數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備

《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》涉及一種故障智能考核設(shè)備，特別是一種數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備。

在職業(yè)教育特別是在數(shù)控機(jī)床的職業(yè)教育中，采用考核設(shè)備對(duì)學(xué)生的技能進(jìn)行考核是非常必要的，它能夠花費(fèi)較少的資金訓(xùn)練學(xué)生掌握排除數(shù)控機(jī)床一般故障的技能，為企業(yè)提供熟練的數(shù)控機(jī)床技術(shù)工人。

與《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》相關(guān)的技術(shù)是CN136623A公開的“機(jī)床電氣控制線路故障設(shè)備與考評(píng)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由主機(jī)、單元機(jī)、下位機(jī)和考核臺(tái)構(gòu)成，其考核臺(tái)有一個(gè)配置由電器元件配成機(jī)床電氣控制線路模擬盤的柜體，下位機(jī)是由配置有EEPPROM存儲(chǔ)器和分別連接LED點(diǎn)陣顯示屏及輸入鍵盤的8279芯片的89C52型單片機(jī)。該考評(píng)系統(tǒng)雖然可以模擬機(jī)床的一般電氣故障，以檢驗(yàn)學(xué)生排除故障的技能。但是該考評(píng)系統(tǒng)不能模擬數(shù)控機(jī)床真實(shí)故障，例如，不能模擬外部干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床造成的故障。

圖1是《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備的配置圖；

圖2是《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備的故障生成器的電路方框圖；

圖3示出了《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的有效數(shù)據(jù)故障編號(hào)的字符串的數(shù)據(jù)格式；

圖4示出了《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的64個(gè)故障編號(hào)格式；

圖5是《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的干擾信號(hào)生成器產(chǎn)生的斷續(xù)干擾的波形；

圖6是《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的干擾信號(hào)生成器產(chǎn)生的連續(xù)電磁干擾的波形；

圖7a和圖7b分別是干擾信號(hào)直接串入和間接串入的示意圖；

圖8是工作信號(hào)、干擾信號(hào)和合成信號(hào)的波形圖；

圖9顯示了在數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸出端子上產(chǎn)生模擬故障的示意圖，其中增加了與實(shí)際端子對(duì)應(yīng)的故障測量端Y′；

圖10是串入模擬外來干擾信號(hào)的數(shù)控機(jī)床的端子的故障測量示意圖。

2018年12月20日，《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》獲得第二十屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B

首先參見圖1所示的《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備的配置圖?！稊?shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，包括：一個(gè)教師計(jì)算機(jī)1、交換機(jī)2、多個(gè)學(xué)生機(jī)3、多個(gè)故障生成器4和數(shù)控機(jī)床電路5，其中教師計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)和交換機(jī)2與各個(gè)學(xué)生機(jī)3進(jìn)行通信，向?qū)W生機(jī)3下發(fā)故障指令數(shù)據(jù)和接收學(xué)生機(jī)3上發(fā)的考核結(jié)果數(shù)據(jù)。

具體而言，教師計(jì)算機(jī)1與學(xué)生計(jì)算機(jī)3之間的通信是通過以太網(wǎng)的TCP/IP來實(shí)現(xiàn)的，學(xué)生計(jì)算機(jī)3與故障生成器4通過RS232通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。教師計(jì)算機(jī)1以字符串的形式將試卷的內(nèi)容、答案、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)傳送給學(xué)生計(jì)算機(jī)3。學(xué)生計(jì)算機(jī)3從接收到的字符串中提取試卷的內(nèi)容、答案、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)并把它們存在內(nèi)存中：學(xué)生計(jì)算機(jī)3把某一道試題內(nèi)容轉(zhuǎn)成8個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制，再在8個(gè)字節(jié)前加一個(gè)字節(jié)的協(xié)議內(nèi)容F7，最后將這9個(gè)字節(jié)發(fā)送給故障生成器4；在學(xué)生計(jì)算機(jī)3上輸入此題的答案，若答案與教師計(jì)算機(jī)1發(fā)過來的答案相同，則發(fā)送解除此故障的命令（F7加上8個(gè)字節(jié)全為0）給故障生成器4；考試完畢時(shí)，學(xué)生計(jì)算機(jī)3進(jìn)行評(píng)分，并把評(píng)分結(jié)果以字符串的形式發(fā)給教師計(jì)算機(jī)1。教師計(jì)算機(jī)1對(duì)接收過來的字符串進(jìn)行處理，并把結(jié)果存放在數(shù)據(jù)庫里。

