CN102284886B - 一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置，包括上位PC机与下位机测试仪，上位PC机与下位机测试仪通过串行通信总线连接；下位机测试仪包括：继电器类故障测试与诊断模块、手轮失效故障测试与诊断模块、电源类故障测试与诊断模块、刀架类故障测试与诊断模块、超程故障测试与诊断模块、按钮故障测试与维修模块、LCD黑屏测试与诊断模块、保险丝故障测试与诊断模块、通信与控制模块和示波器模块；上位PC机内设有远程诊断指导、典型安装调试步骤指导、模块交换法查询、软件的安装应用指导、典型资料整理备份指导、通信和示波器等部分。本发明能直接应用于数控机床的现场装调指导与故障诊断，操作、携带方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于数控机床的辅助装置，具体地说是一种便携式的智能化的数控机床装调指导与故障诊断装置。
背景技术
目前，已有多种数控机床故障诊断与维修实验装置，但都是侧重于提高查找故障的能力与经验，不能直接应用于现场的故障诊断。
数控机床维修主要凭经验。故障诊断最常用的方法为观察检查法、CNC系统自诊断法、PLC程序法、参数检查法、模块交换法等。其中模块交换法是用备用的电路板、组件暂时代换怀疑有问题的电路板、组件，从而快速判断故障的一些方法，它是除了装置自诊断外最简单和行之有效的方法，是对技术人员的知识要求最少的一种方法。对于现代数控机床的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作，尽最大可能缩短故障停机时间。
发明内容
为了克服现有数控机床故障诊断与维修实验装置不能直接应用于现场故障诊断的问题，本发明的目的是提供一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置。该装置综合常用故障诊断方法，能直接应用于数控机床的现场装调指导与故障诊断，操作、携带方便。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置，其特征在于：该装置包括上位PC机与下位机测试仪，上位PC机与下位机测试仪通过串行通信总线连接；所述下位机测试仪包括：继电器类故障测试与诊断模块、手轮失效故障测试与诊断模块、电源类故障测试与诊断模块、刀架类故障测试与诊断模块、超程故障测试与诊断模块、按钮故障测试与维修模块、LCD黑屏测试与诊断模块、保险丝故障测试与诊断模块、通信与控制模块和示波器模块；所述上位PC机内设有远程诊断指导部分、典型安装调试步骤指导部分、与下位机测试仪中硬件对应的模块交换法查询部分、软件的安装应用指导部分、典型资料整理备份指导部分、通信部分和示波器部分，通信部分通过串行通信总线与下位机测试仪连接。
本发明中，在下位机测试仪内设有万用表及常用备用元器件和工具，在上位PC机内设有仿真软件。
本发明中，下位机测试仪在故障诊断中侧重于模块交换法，工作时，上位PC机与下位机测试仪协同工作，具有数控机床装调指导、故障诊断功能。上位PC机能给予判断推理、提示指导，下位机测试仪能提供模块交换法所需的模拟模块，同时提供相应的诊断工具。
本发明具有很高的实用性，对初学者或知识层次有所欠缺的维修人员尤为必要，能部分弥补经验不足的问题，摆脱了完全靠经验进行故障诊断与维修。
本发明为数控机床装调、故障测试与诊断提供了综合的、重点突出的、结构层次清晰、功能独立、诊断效率更高的仪器解决方案，降低了数控机床维修常备设备及维修的成本，降低了对维修人员素质的要求。操作、携带方便，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中下位机测试仪的结构示意图。
图3是本发明中上位PC机的结构示意图。
图4是本发明中电源类故障测试与维修模块结构示意图。
图5是本发明中继电器类故障测试与诊断模块结构示意图。
图6是本发明中手轮失效故障测试与诊断模块结构示意图。
图7是本发明中按钮故障测试与维修模块结构示意图。
图8是本发明中LCD黑屏测试与诊断模块结构示意图。
图9是本发明中保险丝故障测试与诊断模块结构示意图。
图10是本发明中刀架类故障测试与诊断模块结构示意图。
具体实施方式
