摘 要：用NIUSB-6009多功能数据采集卡和虚拟仪器Labview技术组成的故障诊断系统，以对华中I型数控机床进行故障诊断为例，证明该故障诊断系统能准确快速地判断出故障。说明其在现实生产中具有一定的应用价值。
关键词：虚拟仪器；数控机床；Labview；故障诊断
数控机床作为复杂的机电一体化机械加工设备，将电子、电力、自动化控制、电机、检测、计算机、机床、液压、气动及加工工艺等技术集中于一体。它的任何一个部分出现故障，都可能导致机床加工精度降低甚至停机，造成生产停顿，从而给企业造成损失。而数控机床的特殊性和复杂性，造成了维修人员的培训周期大大延长。因此，数控机床的维修越来越被企业所重视，这就充分体现出对数控机床的
故障进行诊断研究的必要性和紧迫性。数控机床理想故障诊断结果是能精确诊断到某一个电子元件的好坏，这将是很困难的。本文用NIUSB-6009多功能数据采集卡和虚拟仪器Labview构成的故障诊断系统，对华中工型数控机床进行故障诊断，通过实际应用效果良好，大大提高了数控机床维修的效率。
1 诊断系统的功能简介
数控机床的控制部分非常重要，主要包括：数控系统，电气控制，电气驱动，交、直流供电等。
由于计算机技术的发展和其易检测性(利用寻址方式检测其逻辑关系和PIc的工作状态)，所以数控系统生产厂家针对自己的系统均开发有自诊断功能。数控系统故障的自诊断技术是当今数控系统性能的一项重要指标。随着微处理 技术的快速发展，数控系统的自诊断能力越来越强，从原来简单的诊断朝着多功能和智能化方向发展，其报警的种类已达到上千种。当数控系统一旦发生故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。
笔者实施的任务是针对特定的数控机床——华中工型数控机床，利用LabView构建一个可用来测试数控机床电气控制部分的虑拟仪器。本系统测试的项目是数控机床自诊断功能无法进行的，即完成数控机床自诊断功能以外的故障诊断：如交、直流供电，电机失步等故障。设计的电气故障诊断的软件结构图如图1所示:
电气系统故障诊断软件有以下模块构成测试通道参数设置，信号采样设置，交流供电检测，直流供电检测；以及相应的功能转换：系统设置，显示状态，系统校准，数据处理，故障诊断显示(重要提示)等。
该测试系统称为数控机床故障诊断系统。主要基于NI公司的DAQ(USB)-6009多功能采集卡，并与虚拟仪器技术相结合，不仅可以测量数控机床的一些需要采用特殊数据采集和分析方法才能测量的参数，还可实时记录多个通道的波形，在数控机床电气系统维修时可替代示波器、万用表和频谱分析仪等仪器的功能。本测试系统还能回放已记录的历史数据，能够按照要求自动生成并打印测试报表和测试结果曲线对比图。数控机床故障诊断系统由虚拟仪器作的面板如图2所示。
2 数据采集卡及工控机
数据采集卡是测试系统的核心部分，该系统选用了NI公司的多功能数据采集卡DAQ(USB)-6009，它具备8路单端或4路差分模拟输入通道，其单通道最高采样频率为48 kS／s，14位分辨率；DAO(USB)-6009通过扫描方式获取各个通道的采样数据，当扫描4路差分通道的信号时，可以保证每个通道的采样频率在10kS／s以上，从而保证数控机床要求的稳态参数测试。选择DAO(USB)-600作为采集卡的另一个原因是它配备了同步数字量输入口(SDI)，DAO(USB)-6009采样数据的低4位就是 SDI输入位，通过SDI获取调理板的触发和定时信号，可以很方便地实现瞬态参数测试和稳态浪涌电压分析。此外，利用DAO(USB)-6009的l路通用数字I／O，实现了对电气负载的软件加载和卸除，从而增加了系统的控制功能。所有这些性能均保证了对瞬态转换特性及数控机床的各种稳态和瞬态的测试。nextpage
3 传感器与信号调理
该测试系统 的被测信号包括数控机床电气系统的各种电压和电流信号。其中，电压信号直接进入调理箱，经过精密电阻分压后进入测试系统；电流信号先经过LEM传感器转变为电压信号，再由精密电阻取样后进入测试系统。
由于对包括交、直流电压畸变和交流 电压的直流分量在内的3种参数的测试有特殊要求，在该测试系统中专门设计了相应的调理电路，以改善系统的带宽和动态性能，从而提高了整个系统的综合测试 能力。
4 测试实例
4.1 实例l
诊断对象：教学型数控铣钻床；机床型号为ZJK7532A；编号为200l123l；生产厂家：武汉华中数控股份有限公司。
故障(软故障)现象为：机床工作时好时坏，故障出现时，机床控制电脑显示如图3所示，同时报警指示灯亮，操作面板上的按键无效。此机床最初出现本故障时，基本上2～3天出现一次，故障现象持续几秒钟，故障消失时，机床报警指示灯灭，机床功能一切正常，但是必须要回参考点，才可继续加工。
当本故障出现时，利用机床本身的故障自诊断系统，其结果为“无报警信息”。用示波器、万用表无法捕捉到故障的信息。解决的主要办法是通过机床操作面板上的按键消除或稍等一段时间就可以了。之后，本故障发作越来越频繁。每次故障消失后，机床恢复正常系统要回参考点，给实验、实训和教学工作带来很大不便。
用数控机床故障诊断系统进行多点检测，测试的结果如图4所示：系统诊断为24V直流电源丢失。打开电控柜发现24V直流电源的保险完好无损，没有发现接触不良的地方，经进一步检查是24V直流变换器34036集成电路的质量问题，本地无法购买；故用7824电源集成电路代 换，电气原理图如图5所示：其输出电压为24V，输出电压可以维持在其实际数值的0．05以内。电路替换后故障排除，机床运行正常将近一年，仍运行良好。
4.2 实例2
诊断对象：教学型数控铣钻床，机床型号为ZJK7532A，编号为：20011233，生产厂家：武汉华中数控股份有限公司。
故障现象为：本机床是教学型数控机床，轴驱动器使用的是步进电机，加工中偶尔失步也算正常，改变加工参数能大大减少失步出现 的频率，可是正在使用的机床突然X，Y，Z3个轴都出现失步的现象，修改加工参数收效甚微。因为3轴都失步，驱动器和电机的原因很小，有可能是数控系统和指令信号出现故障，用数控机床故障诊断系统进行信号的测量，加以区分故障的位置。在机床与计算机(p266主频)连接的部位测得的三轴指令信号如图6所示。
它应该是V的脉冲信号而测到的是严重变形的信号，系统给以诊 断并显示结果。根据诊断结果，我们给机床和计算机都加接了地线，再次检测到的信号与先前的信号基本没有变化，故障没有排除，怀疑是计算机的平台常时间没有更新引起的，故对计算机操作系统windows98重新安装，计算机运行对其输出的信号观察仍然没有变化，故障依旧。经分析，只有更换计算机主板了，更换主板后一切正常，半年来没有再出现过失步的现象。
5 结语
该数控机床故障诊断系统是根据华中教学型数控机床的 点而专门研制的，主要用于华中教学型数控机床维修时的测试和故障诊断，其交、直流稳态电压和相移的测量精度达到了0．2，瞬态测试精度也达到了0．5，频率精度为0．02，完全能满足华中教学型数控机床的维修需要，在将近二年的实用过程中，效果令人满意。