故障生成器4接收學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障號(hào)碼，然后將譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)（由I2C地址/數(shù)據(jù)字節(jié)組成），合成該故障編號(hào)所附加的干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)字節(jié)，經(jīng)過I2C總線，將合成數(shù)據(jù)陣列傳送到故障生成硬件的I2C總線，生成硬件故障及接通該故障應(yīng)該具備的干擾方波。

此外，故障生成器4隨時(shí)自動(dòng)監(jiān)視故障生成硬件的印制線路板的元件的損壞情況，在顯示器進(jìn)行提示。也可以不通過學(xué)生計(jì)算機(jī)3直接用鍵盤輸入故障編號(hào)，直接生成硬件故障，提高故障生成器的自我調(diào)試能力，便于生產(chǎn)。

另外，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)控車床排除故障是一個(gè)復(fù)雜的過程，因此《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》實(shí)行三層評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。把答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分成區(qū)間A、區(qū)間B、區(qū)間C三層：A區(qū)間、B區(qū)間、C區(qū)間每層答對(duì)都要給分，每題得分就是三層區(qū)間得分的總和；任意一個(gè)區(qū)間答錯(cuò)是否要倒扣分和答錯(cuò)次數(shù)是否要扣分完全由老師決定。例如步進(jìn)X軸CP /CP-脈沖驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部發(fā)生短路故障。故障現(xiàn)象是步進(jìn)X軸不能進(jìn)給。應(yīng)該答區(qū)間A，X軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器XPG，應(yīng)該答區(qū)間B，CP /CP-應(yīng)該答區(qū)間C，為短路。

下面結(jié)合圖2所示的《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備的故障生成器的電路方框圖，詳細(xì)說明《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的故障生成器4的結(jié)構(gòu)。

每個(gè)故障生成器4接收相應(yīng)的學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)（故障編號(hào)），并產(chǎn)生相應(yīng)的真實(shí)故障數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床電路5。

每個(gè)故障生成器4包括：

接收學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)的接收電路41；

將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路43；該譯碼電路43還根據(jù)學(xué)生機(jī)發(fā)送的相應(yīng)故障指令數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的干擾信號(hào)地址字節(jié)。學(xué)生機(jī)發(fā)送的某些故障指令數(shù)據(jù)中包含串入干擾信號(hào)的指令（也就是，某些故障號(hào)的故障包括串入干擾信號(hào)），因此譯碼電路43還生成干擾信號(hào)地址字節(jié)，這實(shí)際上也是通過對(duì)故障號(hào)的譯碼完成的；

產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生電路45；

把繼電器矩陣字節(jié)和干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)合成為數(shù)據(jù)陣列的合成電路44；以及

根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列生成包括串入與干擾信號(hào)地址相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)的故障生成裝置48。

所述故障生成裝置48包括：根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列控制多個(gè)繼電器切換動(dòng)作的控制裝置，其中，所述控制裝置是I²C總線。

其中，所述故障生成器4還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路42，用于判斷學(xué)生機(jī)3發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。

其中，所述故障生成器4還包括數(shù)據(jù)處理電路46，用于控制識(shí)別電路42判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效，以及將所述合成數(shù)據(jù)陣列轉(zhuǎn)送給所述故障生成裝置48。

其中，所述故障生成器4還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路42，用于判斷學(xué)生機(jī)3發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。盡管在圖2所示的實(shí)施例中，識(shí)別電路42是與數(shù)據(jù)處理電路分離設(shè)置的，但是也可以將識(shí)別電路42并入數(shù)據(jù)處理電路46中，使數(shù)據(jù)處理電路46同時(shí)具有判斷學(xué)生機(jī)3發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效的功能，從而省略識(shí)別電路42。稍后將詳細(xì)說明并入識(shí)別電路42的識(shí)別功能的數(shù)據(jù)處理電路46。

其中，所述故障生成器4還包括檢查印刷電路板的元件損壞情況的印刷電路板自檢電路49。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路45是方波信號(hào)產(chǎn)生器。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路45生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

下面，通過舉例來進(jìn)一步說明《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的故障生成器4的工作原理。需要說明的是，該舉例僅僅用于理解《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》，而不是對(duì)《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的限制，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以根據(jù)該舉例采用其它的類似方式實(shí)施故障生成器，例如可以采用其它的編碼格式發(fā)送故障指令數(shù)據(jù)，和采用其它的解碼格式對(duì)故障指令數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。