一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置，见图1，该装置包括上位PC机1与下位机测试仪2，下位机测试仪2包括：继电器类故障测试与诊断模块21、手轮失效故障测试与诊断模块22、电源类故障测试与诊断模块23、刀架类故障测试与诊断模块24、超程故障测试与诊断模块25、按钮故障测试与维修模块26、LCD黑屏测试与诊断模块27、保险丝故障测试与诊断模块28、通信与控制模块29和示波器模块20。上位PC机1内设有远程诊断指导部分11、典型安装调试步骤指导部分12、与下位机测试仪中硬件对应的模块交换法查询部分13、软件的安装应用指导部分14、典型资料整理备份指导部分15、通信部分16和示波器部分17，通信部分16通过串行通信总线3与下位机测试仪2连接。在下位机测试仪2内设有万用表及常用备用元器件和工具，在上位PC机1内设有仿真软件。
图2是本发明中下位机测试仪的结构示意图。图3是本发明中上位PC机的结构示意图。本发明是软件与硬件相结合，上位PC机软件与下位机测试仪协同工作，通过串行通信总线通信，采用下位机测试仪的模拟模块功能、测试工具测试功能进行现象分析，再通过上位机软件观察与指导完成故障诊断、或完成新机床的装调指导。
下位机测试仪分析系统需求、按照数控机床多发故障及模块交换法诊断。为方便携带，使用便携式PC，当然用台式机也可以，但少了便携性。上位PC机对数控机床进行数据备份管理指导、安装调试指导、远程诊断指导、对数控机床进行仿真、网络化通讯管理等工作。
典型安装调试步骤指导部分12包括：
(1)十字工作台的安装、调整指导；(2)变频器安装及参数调整指导(设置要点及步骤、主要参数设置值)；(3)数控系统参数(设置要点及步骤、主要伺服控制参数、主要主轴控制参数、主要机床行程与坐标参数、主要补偿参数、通信参数)的设置调整指导。
与下位机测试仪中硬件对应的模块交换法查询部分13包括：
(1)继电器类故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(2)手轮失效故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(3)电源类故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(4)刀架类故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(5)超程故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(6)各类按钮故障测试与维修模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(7)LCD黑屏测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
(8)保险丝类故障测试与诊断模块的硬件构成及特点，操作方法，故障测试与诊断示例。
通信部分16使用串行通信，用于PC机对下位机测试仪相应硬件的控制。控制功能包括刀架功能的模拟，对下位机测试仪开关量的控制，对下位机测试仪模拟量的采集与处理等。
典型资料整理备份指导部分和通信部分15充分利用计算机的强大功能，按照设计好的用户应用软件中备份分类指导功能，可轻松完成数控机床故障诊断与维修的资料整理。系统会提示大家建立什么样的数据库，并且在每次维修完成后都会提醒把新的维修经验或典型数据资料保存到数据库或硬盘中。
远程诊断指导部分11主要是指计算机要具备有线和无线上网功能。具备：
1.常用数控机床维修论坛网址向数据库的备份添加功能。
2.常用数控机床专业维修公司咨询及联系方式向数据库的备份添加功能。
电源类故障测试与诊断模块23见图4，其中，231是电流表、232是电源、233是连接导线、234是限流电阻、235是电源批示灯、236是测试机床用接线端子。
数控机床的电源分为三级，从一次电源到三次电源，依次为派生关系，其造成的故障频次和难度也依次增加。所以维修中主要为三次电源故障。
一次电源即由车间电网供给的三相380V电源，它是数控机床工作的总能源供给。要求该电源要稳定，一般电压波动范围要控制在5％～10％，并且要无高频干扰。
二次电源由三相电源经变压器从一次电源派生。派生出单相交流220V和三相交流220V，供给伺服放大器电源组件和其他工作电源。
