数控机床状态诊断新技术

罗立凤

上海宝钢工业技术服务有限公司

Luo Lifeng

Shanghai Baosteel Industry Technological Service Co. Ltd

摘要  本文对数控机床的精度和状态诊断采用了一种完全不同于传统的采用静态精度进行管理的诊断方法，直接采用数控系统CNC系统和伺服驱动控制器中的内部控制参数进行诊断，具有数据采集精度高、外部完全无干扰的特点。对研究数控机床精度丧失模式及影响因素，进而开展对关键部件的动态诊断和失效评估，掌握数控机床的状态变化规律、分析数控机床精度丧失模式及影响因素、产品加工质量变化趋势，提高产品质量的稳定性，具有重要的意义。

关键词  数控机床  状态诊断  数控系统

0 引言

    机床设备作为装备制造业的基础设备，在国民经济中起着极其重要的作用，其状态的优劣直接影响这产品的质量，进而影响着生产的正常进行。

    目前，国内对机床整机性能评估，特别是针对数控机床整机性能的研究很少。相关的研究主要集中在机床伺服进给系统性能评估方面的研究，很多工作还是采用圆运动方法实现机床运动精度的检测与诊断。主要研究的方向集中于机床精度方面，而对于机床整机性能评估则尚未有比较实用的方法出现。

    采用上述方法固然可获取机床进给轴的状态信息，实现机床静态性能的评估，但不能对机床的运动进行在线测量和连续监测，难以实现快速的机床整机性能在线评估，另一方面外加传感器的安装、机床状态信息数据的传输等问题也制约了其应用，从而为数控机床的在线监测、故障诊断和工作性能的评估带来了困难，难以实现高档数控机床的全寿命周期管理与机床状态的动态服务跟踪。

    在实践生产过程中，常常出现机床静态精度检查正常，也未出现任何故障，数控系统也无任何报警信息，但出现产品加工质量异常。例如钢管车丝机车丝时锥度超标、轧辊磨床磨削轧辊时表面出现振纹，导致机床不得不停机检修，而且在这种情况下往往很难找到机床出现问题的真正原因，经过反复调整后，即使问题得到解决，检修人员对于故障发生的原因还是一无所知。

1  基于数控系统的数控机床动态信息获取技术

    以机床自身数控系统为依托，通过数控系统的机床动态信息通讯接口，获取数控机床的状态信息。通过构建状态控制与信息获取系统以全面获取机床状态信息，可以准确地获得某一个传动链（主轴或伺服进给轴）的电流、扭矩、速度、位置、功率等参数的波形，以此为基础，通过对信号曲线变化的频率进行分析，可得出该传动链的运行状态。此外，也可以同时获取两根进给轴在联动运动时的状态信息，例如位置信息，可以很方便地合成刀具的实际运动轨迹。

1.1  西门子SINUMERIK 840D数控系统的机床状态参数获取

    SINUMERIK 840D数控系统主要由数控及驱动单元（NCU）、人机通信单元（MMC和OP）、可编程逻辑控制器（PLC）三大模块组成。由图1可看出，SINUMERIK 840D数控系统向用户OEM程序提供了专用接口以供其进行数据采集以及指令控制。HMI或者用户OEM程序与NCK/PLC之间的数据交换就是通过MPI接口、Windows动态数据交换机制（DDE）等实现的.

图 1  840D数控系统各模块之间数据交互方式

    通过SINUMERIK 840D数控系统的变量服务，OEM程序可以获取NCK/PLC中的变量，进而就可以得到机床电机的电流强度、负载大小、进给轴的位置、进给速度、电机输出功率、输出扭矩等机床性能状态参数。

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