該實(shí)例的故障生成器4的接收電路41接收學(xué)生計(jì)算機(jī)3發(fā)送的有效數(shù)據(jù)故障編號(hào)，該故障編號(hào)的字節(jié)串的數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》可以有64個(gè)故障編號(hào)格式，如圖4所示，其中數(shù)據(jù)DATA1的D7至D0代表64至57號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA2的D7至D0代表56至49號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA3的D7至D0代表48至41號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA4的D7至D0代表40至33號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA5的D7至D0代表32至25號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA6的D7至D0代表24至17號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA7的D7至D0代表16至9號(hào)故障；數(shù)據(jù)DATA7的D7至D0代表8至1號(hào)故障。

D_x位編號(hào)格式：D_x＝1表示故障存在，D_x＝0表示故障不存在。

采用單片機(jī)異步通訊硬件，中斷方式判別引導(dǎo)字符是否正確，正確的接收下八字節(jié)，不正確的則放棄接收；接收的八字符，經(jīng)過三次數(shù)據(jù)校對(duì)一致的，存入內(nèi)存。

譯碼電路43定時(shí)地提取內(nèi)存中故障八字節(jié)，逐位（共64位代表64個(gè)故障）判別是1或0。是1的表示有故障譯碼，則譯碼為該故障的繼電器矩陣數(shù)據(jù)字節(jié)（包括I²C地址/數(shù)據(jù)）

即形成760701H 000000H存入內(nèi)存。

將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路。

具體分析為二步進(jìn)行：

第一步是故障指令數(shù)據(jù)譯碼為具體要?jiǎng)幼鞯睦^電器種類，在軟件上說是繼電器的元件代碼。

例如圖9所示，要表現(xiàn)四種故障，在故障指令數(shù)據(jù)為DATA1～DATA3＝00HDATA4＝20HDATA5～DATA8＝00H，稱為G38號(hào)故障，它體現(xiàn)出“真部件XS20插座部件”傳輸?shù)健罢娌考S20輸出端子部件”的Y10→Y10″、Y05→Y05″出現(xiàn)線路交叉錯(cuò)位，即出現(xiàn)Y10→Y05″、Y05→Y10″它通過繼電器元件軟件各稱為P40P1、P40P2、P40P3、P40P4的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)這一步的軟件譯碼過程，實(shí)質(zhì)上是一種查表程序，在G38的表位置上放置P40P1、P40P2、P40P3、P40P4的名稱。

由故障G1～G64組成一個(gè)矩陣元件名稱表，譯碼的第一步將矩陣元件名稱表中的字符串代碼查訊出來，放入內(nèi)存指定位置上，它反映出故障編號(hào)和故障現(xiàn)象的關(guān)系，故障編號(hào)和故障現(xiàn)象關(guān)系如不變，即使印制線路板的硬件發(fā)生變化，這一段譯碼過程也不會(huì)改變。

第二步譯碼過程是將文件名稱表的字符串代碼逐個(gè)地找出它在I²C總線中的地址/數(shù)據(jù)位置，具體設(shè)計(jì)為P40P1→74H/0001H，P40P2→74H/0002H，P40P3→74H/0004H，P40P4→74H/0008H，它反映出元件的軟件名稱和印制線路板的硬件的相互關(guān)系，改變印制線路板的硬件結(jié)構(gòu)，就要改變這種關(guān)系式。

如果采用相同的印制線路板硬件，即使不同類型的數(shù)控機(jī)床，不同型號(hào)的數(shù)控設(shè)備，它的這一步譯碼的關(guān)系式保持不變。

74H/0002H中74H表示是I²C硬件SAA1064型號(hào)的器材地址，該器材地址為7XH，0002H是SAA1064型號(hào)硬件的I/O口位置。

74H/0001H和74H/0002H、74H/0004H、74H/0008H合并成74H/000FH數(shù)據(jù)處理器（單片機(jī)）連續(xù)發(fā)送74H00H0FH三個(gè)字節(jié)到I²C數(shù)據(jù)總線上，74H地址的I²C硬件器材，將自動(dòng)接收數(shù)據(jù)00H0FH，在硬件器材上的0001HI/O口、0002HI/O口、0004HI/O、0008HI/O口，呈現(xiàn)高電平，使相應(yīng)位置上的繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，完成故障現(xiàn)象的硬件表現(xiàn)。

