王军亚
摘 要：在现代机械制造领域中，数控机床是十分重要的加工设备。作为一种高端加工装备，数控机床集合了机械、自动化以及计算机等大量的先进技术，属于典型的机电一体化产品。数控机床在使用过程中不可避免地会出现故障，影响机床正常的加工作业，严重的还会导致机床停机，因此需要对机床的故障进行诊断。为了提高数控机床故障诊断的智能化水平，在数控机床故障诊断中引入普通神经网络，但存在着收敛速度不够以及训练容易陷入局部极值等问题。针对这种情况，该文对数控机床存在的故障进行了分析，以RBF神经网络为基础，建立数控机床故障诊断模型，并在此基础上提出了数控机床故障诊断算法，对研究数控机床的智能化故障诊断有一定的参考价值。
关键词：数控机床;人工智能;故障诊断
中图分类号：TG659 文献标志码：A
0 引言
目前数控机床的数控系统发展不仅局限于性能上，更多的开始向智能化的方向发展，通过引入智能化技术，使数控机床具备加工运动的规划、推理、决策能力，智能监控以及智能化的故障诊断等功能，而通过在数控系统中应用人工智能技术，能够形成智能化诊断系统。数控机床作为一个结合了大量先进技术的复杂被控对象，难以准确地建立数学模型，使用经典控制理论尽管能够解决一些控制问题，但对于加工过程中的控制以及故障诊断维修方面相对比较困难。此外，数控机床的结构和种类复杂程度较高，一旦出现故障，其复杂性和隐蔽性较强。为了改善这种情况，引入了智能化故障诊断技术，从而能够对机床故障的变化趋势进行及时有效的预测，对促进数控机床的进一步发展有重要意义。
人工智能诊断的本质是通过对数控机床的机械部件的运行情况进行实时监控，将所收集到的运行参数与标准值进行对比分析，这样就能对数控机床的工作状态进行科学合理的判定。当监测到异常的运行数据后，通过将其与故障数据库进行比对，就能判断出数控机床的故障类型，并采取有针对性地应对措施，同时还能将故障信息发送至后台，技术人员就能及时了解数控机床的故障情况，并采取应对措施，尽快恢复数控机床的工作能力，确保企业各项生产工作的顺利开展。
1 数控机床常见故障
数控机床的故障主要是电气故障，包括电源故障、断路故障、开关与控制器故障、短路故障以及计算机故障，具体故障分析如下。
1.1 电源故障
数控机床稳定运行的前提是其电源系统正常，能够稳定供电，假如电源出现故障，会导致整个机床立即停机，在电气系统中属于常见故障。尽管我国的数控机床生产制造的水平不断提升，但为了保证数控机床的整体性能，操作系统的选择还是以国外为主。不过由于不同国家使用的电流电压不同，因此国外设计的电子系统并不一定能够适应我国的工作电压，因此如果在国内使用这些类型的数控机床，就需要解决供电问题。此外，数控机床在实际工作的过程中还会出现一些意想不到的情况，导致供电系统出现异常，机床的电气系统容易出现死机以及数据库信息丢失等问题，严重时还会导致整个机床系统处于瘫痪状态。为了避免这些问题的发生，需要單独给数控机床配置配电箱，确保供电的单一性与稳定性。如果工作区域的电压不稳，需要配置三相交流稳压设备。此外，为了尽可能地降低漏电、串电等问题出现的概率，机床的电源还要进行接地处理。同时为了使数控机床的电气系统具备更高的可靠性，机床可以采用三相五线的模式，不过要将接地线与中线分开[1]。
1.2 断路故障
断路故障也是数控机床中常见的电气故障之一，造成断路的根本原因是导线的连接不够可靠，或是电气元件被烧坏。而引起断路故障的具体原因包括接触器的触点由于长时间的烧灼，导致触点表面出现较为严重的氧化问题，从而出现断路故障。此外还有部分电器元件间的接触不良以及引出线压紧螺丝不够牢固等。如果数控机床在实际工作过程中出现故障，根据机床的实际状况初步断定为断路故障之后，可以使用万用表、电阻器、电压器等专业设备对机床进行检测，从而确定是不是断路故障。具体操作为：使用电阻器对电路系统进行检查，判断电路是否断开，同时参照电路原理图使用分段测量的方法，根据测得的阻值的大小对断路位置进行精确定位。如果使用电压器对电路系统进行检查，需要接通电源电路，参照电路原理图对电压进行分段测量，根据测得的数值大小对断路位置进行精确定位。此外，短接也是确定是否为断路故障的一种方法，通过短接可能存在故障的路段，检测电阻值是否存在异常，如果短接后机床故障消除，那么该路段即为故障点，如果故障依然存在，则需要进行进一步的检测，直到最终定位故障的精确位置。
1.3 开关与控制器故障
