專利名稱：一種數(shù)控機床故障模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控裝置測試方法，具體涉及一種數(shù)控機床故障模擬方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)控裝置的測試和培訓(xùn)等環(huán)節(jié)中，數(shù)控裝置需要與機床及控制電柜一起使用， 這種方式不僅成本高，而且很不方便。為了設(shè)計方便便宜的故障模擬裝置，解決高檔數(shù)控裝 置的故障檢測功能和能力，需要有一種方便可行的數(shù)控機床故障模擬方法來模擬數(shù)控機床 故障、可編程控制器故障、伺服驅(qū)動器和伺服電機故障、主軸驅(qū)動器和主軸電機故障。利用 此種方法模擬出的數(shù)控機床故障要求能用來檢測數(shù)控裝置對數(shù)控機床故障的響應(yīng)、保護(hù)、 自動修復(fù)等能力。目前在網(wǎng)絡(luò)和文獻(xiàn)檢索中尚沒有發(fā)現(xiàn)有類似的方便可行的故障模擬方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種數(shù)控機床故障模擬方法，主要通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表、構(gòu)建 故障設(shè)置信息表、構(gòu)建機床邏輯模型、構(gòu)建機床伺服模型、嵌入機床故障點、運行機床仿真 模型、觸發(fā)機床故障產(chǎn)生來實現(xiàn)數(shù)控機床故障的模擬。該數(shù)控機床故障模擬方法主要解決了高檔數(shù)控裝置的故障檢測功能和能力的試 驗條件，可以模擬數(shù)控機床故障、可編程控制器故障、伺服驅(qū)動器和伺服電機故障、主軸驅(qū) 動器和主軸電機故障。利用該方法模擬的數(shù)控機床的故障可以用來檢測數(shù)控裝置對數(shù)控機 床故障的響應(yīng)、保護(hù)、自動修復(fù)等能力。該數(shù)控機床故障模擬方法主要包含以下幾個步驟
1構(gòu)建機床設(shè)置信息表。通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表，使得本數(shù)控機床故障模擬方法能夠 模擬不同類型機床，比如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等，能滿足對不同廠商生產(chǎn)的數(shù)控 機床的模擬，增強了該方法實現(xiàn)的模擬裝置的通用性。2、構(gòu)建故障設(shè)置信息表。通過構(gòu)建故障信息表，在模擬故障時選擇不同的故障模 擬設(shè)置，使得本數(shù)控機床故障模擬方法能夠模擬機床的各種故障，比如電源回路缺相、編碼 器接觸不良、伺服強電斷開等，通過修改故障信息表，可以滿足模擬各種不同故障的需求， 增強了該模擬裝置的通用性。3、構(gòu)建機床邏輯模型。通過依照模擬的實際機床構(gòu)建機床邏輯模型，使得本數(shù)控 機床故障模擬方法能夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的邏輯響應(yīng)，達(dá)到真實模擬實際機床邏輯響應(yīng) 的目的。邏輯模型可采用梯形圖或C語言來實現(xiàn)。4、構(gòu)建機床伺服模型。通過調(diào)用建模仿真工具的模塊庫對伺服系統(tǒng)的三環(huán)(位置 環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán))PID控制和機床傳動機構(gòu)建立傳遞函數(shù)仿真模型。通過所建的理想模 型來實現(xiàn)伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機床傳動機構(gòu)的動態(tài)仿真，并反饋三環(huán)的數(shù)據(jù)回數(shù)控裝置。5、嵌入機床故障點。通過在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入機床故障點，使得本數(shù)控 機床故障模擬方法能夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)。通過控制故障點的休眠和喚醒，可以實現(xiàn)模擬機床的正常運行響應(yīng)和故障運行響應(yīng)。6、觸發(fā)機床故障產(chǎn)生。在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入的機床故障點正常運行中是 休眠的，不會導(dǎo)致故障產(chǎn)生，因此本數(shù)控機床故障模擬方法首先可以模擬數(shù)控機床的正常 運行，當(dāng)進(jìn)行故障設(shè)置或一些故障條件滿足時，本數(shù)控機床故障模擬方法能使觸發(fā)機床故 障產(chǎn)生故障點喚醒信號，使得夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)。


圖1為本發(fā)明的數(shù)控機床故障模擬方法步驟圖； 圖2為構(gòu)建機床設(shè)置信息表；
圖3為構(gòu)建故障設(shè)置信息表； 圖4為構(gòu)建機床邏輯模型； 圖5實際機床電氣原理圖； 圖6構(gòu)建機床邏輯模型梯形圖； 圖7為構(gòu)建機床伺服模型； 圖8. 1、8. 2為嵌入機床故障點； 圖9為運行機床仿真模型； 圖10觸發(fā)機床故障產(chǎn)生。