以上是故障指令數(shù)據(jù)譯碼為繼電器矩陣的譯碼過程，而干擾信號(hào)的譯碼過程和以上的方法相似，但由于是由I²C器材中另一類型硬件PCF8574器材地址為4XH組成。同時(shí)干擾信號(hào)種類（六種）的選擇，由4XH地址構(gòu)成，而在具體故障位置的直接串入/間接串入是由7XH地址構(gòu)成，所以合成數(shù)據(jù)陣列就形成如圖10中G54號(hào)故障帶干擾信號(hào)的數(shù)據(jù)陣列為76H07H01H4AH08H00H，同樣道理單片機(jī)將76H07H01H4AH08H00H發(fā)送到I²C總線上，76H地址的I²C硬件接收07H01H數(shù)據(jù)，4AH地址的I²C硬件接收08H00H數(shù)據(jù)，使之相應(yīng)的I/O口出現(xiàn)高電平，完成故障的硬件設(shè)定任務(wù)。

干擾信號(hào)生成器45產(chǎn)生多種模擬的真實(shí)機(jī)床外來干擾信號(hào)，這些外來干擾信號(hào)多種多樣，有電磁干擾，繼電器動(dòng)作火花干擾、空間干擾等。

《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》主要模擬六種常見的干擾形式，干擾信號(hào)幅度可以調(diào)節(jié)。

所產(chǎn)生的干擾信號(hào)可以是如圖5所示斷續(xù)干擾信號(hào)，數(shù)秒鐘時(shí)間產(chǎn)生幾次干擾信號(hào)，干擾信號(hào)脈沖寬度40μs～0.5毫秒。也可以是圖6所示的連續(xù)干擾信號(hào)。

干擾信號(hào)的串入可以采用圖7a所示的直接串入和圖7b所示的屏蔽層串入兩鐘形式串入數(shù)控機(jī)床的相應(yīng)端子。

合成電路44將控制繼電器矩陣的地址/數(shù)據(jù)和必須的干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)合成故障控制陣列。根據(jù)干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)，使干擾信號(hào)產(chǎn)生電路45輸出相應(yīng)的干擾信號(hào)，并把合成故障控制陣列經(jīng)由處理電路46送入故障生成裝置48，使其產(chǎn)生相應(yīng)的故障。

例如，上例中54號(hào)故障，產(chǎn)生對(duì)數(shù)控機(jī)床步進(jìn)Y軸的CP /CP-工作信號(hào)的連續(xù)干擾信號(hào)。該干擾信號(hào)為頻率（2毫秒）＝500千赫茲方波信號(hào)經(jīng)過地址4AH數(shù)據(jù)

直接串入，則合成故障控制陣列變?yōu)?60701H4A0800H。原工作信號(hào)CP /CP-隨Y軸步進(jìn)的進(jìn)給速度的變化而頻率變化，但合成后的工作信號(hào)，一種是強(qiáng)干擾信號(hào)抑制原工作信號(hào)，僅是干擾信號(hào)，另一種就變成頻率不相等的方波信號(hào)，使Y軸進(jìn)給時(shí)快時(shí)慢，并發(fā)生失步工作，加工精度達(dá)不到要求。圖8示出了合成后的信號(hào)波形。

數(shù)據(jù)處理器46進(jìn)行以下工作：

一、數(shù)據(jù)處理：

1、與故障生成有關(guān)的數(shù)據(jù)處理：①定時(shí)接受學(xué)生機(jī)通過異步通訊發(fā)來的故障編號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的校正、檢查、譯碼合成故障控制陣列的字符串代碼存入內(nèi)存。校正、檢查過程：把第一次接收的八個(gè)有效故障編號(hào)的數(shù)據(jù)存入第一內(nèi)存位置，第二次接收的八個(gè)字節(jié)和內(nèi)存中第一次接收的字節(jié)進(jìn)行比較，全部正確的，存入第二內(nèi)存位置。如有一個(gè)字節(jié)不正確的，則將第二次接收的八個(gè)字節(jié)存入第一內(nèi)存位置，也就是取消第一次接收數(shù)據(jù)。第三次接收的八個(gè)字節(jié)和第一內(nèi)存位置的八個(gè)字節(jié)比較，相等的再和第二內(nèi)存的八個(gè)字節(jié)比較，相等的，放入有效的故障編號(hào)的內(nèi)存位置，表示接收字節(jié)有效。什么位置不相等的，就存入該位置，即取消原位置的數(shù)據(jù)。

