數控機床常見故障診斷流程構建研究

摘要：本文闡述了勞動密集型制造企業(yè)的數控機床維修現(xiàn)狀。以數控車床為例，構建了常見數控機床主要模塊如急停、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀架等的故障診斷流程圖。實踐表明，根據診斷流程可以快速的確定機床的故障原因，恢復機床功能，提高其故障診斷和排除的效率，保障企業(yè)的正常生產。

關鍵詞：數控機床;故障診斷與維修;流程構建

0 ?引言

數控機床是機、電、液、光等一體化的多元系統(tǒng)，是制造企業(yè)技術密集型和資金密集型的生產工具，特別是當前智能制造和無人化工廠實施背景下，數控機床更加精密和復雜，其安全隱患與故障增多，在智能工廠或是無人化工廠中連鎖影響造成的直接和間接損失變得十分巨大。掌握數控機床的常見故障診斷與維修技術，迅速處理數控機床故障，及時恢復正常生產運營，對制造企業(yè)來說具有深遠的意義。

1 ?當前數控機床維修現(xiàn)狀

我國大多數制造企業(yè)還是勞動密集型企業(yè)，盡管在智能制造和無人化工廠的推進下，也增加了部分智能制造生產線及由數控機床和機器人組合而成的智能制造單元，但總體還處于轉型階段，其維修方式多為事后維修方式。這一維修方式較為傳統(tǒng)，主要依靠維修技術人員的經驗或者定性的方法來確定故障的原因，或是對數控機床進行維護保養(yǎng)等，但很多維修人員學歷低，對數控機床的設計和控制原理理解較淺，多為經驗型，維修技術相對較為薄弱，能處理常見的數控機床故障，如數控系統(tǒng)面板按鍵失效、接口接觸不良、系統(tǒng)電源不正常、反饋線的損壞、冷卻液的堵塞、壓力不足、泄露、刀位信號丟失、刀庫轉動不到位、防護門導輪卡住、損壞、排屑系統(tǒng)切屑堵塞、腳踏板損壞、照明燈故障等問題。若電氣故障牽涉到數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、伺服電機等需將故障件寄送給數控系統(tǒng)廠家，由數控系統(tǒng)廠家來進行維修，機械故障牽涉到部件維修的話需得到數控機床廠家協(xié)助，以更換故障機械部分，并調整好機床機械精度。這樣往往會出現(xiàn)“維修不足”和“維修過?！爆F(xiàn)象，難以有效利用維修資源，保障數控機床或智能制造生產線的完好率、利用率和安全性等?；跀悼貦C床狀態(tài)的預防性維護方式在離散型制造企業(yè)中目前應用較少，一方面這一維修方式對數控機床本身智能化程度要求較高，另一方面對維修人員本身的要求也很高，需要維修人員掌握一系列的計算機輔助分析工具，并能準確的從繁雜而眾多的數據中準確判別出可能出現(xiàn)故障的部位，及時進行干預，若經驗不足或是判別錯誤，往往容易造成維修資源的浪費。

2 ?數控機床常見故障診斷流程構建

目前制造型企業(yè)中的維修人員普遍學歷較低，沒有對數控機床的結構、工作原理等進行過系統(tǒng)的學習和培訓，往往是徒弟跟師傅的形式，采用經驗性的方式方法來解決常見的數控機床故障，但目前企業(yè)維修人員流動性較大，維修人員團隊難以穩(wěn)定，不能良好的快速解決故障。本文對數控機床常見故障診斷和維修的流程進行構建，維修人員根據該流程可以快速的確定機床的故障原因，有針對性的解決故障，恢復機床功能，保障企業(yè)的正常生產。

2.1 急停故障診斷流程構建

在數控機床發(fā)生人身或機床安全等緊急情況或關機時，急停功能能夠緊急停止數控機床的所有動作，減少電流對數控機床中電器元件的電沖擊損傷，能夠有效的保護數控機床和人員安全。以FANUC數控機床為例，當操作人員按下急停按鈕或者數控機床因內部監(jiān)控觸發(fā)機床急停時，MCC回路斷開，使控制伺服放大器電源的接觸器線圈斷電，從而伺服放大器斷電，并且主軸放大器停止工作。數控系統(tǒng)的急停功能設計是PMC的一級程序，其信號包括X8.4和G8.4，X8.4是數控系統(tǒng)高速輸入信號，其不經過PMC處理直接響應，數控系統(tǒng)檢測不到G8.4信號就會產生急停報警。