具體實施例方式圖1所示為數(shù)控機床故障模擬方法原理圖。主要包括構(gòu)建機床設(shè)置信息表、構(gòu)建 故障設(shè)置信息表、構(gòu)建機床邏輯模型、構(gòu)建機床伺服模型、嵌入機床故障點、運行機床仿真 模型、觸發(fā)機床故障產(chǎn)生等步驟。圖2為構(gòu)建的機床設(shè)置信息表；通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表，使得本數(shù)控機床故障 模擬方法能夠模擬不同類型機床，如圖2表中可選擇數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控 沖床、加工中心等機床類型，數(shù)控車床可以配置數(shù)控裝置、主軸、進(jìn)給軸X、進(jìn)給軸Z、刀架、 冷卻、排屑、照明、主電氣柜等部件等。因此根據(jù)不同廠商生產(chǎn)的數(shù)控機床修改相應(yīng)的機床 設(shè)置信息表可以模擬不同的機床，增強了該方法實現(xiàn)的模擬裝置的通用性。圖3為構(gòu)建的故障設(shè)置信息表；通過構(gòu)建故障信息表，在模擬故障時選擇不同的 故障模擬設(shè)置，使得本數(shù)控機床故障模擬方法能夠模擬機床的各種故障，如圖3所示的機 床硬件設(shè)置有CNC裝置、主軸伺服系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、電氣主回路、PLC、冷卻裝置、換刀裝 置、液壓裝置、潤滑裝置等，其中在主軸伺服系統(tǒng)中可以設(shè)置電機欠壓故障、電機過壓故障、 電機過載故障、電機過流故障、電機缺相故障、電機相序錯故障等等故障，這些故障設(shè)置選 項可以根據(jù)實際機床的故障對故障設(shè)置信息表進(jìn)行修改，并可注明產(chǎn)生該故障的原因，通 過修改故障信息表，可以滿足模擬各種不同故障的需求，增強了該模擬裝置的通用性。圖4為采用梯形圖構(gòu)建機床邏輯模型的梯形圖軟件；通過依照模擬的實際機床電 氣原理圖5可以構(gòu)建機床邏輯模型梯形圖如圖6所示，使得本數(shù)控機床故障模擬方法能夠 實現(xiàn)與實際機床相同的邏輯響應(yīng)，達(dá)到真實模擬實際機床邏輯響應(yīng)的目的。邏輯模型除可 采用梯形圖外也可采用C語言來實現(xiàn)邏輯。圖7為采用matlab構(gòu)建機床伺服模型。通過調(diào)用建模仿真工具的模塊庫對伺服系統(tǒng)的三環(huán)(位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán))PID控制和機床傳動機構(gòu)建立傳遞函數(shù)仿真模型。通 過所建的理想模型來實現(xiàn)伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機床傳動機構(gòu)的動態(tài)仿真，并反饋三環(huán)的數(shù)據(jù)回 數(shù)控裝置。圖8. 1,8. 2為在機床模型中嵌入機床故障點。如圖8. 1為了模擬主軸速度異常。 在機床的邏輯模型中插入故障點0即x22. 0。當(dāng)xO. O有效，rO. 4有效，rO. 5無效或者rO. 5 有效，rO. 4無效時，故障點x22. O置1，則定時器tO時間到達(dá)，8s后設(shè)置y30. 1有效。(當(dāng)運 行允許時，設(shè)置故障，主軸速度在8秒內(nèi)未到達(dá)發(fā)出報警信號)。如圖8. 2為了模擬編碼器 接觸不良，插入故障點4即x20. 3。若xO.O有效，xl. 3有效，rO. 2通電，則rO. 7置1，KA7 繼電器有效，設(shè)置故障點x20. 3。若置x20.3為1，則y20.4無效，輸出故障報警y30.3。(當(dāng) 運行允許，Z軸抱閘，KA2繼電器得電，KA7繼電器得電時，若通過上位機置故障點4的地址 x20. 3為1，則ζ軸編碼器不得電，發(fā)出故障報警信號)。通過在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入機床故障點，使得本數(shù)控機床故障模擬方法能 夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)。通過控制故障點的休眠和喚醒，可以實現(xiàn)模擬機床的 正常運行響應(yīng)和故障運行響應(yīng)。圖9為運行機床仿真模型。機床數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、邏輯模型、伺服模型構(gòu)造完畢后 采用如圖9所示的系統(tǒng)操作來確定各數(shù)據(jù)的運算和流向，因而能方便運行機床仿真模型并 得到模擬出的反饋數(shù)據(jù)，得到跟真實機床同樣的反饋。圖10觸發(fā)機床故障產(chǎn)生。在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入的機床故障點正常運行 中是休眠的，不會導(dǎo)致故障產(chǎn)生，因此本數(shù)控機床故障模擬方法首先可以模擬數(shù)控機床的 正常運行，當(dāng)進(jìn)行故障設(shè)置或一些故障條件滿足時，本數(shù)控機床故障模擬方法能使觸發(fā)機 床故障產(chǎn)生故障點喚醒信號，使得夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)。如圖10所示在操作 人員鉤選電氣主回路中輸入缺相后，該設(shè)置數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給下位機，從而觸發(fā)下位機 運行模型中插入的故障點導(dǎo)致故障爆發(fā)。通過以上步驟可以方便的模擬數(shù)控機床的故障，解決高檔數(shù)控裝置的故障檢測功 能和能力。