三次电源是数控机床使用的各种直流电源，它是由二次电源转化来的。主要由开关电源或DC/DC电源模块提供的低压直流电压，这些电压有：+5V、±12V、+24V等，分别做为测量光栅、数控单元和伺服单元电气板的电源。
(1)控制单元的电源。从外部输入24VDC电源给0i/0i Mate系统控制单元供电。推荐的外部24VDC电源(稳压电源)指标：(电源电压必须满足UL1950电源及电路配置的要求)。输出电压：+24V±10％(21.6V～26.4V)；输出电流：连续负载电流必须大于CNC的耗散电流(在强电柜内允许的最高温度下)。由于外部输出或其它因素使负载波动时输出电压不要超出上述范围。
(2)分离型检测器接口单元规格。接口单元能提供0.35A(5V)给每个分离型检测器。
(3)机床I/O接口的DO的外部电源。电源电压：24V+10％；电源电流：大于(含瞬间最大负载电流总和+100mA)。
(4)FANUC I/O Link。+5V端子用于光缆I/O Link适配器；普通电缆连接时为24V。
(5)手摇脉冲发生器和脉冲编码器。使用5V直流电源。电缆电阻引起的电压降不能超过0.2V。
数控机床电源的分析及高发故障的部分，可以用本模块实现数控机床上开关电源的故障判断。在故障测试诊断仪上提供接口，供故障检查维修时使用。主要提供+5V、±12V、+24V接线端子。
继电器类故障测试与诊断模块21见图5。其中，211是测试机床用接线端子、212是连接导线、213是继电器1、214是继电器2、215是连接导线、216是测试机床用接线端子、217是接触器模块。
在数控机床的电气故障中，CNC系统和伺服驱动系统发生的故障概率较低，而数控机床的强电控制电路故障率较高。在数控机床的强电控制电路中，继电器、接触器作为连接控制回路与主回路之间的电气元件和PLC的输出执行元件被大量使用，数控机床的功能越多，使用的继电器、接触器越多。继电器、接触器由于吸合动作频繁，往往容易发生故障。
继电器类故障多可用PLC检测，但当二者同时都显示故障迹象时，可用此模块甄别到底是PLC内部故障、接线故障还是继电器本身故障，及检验更换正常继电器的效果。
图7是本发明中按钮故障测试与维修模块结构示意图。其中，261是手动按钮、262是控制板软件控制的模拟开关、263是接近开关、264是测试机床用接线端子。
各类按钮是操作人员可用的数控机床的主要输入控制元件，大多数作为PLC、CNC的输入信号。如果出现故障会使数控机床的运行出现意想不到的结果。
本模块主要配备按钮、由上位机控制的定时或延时闭合的模拟限位开关及接口。用以辅助甄别接线故障、PLC内部故障。模块与超程故障测试与维修模块共用。
图6是本发明中手轮失效测试与维修模块结构示意图。其中，221是接电源模块地、222是接电源模块+5V、223是手轮、224是手轮上的接线端子、225是连接导线、226是测试机床用接线端子。
如果手轮操作不能进行，可能有以下原因：手轮本身故障；伺服没有激活(没准备好)；手摇脉冲发生器没有正确连接到内装I/O接口或I/O模块；内装I/O接口或I/O模块的I/OLink没有分配或没有正确分配等，所以维修起来有一定的难度。
本模块主要配备标准手轮，并设置相应的接线端子。用以辅助甄别手轮本身故障和手摇脉冲发生器没有正确连接(断线)故障(正常使用的机床多发故障)。如果不是此类故障在进行其他故障的诊断。本模块达到了维修时先多发再少发、先以后难的原则，有利于提高维修的效率。
图8是本发明中LCD黑屏测试与诊断模块结构示意图。其中，271是连接导线、272是高压电压表、273是高压控制开关、274是LCD高压灯管、275是接电源模块地、276是接电源模块+12V、277是电源指示灯、278是与机床匹配的标准LCD高压灯管插口、279是测试机床用耐高压接线端子。
图9是本发明中保险丝故障测试与诊断模块结构示意图。其中，281是保险丝、282是短接插槽、283是连接电流表用短接插针、284是电流表、285是短接插针、286是与机床匹配的常用熔断器标准插针、287是测试机床用接线端子。
图10是本发明中刀架类故障测试与诊断模块结构示意图。其中，241是测试机床用接线端子、242是连接导线、243是电路板数字量输入端子、244是光耦隔离与滤波模块、245是CPU、246是光耦隔离与驱动模块、247是电路板数字量输出端子、248是连接导线、249是刀位指示灯、2403是正转指示灯、2404是反转指示灯、2405是通信模块、2406是通信接口、2407是A/D、D/A模块、2408是A/D、D/A接口。