由FANUC 0i Mate D數控系統(tǒng)的急?？刂圃矸治鰳嫿ǔ黾蓖９收显\斷流程如圖1所示。

2.2 主軸功能常見故障診斷流程構建

主軸是數控機床的重要組成模塊，其常見故障包括：主軸不轉、轉速異常、電機振動、電機噪音太大、過載過熱等，其中最常見的是主軸不轉。數控機床主軸旋轉須具備主軸機械部分正常、主軸模塊電氣連接正確、主軸相關參數正確、主軸相關PMC程序正確、數控系統(tǒng)準備就緒、主軸無報警等條件。數控機床主軸常見故障診斷流程如圖2所示。

故障實例：某摩輪廠配套FANUC 0i TD的數控車床，主軸模塊為模擬主軸，其采用歐姆龍變頻器控制，主軸出現(xiàn)只能反轉，不能正轉的故障現(xiàn)象。

故障分析與處理：查看故障現(xiàn)象并結合主軸模塊工作原理，初步分析，有可能是機床主軸模塊相關電路和正轉輸入/出信號出現(xiàn)故障。進入PMC地址畫面查看正轉PMC地址信號，發(fā)現(xiàn)正轉信號輸入和輸出正常，MDI方式調試時變頻器側有主軸轉速模擬電壓輸入。但變頻器指示燈“RUN”不亮，說明模擬主軸電路中控制主軸正轉的電路有問題，檢查發(fā)現(xiàn)變頻器正反轉控制正轉的繼電器線圈不吸合，進一步檢查發(fā)現(xiàn)該繼電器損壞，更換后故障消失。

2.3 進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷流程構建

進給傳動系統(tǒng)是數控機床最為核心的組成模塊，通常采用伺服驅動系統(tǒng)來進行工作，在很大程度上決定了數控機床的加工精度，爬行、抖動、過載、參考點故障等均為其常見故障形式。FANUC數控系統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)故障診斷流程如圖3所示。

故障實例：某摩輪廠配套FANUC 0i Mate TD RFCP40臥式數控車床，加工過程中X軸有振動現(xiàn)象，其加工的工件報廢。

故障分析與處理：在JOG方式下，用機床操作面板和手操盒分別控制X軸進行進給運動，發(fā)現(xiàn)X軸均有振動現(xiàn)象。根據診斷流程和進給傳動系統(tǒng)工作原理等分析，有可能是X軸伺服電機故障，通過備件互換法，確認故障部件為伺服電動機，更換后，機床恢復正常。

2.4 刀架常見故障診斷流程構建

數控機床刀架類故障發(fā)生較多，通常可以參考機床和刀架相關資料，如刀架的機械結構圖、電氣控制原理圖、相關PMC程序等，結合常用的儀器和工具，及時排除故障。結合數控機床刀架結構、工作原理和常見故障現(xiàn)象，可以構建出FANUC 0i Mate D數控機床四工位刀架故障診斷流程如圖4所示。

故障實例：某摩輪廠配套FANUC 0i Mate TD數控車床，換刀中找不到1號刀。

故障分析與處理：通過查看刀位PMC地址信號，發(fā)現(xiàn)數控系統(tǒng)中四個刀位地址信號均為高電平，說明該刀架刀位信號異常，檢查發(fā)訊盤與線路后，發(fā)現(xiàn)其電源電壓正常，檢查四個刀位信號串接的電阻元件，發(fā)現(xiàn)1號刀連接的電阻阻值異常，更換電阻元件，刀架恢復正常功能。

3 ?結語

本文闡述了勞動密集型制造企業(yè)的數控機床維修現(xiàn)狀，其維修方式多采用事后維修方式，以保障生產繼續(xù)進行。通過對常見數控機床主要模塊如急停、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀架模塊等的故障診斷方法進行分析，構建了各模塊常見故障的診斷流程圖，并列舉了故障實例，以幫助制造企業(yè)相關維護與維修人員進行數控機床常見故障的診斷與排除。

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