這樣可以排除學(xué)生機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)過程和故障生成器接收過程的出現(xiàn)部分錯(cuò)誤。

②異步通訊時(shí)，和教師計(jì)算機(jī)約定一份試卷可以有多到64個(gè)題目，但每一個(gè)題目只有一個(gè)故障編號(hào)，即：“1號(hào)”故障～“64號(hào)”故障其中的一個(gè)。所以數(shù)據(jù)處理將有效的接收字節(jié)，進(jìn)行檢查。只有一個(gè)“1”其余都是“0”或者全是“0”的為正確的接收字節(jié)進(jìn)行譯碼，合成等工作。否則改寫第一內(nèi)存、第二內(nèi)存、有效內(nèi)存數(shù)據(jù)全為“00H”。

③定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)校正、檢查的結(jié)果，是正確的發(fā)送“7FH”、“AAH”。是錯(cuò)誤的發(fā)送“7FH”、“55H”信息。與學(xué)生計(jì)算機(jī)保持聯(lián)系。另起一行以上組成判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效的過程。

④定時(shí)發(fā)送故障控制陣列的字符串給九塊印制線路板上的I²C硬件器材，生成學(xué)生機(jī)送來的故障編號(hào)的故障內(nèi)容。

2、與故障生成無關(guān)的輔助數(shù)據(jù)處理

根據(jù)鍵盤輸入，數(shù)據(jù)處理后顯示在數(shù)碼管。

①例鍵盤輸入自檢64個(gè)故障的故障現(xiàn)象，數(shù)碼管出現(xiàn)“Gou-00”時(shí)，用加1鍵或減1鍵，使數(shù)據(jù)管顯示“Gou-01”……“Gou-64”，在“Gou-××”，故障生成器自動(dòng)生成××號(hào)的硬件故障，方便故障生成器的故障調(diào)試和維修。

②例鍵盤輸入九塊印刷板的手動(dòng)監(jiān)視情況，數(shù)據(jù)處理后一塊板一塊板地，顯示有否硬件問題。

③例為檢查學(xué)生機(jī)發(fā)送過來的故障編號(hào)，輸入鍵盤后，數(shù)碼管分兩次連續(xù)顯示“××××14”、“××××58”，前一個(gè)六字節(jié)表示DATA1～DATA4的段碼和“14”表示DATA1～DATA4位置。后一個(gè)六字節(jié)表示DATA5～DATA8的段碼和“58”表示DATA5～DATA8位置。段碼表示a、b、c、d、e、f、g、h八段的每一個(gè)DATA的D0～D7的0/1，0不顯示該段碼。1顯示該段碼。

二、在故障自動(dòng)生成過程中，要定時(shí)監(jiān)視印制線路板返回信號(hào)，由于I²C總線是數(shù)據(jù)處理器和I²C硬件器材的相互發(fā)送/接收過程，有發(fā)送，無應(yīng)答。會(huì)造成I²C總線的等待狀況，或者稱“死機(jī)”。所以必須首先檢查印制線路板的I²C器材是否桿入或是否完好，所以未插入或不完好，則數(shù)據(jù)處理器就不發(fā)送其硬件的數(shù)據(jù)，這在調(diào)試過程中，由于是一塊板的調(diào)試，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)三條I/O口的發(fā)送和三條I/O口的接收，三條I/O口組成8位數(shù)據(jù)0～6數(shù)字，代表主機(jī)板和其余的七塊板印制板/一塊無號(hào)板相互數(shù)據(jù)交換，主機(jī)發(fā)送“000”二進(jìn)制代碼時(shí)，0號(hào)印制板就會(huì)自動(dòng)將硬件的狀態(tài)用三條I/O口組成的代碼“0～7”返回主機(jī)，當(dāng)0號(hào)板返回“000”表示無故障，“001”～“111”表示7種故障狀態(tài)。2005年6月前僅提供2種故障狀態(tài)，“111”表示0號(hào)板未安裝，接收三條I/O口出現(xiàn)初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)“001”表示0號(hào)板I²C器材，地址錯(cuò)誤。主機(jī)發(fā)送“001”代碼1號(hào)板返回“001”代碼，表示無故障，返回“010”表示I²C器材地址錯(cuò)誤……，代碼6號(hào)板返回“110”表示無故障，返回“000”表示I²C器材地址錯(cuò)誤。而印制線路板的發(fā)送/接收是由硬件電路組成的。

以上就是自監(jiān)信號(hào)的發(fā)送/接收電路的基本工作過程。

三、定時(shí)改表六種干擾信號(hào)輸出管腳的高電平/低電平，形成六種干擾脈沖波形。由于干擾脈沖大多數(shù)為高頻火花形成斷續(xù)脈沖和低頻的連續(xù)脈沖構(gòu)成。三種斷續(xù)脈沖和三種連續(xù)脈沖波形圖如圖5、圖6所示。

故障生成裝置48：由于數(shù)控銑床系統(tǒng)有九塊印制線路板組成，板內(nèi)采用I²C集成總線和自監(jiān)控集成和繼電器矩陣等硬件組成.一般來說，故障生成裝置48由I²C總線和I²C總線控制的多個(gè)繼電器（80個(gè)）組成，其中I²C總線根據(jù)數(shù)據(jù)處理電路46發(fā)出的合成數(shù)據(jù)陣列控制與其連接的相應(yīng)繼電器工作，從而產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床相應(yīng)端子的開路/短路/交叉故障，并把干擾信號(hào)串入數(shù)控機(jī)床的相應(yīng)端子。此《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》將常見的數(shù)控銑床故障的短路、開路、交叉現(xiàn)象，分解為系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)端子之間的關(guān)系，形成端點(diǎn)和端點(diǎn)之間的短路，端點(diǎn)之間的開路及端點(diǎn)串入干擾信號(hào)的短接。由于分解為最小的端點(diǎn)常閉/常開，采用繼電器的常閉/常開觸頭組合而成，所以幾乎所有的故障都可以形成，而且繼電器可以被不同的故障編號(hào)重復(fù)使用，構(gòu)成最省繼電器的矩陣排列形式。

數(shù)控銑床的常見故障，大多數(shù)發(fā)生系統(tǒng)的部件內(nèi)部損壞狀態(tài)。該設(shè)備在不改變?cè)考?nèi)部硬件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)真/假部件的方法將系統(tǒng)部件內(nèi)部故障演示出來，而且假部件的所有端點(diǎn)都開放給學(xué)生，可以用萬能表在線測試，可以用示波器在線測量（真實(shí)的數(shù)控銑床在處于工作狀態(tài)是難以在線測量）。

例如，如圖9所示，系統(tǒng)的數(shù)控HNM的PLC輸出端子XS20桿座故障情況：

①Y₁₀內(nèi)部開路：P40P1繼電器動(dòng)作；

②Y₁₀和Y₀₅外部交叉：P40P2、P40P3、P40P4、P40P5繼電器動(dòng)作；

③Y₁₀和Y₀₅外部短路：P40P3、P40P4、P40P1、P40P6繼電器動(dòng)作；

④Y₀₅內(nèi)部開路：P40P6繼電器動(dòng)作。

例如，如圖10所示，系統(tǒng)的數(shù)控HNM的步進(jìn)輸出XS31桿座

故障情況：①CP /CP-外部開路：P52P9、P51P1

②CP /CP-內(nèi)部開路：P62P10、P62P11

③CP /CP-內(nèi)部短路：P62P10、P62P11、P62P2

④CP /CP-內(nèi)部干擾：P62P10、P62P11、P62P9、P61P1、P20P4

⑤CP /CP-外部干擾：P62P9、P61P1、P20P4

數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備專利目的

《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的目的是提供一種能夠模擬數(shù)控機(jī)床真實(shí)故障的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備。

數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備技術(shù)方案

根據(jù)《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》一個(gè)方面，提供了一種數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，包括：一個(gè)教師計(jì)算機(jī)、交換機(jī)和多個(gè)學(xué)生機(jī)，其中教師計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)和交換機(jī)與各個(gè)學(xué)生機(jī)進(jìn)行通信，向?qū)W生機(jī)下發(fā)故障指令數(shù)據(jù)和接收學(xué)生機(jī)上發(fā)的考核結(jié)果數(shù)據(jù)；其特征在于還包括：

多個(gè)故障生成器，每個(gè)故障生成器接收相應(yīng)的學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的真實(shí)故障數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床電路，每個(gè)故障生成器包括：接收學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)的接收電路；將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路；產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生電路；把繼電器矩陣字節(jié)和干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)合成為數(shù)據(jù)陣列的合成電路；以及根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列生成包括串入與干擾信號(hào)地址相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)的故障生成裝置。