本发明使用时步骤如下：
(1)首先，应先用CNC系统自诊断法对数控机床进行故障测试与诊断。根系数控设备装调及故障测试诊断系统的软件功能模块进行查找并解决。
(2)属测试仪测试诊断范围并且按上述步骤不能解决的即可使用下位机测试仪，选择相应的模块，同时在PC机上设置，按相应的模块交换法进行操作，诊断出故障并维修。
(3)解决问题后，按提示进行维修经验与故障档案的入库。
本发明使用时注意事项如下：
(1)必须断电后才可换电路板或组件。
(2)有些电路板，例如PLC的I/O板上有地址开关，交换时要相应改变设置值。
(3)对保险类元件替代一定要在排除电路其它故障后进行，以免再次损坏。不要随意代替保险丝，更不要随意扩大保险元件的容量。
(4)不要随便拆卸元器件，对可疑元器件拆卸后若无故障，则必须当时还原，以免无法恢复原状。
(5)元器件代换时严格要求同类型、同规格、同功率。
(6)热敏元件及集成电路等元器件的焊接时间不宜过长，以免烧坏元器件。
Claims (2)
1.一种便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置，其特征在于：该装置包括上位PC机(1)与下位机测试仪(2)，上位PC机(1)与下位机测试仪(2)通过串行通信总线(3)连接；所述下位机测试仪(2)包括：继电器类故障测试与诊断模块(21)、手轮失效故障测试与诊断模块(22)、电源类故障测试与诊断模块(23)、刀架类故障测试与诊断模块(24)、超程故障测试与诊断模块(25)、按钮故障测试与维修模块(26)、LCD黑屏测试与诊断模块(27)、保险丝故障测试与诊断模块(28)、通信与控制模块(29)和示波器模块(20)；所述上位PC机(1)内设有远程诊断指导部分(11)、典型安装调试步骤指导部分(12)、与下位机测试仪(2)中硬件对应的模块交换法查询部分(13)、软件的安装应用指导部分(14)、典型资料整理备份指导部分(15)、通信部分(16)和示波器部分(17)，通信部分(16)通过串行通信总线(3)与下位机测试仪(2)连接。
2.根据权利要求1所述的便携式数控机床智能化装调指导与故障诊断装置，其特征在于：在下位机测试仪(2)内设有万用表及常用备用元器件和工具(200)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Hongxia Inventor before: Zhen Jiujun |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171102 Address after: 056002 No. 2, unit 1, building 99, 1101, south of the Five Ridges Road, Fuxing District, Hebei, Handan Patentee after: Zhang Hongxia Address before: 210016 East Zhongshan Road, Jiangsu, Nanjing, China, 532-2 Patentee before: Nanjing Institute of Industry Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180608 Address after: No. 315, Fuxing Road, Fuxing District, Handan, Hebei Province Patentee after: Hebei Ke Jiang Metallurgical Machinery Co., Ltd. Address before: 056002 No. 2, unit 1, No. 99 south of the Five Ridges Road, Fuxing District, Handan, Hebei 1101 Patentee before: Zhang Hongxia |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130109 Termination date: 20190511 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |