实为此故障。4 结语此故障诊断专家系统可分为三个方面 :(1)故障监测。当系统的主要功能指标偏离了期望的目标范围时 ,就认为系统发生了故障。并按程度图 3 故障诊断专家系统的基本结构分别给出早期警报、紧急警报 ,乃至强迫系统停机等处置。(2 )故障分析。根据检测到的信息和其它补充测试的辅助信息寻找故障源 ,故障源可以是零件、部件甚至是子系统。(3)决策处理。一方面当系统出现故障征兆时 ,通过综合分析 ,对设备状态的发展趋势作出决策。系统采用面向对象的编程方法 ,用ＶＣ 6 0的ＭＦＣ (基本类库 )进行编程 ,具有很强的可扩展性 ,数据具有开放性 ,界面易于操作。基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的应用程序 ,其图形与用户实现了良好的人机交互。系统经过多次运行 ,效果良好 ,具有广阔的应用前景数控机床电气传动部分故障诊断专家系统的设计与实现@鄢腊梅$株洲工学院机械系!湖南株洲市412008,电话:0733-8111808
@袁友伟$株洲工学院机械系!湖南株洲市412008,电话:0733-8111808机床;;专家系统;;知识库;;推理机制本文开发了数控机床电气传动部分故障诊断的专家系统 ,介绍了系统的结构 ,系统运行表明 ,设计合理 ,可靠性高【1】杨 萍,王生源转动机械故障诊断专家系统ROFD的实现计算机应用学会与软件,1999Vol.13(3)
【2】陈永利,赵 霞,赵利军PLC在机床电气传动系统中的应用微计算机信息,1999Vol.15(6)
【3】王润孝,秦现生机床数控原理与系统西安:西北工业大学出版社,1996(3)
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