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明 的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種數(shù)控機床故障模擬方法，主要通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表，構(gòu)建故障設(shè)置信息表，構(gòu)建機床邏輯模型，構(gòu)建機床伺服模型，嵌入機床故障點，運行機床仿真模型，觸發(fā)機床故障產(chǎn)生來實現(xiàn)數(shù)控機床故障的模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于構(gòu)建機床設(shè)置信息 表；通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表，使得權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法能夠模 擬不同類型機床，比如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等，能滿足對不同廠商生產(chǎn)的數(shù)控機 床的模擬，增強了該方法實現(xiàn)的模擬裝置的通用性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于構(gòu)建故障設(shè)置信息 表；通過構(gòu)建故障信息表，在模擬故障時選擇不同的故障模擬設(shè)置，使得權(quán)利要求1所述的 一種數(shù)控機床故障模擬方法能夠模擬機床的各種故障，比如電源回路缺相、編碼器接觸不 良、伺服強電斷開等，通過修改故障信息表，可以滿足模擬各種不同故障的需求，增強了該 模擬裝置的通用性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于構(gòu)建機床邏輯模 型；通過依照模擬的實際機床構(gòu)建機床邏輯模型，使得權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故 障模擬方法能夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的邏輯響應(yīng)，達(dá)到真實模擬實際機床邏輯響應(yīng)的目 的；邏輯模型可采用梯形圖或C語言來實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于構(gòu)建機床伺服模 型；通過調(diào)用建模仿真工具的模塊庫對伺服系統(tǒng)的三環(huán)(位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán))PID控制 和機床傳動機構(gòu)建立傳遞函數(shù)仿真模型；通過所建的理想模型來實現(xiàn)伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機床 傳動機構(gòu)的動態(tài)仿真，并反饋三環(huán)的數(shù)據(jù)回數(shù)控裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于嵌入機床故障點； 通過在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入機床故障點，使得權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障 模擬方法能夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)；通過控制故障點的休眠和喚醒，可以實現(xiàn) 模擬機床的正常運行響應(yīng)和故障運行響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法，其特征在于觸發(fā)機床故障產(chǎn) 生；在構(gòu)建的機床邏輯模型中嵌入的機床故障點正常運行中是休眠的，不會導(dǎo)致故障產(chǎn)生， 因此權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法首先可以模擬數(shù)控機床的正常運行，當(dāng) 進(jìn)行故障設(shè)置或一些故障條件滿足時，權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機床故障模擬方法能使 觸發(fā)機床故障產(chǎn)生故障點喚醒信號，使得夠?qū)崿F(xiàn)與實際機床相同的故障響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控機床故障模擬方法，主要通過構(gòu)建機床設(shè)置信息表、構(gòu)建故障設(shè)置信息表、構(gòu)建機床邏輯模型、構(gòu)建機床伺服模型、嵌入機床故障點、運行機床仿真模型、觸發(fā)機床故障產(chǎn)生來實現(xiàn)數(shù)控機床故障的模擬。該數(shù)控機床故障模擬方法主要解決高檔數(shù)控裝置的故障檢測功能和能力的試驗條件，可以模擬數(shù)控機床故障、可編程控制器故障、伺服驅(qū)動器和伺服電機故障、主軸驅(qū)動器和主軸電機故障。利用該方法模擬的數(shù)控機床的故障可以用來檢測數(shù)控裝置對數(shù)控機床故障的響應(yīng)、保護(hù)、自動修復(fù)等能力。
文檔編號G05B17/00GK101984375SQ201010545489
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者任清榮, 周會成, 唐小琦, 奚長浩, 孫東山, 宋寶, 湯明, 陳吉紅 申請人:華中科技大學(xué);武漢華中數(shù)控股份有限公司