其中，所述故障生成器還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路，用于判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。

其中，所述故障生成器還包括檢查印刷電路板的元件損壞情況的印刷電路板自檢電路。

其中，所述故障生成器還包括數(shù)據(jù)處理自監(jiān)信號(hào)發(fā)送/接收電路。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是方波信號(hào)產(chǎn)生器。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

根據(jù)《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》另一方面，提供了一種適用于數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備的故障生成器，該故障生成器接收相應(yīng)的學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的真實(shí)故障數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床電路，所述故障生成器包括：接收學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)的接收電路；將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路；產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生電路；把繼電器矩陣字節(jié)和干擾信號(hào)的地址/數(shù)據(jù)合成為數(shù)據(jù)陣列的合成電路；以及根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列生成包括串入與干擾信號(hào)地址相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)的故障生成裝置。

其中，所述故障生成器還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路，用于判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。

其中，所述故障生成器還包括檢查印刷電路板的元件損壞情況的印刷電路板自檢電路。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是方波信號(hào)產(chǎn)生器。

其中，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備改善效果

《數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備》的技術(shù)效果是，可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳輸教師計(jì)算機(jī)設(shè)置的故障編號(hào)，從而生成數(shù)控機(jī)床常見的實(shí)際可以觀察、測量的故障現(xiàn)象，以訓(xùn)練和提高學(xué)生實(shí)際排故、維修的工作能力，學(xué)生可以斷電測量也可以在線測量，解決真實(shí)機(jī)床故障的難以在線測量，難以全面表現(xiàn)各種故障現(xiàn)象的技術(shù)難題。

1.一種數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，包括：一個(gè)教師計(jì)算機(jī)、交換機(jī)和多個(gè)學(xué)生機(jī)，其中教師計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)和交換機(jī)與各個(gè)學(xué)生機(jī)進(jìn)行通信，向?qū)W生機(jī)下發(fā)故障指令數(shù)據(jù)和接收學(xué)生機(jī)上發(fā)的考核結(jié)果數(shù)據(jù)；其特征在于還包括：多個(gè)故障生成器，每個(gè)故障生成器接收相應(yīng)的學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的真實(shí)故障數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床電路，每個(gè)故障生成器包括：接收學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)的接收電路；將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路；產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾信號(hào)生成器；把繼電器矩陣字節(jié)和干擾信號(hào)地址字節(jié)合成為數(shù)據(jù)陣列的合成電路；以及根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列生成數(shù)控機(jī)床電氣故障的故障生成裝置，其中所生成的數(shù)控機(jī)床電氣故障包括串入與干擾信號(hào)地址相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述譯碼電路還根據(jù)學(xué)生機(jī)發(fā)送的相應(yīng)故障指令數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的干擾信號(hào)地址字節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述故障生成裝置包括：根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列控制多個(gè)繼電器切換動(dòng)作的控制裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置是I²C總線。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，其特征在于，所述故障生成器還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路，用于判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，其特征在于，所述故障生成器還包括檢查印刷電路板的元件損壞情況的印刷電路板自檢電路。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，其特征在于，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是方波信號(hào)產(chǎn)生器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障智能考核設(shè)備，其特征在于，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述故障生成器還包括數(shù)據(jù)處理電路，用于控制識(shí)別電路判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效，以及將所述合成數(shù)據(jù)陣列轉(zhuǎn)送給所述故障生成裝置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是故障號(hào)。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，其特征在于，所述干擾信號(hào)生成器是生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

12.一種適用于數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備的故障生成器，該故障生成器接收相應(yīng)的學(xué)生計(jì)算機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的真實(shí)故障數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床電路，其特征在于所述故障生成器包括：接收學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)的接收電路；將故障指令數(shù)據(jù)譯碼為控制繼電器矩陣字節(jié)的譯碼電路，該譯碼電路還根據(jù)學(xué)生機(jī)發(fā)送的相應(yīng)故障指令數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的干擾信號(hào)地址字節(jié)；產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾信號(hào)生成器；把所述繼電器矩陣字節(jié)和所述干擾信號(hào)地址字節(jié)合成為數(shù)據(jù)陣列的合成電路；以及根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列生成數(shù)控機(jī)床電氣故障的故障生成裝置，其中所生成的數(shù)控機(jī)床電氣故障包括串入與干擾信號(hào)地址相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述譯碼電路還根據(jù)學(xué)生機(jī)發(fā)送的相應(yīng)故障指令數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的干擾信號(hào)地址字節(jié)。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述故障生成裝置包括：根據(jù)合成的數(shù)據(jù)陣列控制多個(gè)繼電器切換動(dòng)作的控制裝置。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的故障生成器，其特征在于，所述控制裝置是I²C總線。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述故障生成器還包括發(fā)送正確/錯(cuò)誤代碼的識(shí)別電路，用于判斷學(xué)生機(jī)發(fā)送的故障指令數(shù)據(jù)是否有效。