如果触点出现烧灼问题，会导致数控机床电气系统中的开关与控制器之间接触不良，进而导致控制功能失效，对数控机床的正常工作产生较大影响。针对这种问题，在开关的选择上就需要选择能承受较大负荷的开关，同时尽可能的不使用继电器。因为根据目前的实践经验来看，电路出现故障的概率与继电器的使用数量呈正相关，特别是维修过的部位以及不常检修的部位格外容易出现电气故障。出现这种类型的电气故障多半都是由于没有专业技术人员的支持，对设备中存在的隐患无法及时排除，并且在实际使用过程中操作不规范导致的。一旦出现这种故障，会给数控机床的日常运行带来较大影响[2]。
1.4 短路故障
在数控机床的电路系统中，如果电路电势接错或者接通了电阻较小的导体，那么就会导致整个电路中的电阻降低，进而出现短路故障。如果短路故障发生在数控机床中时，机床控制操作系统的执行程序会变得混乱，严重时无法通过指令使机床停机，危害比较严重。引起短路故障的原因较多，常见的包括电气元件的绝缘外层老化严重，如果机床处于潮湿的环境则易发生短路。继电器或者接触器出现连锁失效的状况，机床通电后产生强电弧，导致电路中的负荷超过设计承载值，从而引发短路。一旦发生短路故障，电路中的电流会不经过用电器直接由导线的正极流向负极，从而烧坏电源。如果想要对短路故障的位置进行精确定位，通常要将电路分段断开，对断开的区域进行故障检测，直到最终定位故障点并解决故障。
1.5 计算机故障
当数控机床的计算机出现故障时，便不能够操控数控机床进行正常的生产加工作业，计算机故障的主要表现形式是键盘故障与报警故障。假如计算机在运行过程中突然断电，生产加工程序容易出现混乱，并且还会导致相关的加工数据丢失，因此必须有备用电池，同时需要对数控机床的相关参数进行记录，当电池电量不足时，系统会进行故障报警。经诊断确认后，对电池及时进行更换，同时查看机床的数据是否完好，保证系统能够正常运行。在具体的操作过程中，如果存在字符无法输入或者程序无法复位消除等问题时，初步诊断为按键接触不良，应及时维修或者更换，假如还是存在问题，则需要检查接口电路软件和电缆的情况，查看是哪个部分的连接存在问题，进行相应的解决即可。
2 神经网络系统
为了增强数控机床故障诊断的智能化水平，引入了神经网络系统。神经网络是通过大量的简单的神经元相互连接形成的，通过对脑细胞的自组织和分布式工作能够完成自主学习以及并行处理等智能操作。其工作原理为：使用样本信息作为输入来源，通过神经元的处理完成神经网络的训练，使神经网络能够具备类似大脑的功能，能夠完成辨识以及记忆等操作。神经网络不是对大脑的真实映射，只是对大脑的部分特征进行模拟。根据网络的运行方式、拓扑结构的分类，神经网络能够分成双向网络（有反馈）、前向网络（无反馈）。其中前向网络包括输入层、中间层以及输出层，中间层还包括多层，而每一层的神经元只能够接收前一层的输出[3]。
3 数控机床故障诊断流程
当数控机床出现故障时，需要按照一定的基本流程对故障进行排查，其中数控系统的具体故障以及处理建议见表1。
基于神经网络的数控机床的故障诊断包括自适应共振理论、双向联想记忆以及多等感知网络等多种内容。神经网络的故障诊断系统对故障有较快的诊断速度，并且其还具备较强的学习能力以及强大的容错力等多种优势。但神经网络不适合对预测类的信息进行处理，样本的完备程度决定着其性能的优劣，如果样本完备则能够提高神经网络的故障诊断精度。
4 结语
总的来说，随着数控机床在工业领域中的广泛应用，促进了生产水平的不断提高，为企业带来了良好的经济效益。但是数控机床的结构非常复杂，在长期的运行过程中难免会出现各种不同程度的故障，这就对维修人员提出了非常高的要求，并且还需要耗费大量的时间去排除故障，恢复数控机床的生产能力。该文对数控机床的常见故障进行了一定程度的论述，在此基础上，通过将人工智能应用于数控机床的诊断工作中，能够在一定程度上提高其故障诊断能力，促进数控机床故障排除能力的不断提高。为了提高数控机床故障诊断的智能化程度，该文结合数控机床实际的工作情况，应用了RBF神经网络算法，提出了对应的数学模型，从而能够提高故障诊断的效率，对数控机床的智能化故障诊断发展有一定帮助。
参考文献
[1]陈瀚.数控机床电气故障诊断及维修研究[J].设备管理与维修，2020（2）：75-77.
[2]陈淳辉，欧阳一明，张伟.数控机床故障诊断智能化研究[J].机械制造与自动化，2007（4）：67-68.
[3]刘罡.基于人工智能的数控机床故障诊断研究[J].科技展望，2015，25（27）：60.
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