17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述故障生成器還包括檢查印刷電路板的元件損壞情況的印刷電路板自檢電路。

18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是方波信號(hào)產(chǎn)生器。

19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的故障生成器，其特征在于，所述干擾信號(hào)產(chǎn)生電路是生成六種不同頻率方波信號(hào)的生成器。

20.一種數(shù)控機(jī)床故障考核設(shè)備，包括：一個(gè)教師計(jì)算機(jī)、交換機(jī)和多個(gè)學(xué)生機(jī)，其中教師計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)與各個(gè)學(xué)生機(jī)進(jìn)行通信，向?qū)W生機(jī)下發(fā)故障指令數(shù)據(jù)和接收學(xué)生機(jī)上發(fā)的考核結(jié)果數(shù)據(jù)。

本手冊(cè)以應(yīng)用最多的FANUC、SIEMENS為主，從數(shù)控機(jī)床常見故障診斷與維修技術(shù)的可操作性角度考慮組織內(nèi)容，介紹了數(shù)控機(jī)床的維修基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)控機(jī)床核心系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床可編程控制器、數(shù)控機(jī)床接口、數(shù)控機(jī)床強(qiáng)電控制等）的故障診斷與維修，以及典型機(jī)床的維修實(shí)例等內(nèi)容。深入淺出地闡明了數(shù)控機(jī)床故障診斷的理論依據(jù)，系統(tǒng)、全面地介紹了故障診斷與維修的基本方法和步驟，通過實(shí)例具體詳細(xì)地介紹了故障的診斷與分析處理過程。

第一章　數(shù)控機(jī)床的工作過程

第一節(jié)　數(shù)控機(jī)床的作用

第二節(jié)　數(shù)控機(jī)床的種類

第三節(jié)　數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

第四節(jié)　數(shù)控機(jī)床的工作過程

思考題

第二章　數(shù)控機(jī)床的維護(hù)與管理

第一節(jié)　數(shù)控機(jī)床的訂購與驗(yàn)收

第二節(jié)　數(shù)控機(jī)床的管理

第三節(jié)　數(shù)控機(jī)床的維護(hù)

思考題

第三章　數(shù)控機(jī)床故障診斷基本技能

第一節(jié)　數(shù)控機(jī)床的一般診斷方法

第二節(jié)　數(shù)控機(jī)床的基本操作

第三節(jié)　數(shù)控機(jī)床常見故障分類

思考題

第四章　數(shù)控機(jī)床常見機(jī)械故障分析

第一節(jié)　識(shí)圖基礎(chǔ)

第二節(jié)　進(jìn)給部件故障分析

第三節(jié)　主軸部件故障分析

第四節(jié)　換刀裝置故障分析

第五節(jié)　潤滑系統(tǒng)故障分析

第六節(jié)　液壓與氣壓系統(tǒng)故障分析

思考題

第五章　數(shù)控機(jī)床常見電氣故障分析

第一節(jié)　電氣控制基礎(chǔ)

第二節(jié)　電源電路故障分析

第三節(jié)　繼電器接觸器故障分析

第四節(jié)　其他電器故障分析

思考題

第六章　數(shù)控裝置的故障分析

第一節(jié)　軟件故障分析

第二節(jié)　硬件故障分析

第三節(jié)　參數(shù)故障分析

思考題

第七章　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障分析

第一節(jié)　主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障分析

第二節(jié)　進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障分析

第三節(jié)　檢測反饋裝置的故障分析

思考題

第八章　PLC故障分析

第一節(jié)　PLC工作過程

第二節(jié)　PLC的輸入/輸出元件

第三節(jié)　PLC故障分析

思考題

參考文獻(xiàn)

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