石叶琴
摘 要：当今社会，在企业生产过程中，数控机床替代了人类的大量劳动，并发挥着巨大的作用，在高强度的生产加工背景下，数控机床就会发生故障。数控机床故障的高发期主要集中在磨合期与衰退期这2个时间段，该文主要对强电部分、数控系统、驱动系统、机械部分常会出现的故障点进行罗列，并结合笔者自身实际操作数控机床的经验，分享现代数控机床经典的故障案例。
关键词：数控机床;故障点;诊断过程;维修案例
中图分类号：TG519.1 文献标志码：A
数控机床在生产过程中一旦发生故障，生产将被停止，且直接影响企业的生产效率。为进一步满足数控维修技术人员应具备的能力，我们深入企业、车间、学校数控实训基地等地调查收集数控机床在各个模块中常出现的故障。同时，结合自身所掌握的数控机床故障的理论知识，整理总结出常见的数控机床故障及案例分析。
1 电气故障
如数控机床工作原理如图1所示，结合机床说明书排除故障流程图、调整方法及工作经验，电气部分引起的故障可分为强电故障和弱点故障。
1.1 强电和弱电故障
强电故障维修简单，诊断起来也比较方便，但是维修人员也不能马虎，必须要引起重视。在维修过程中，强电部分动作频发、电流大，出现故障的概率高。
结合实际的操作经验，强电故障包括主轴不能运行故障、系统无法启动故障、X轴不能运行故障、变压器无法工作故障。弱点故障包括硬件故障、软件故障。
1.2 故障维修实例
FANUC系统的数控机床，热继电器无动作，换刀时，电动刀架无法正常工作。
1.2.1 故障诊断
数控机床加工零件，需要更换刀具时，发现电动刀架无法进行正常工作，数控计算机设备显示刀架换刀时间太长。停车检查，首先按下系统参数按钮，翻查换刀时间参数，时间参数设置正确，自诊断状态位设置也没有问题。其次打开电氣柜，用万用表逐个检测主电路中的所有电器元件，当检测到热继电器元件时，两端电路不通，立即对其进行拆卸，打开后看见内部的电阻丝全部损坏。最后检查电动机的电源触点，接线端子处布满铁屑，而且电动机U、V、W相线，相线间几乎没有电阻值。
1.2.2 故障原因
FANUC系统数控机床操作人员习惯用气枪打扫机床的铁屑。
1.2.3 故障排除
故障排除分为4步。1）规范操作，做好数控设备的保养工作。考虑到电器柜短路引起设备、人身安全问题，严禁操作人员在清理数控机床铁屑时使用气枪。2）对热继电器进行换新。3）电动机电源触点处重新布线。4）上电，按下电动刀架换刀指令，能正常换刀，继续加工零件。
2 数控系统故障
2.1 系统信号故障
数控装置是数控机床的核心部分，数控系统通过数控系统信号来控制数控机床的各个部分运行，常见的系统信号故障主要有主轴控制转速故障、主轴控制方向故障和主轴控制反馈信号故障。
2.2 系统参数故障
数控机床在出厂前，已将所用的系统参数进行了调试优化，但有的数控系统还有一部分参数需要到用户那里去调试，如果参数设置不对或者没有调试好，就有可能引起各种各样的故障现象，直接影响到机床的正常工作和性能的充分发挥。在数控维修的过程中，有时也利用参数来调试机床的某些功能，而且有些参数需要根据机床的运动状态来进行调整。系统参数的设定很重要，如果系统参数设置错误，就会引发各种各样的故障现象，包括系统不能正常启动、不能正常运行、螺纹加工不能够进行、系统显示不正常及死机等。
2.3 故障维修实例
数控机床切削加工零件，执行T指令后，检查程序中的T指令，设置正确，恢复但刀架仍寻找不到程序中指定的刀位号，旋转不停，旋转过程中，发现刀架转动到指定的刀位号刀具时，刀架暂停数秒后重复上述动作。
2.3.1 故障诊断
根据维修技术人员的操作经验进行检查，初步判断导致刀架不可以锁紧的原因有3个。1）数控机床刀架电动机反转延时参数设置不正确。2）刀架夹紧到位、限位的开关损坏，不能正常动作。3）刀架锁紧机构发生故障。
2.3.2 故障排除过程
故障排除过程分为5步。1）切断电源，经过刀架电机测试，发现数控机床的刀架能够锁紧，判断该刀架的锁紧机构无故障，可以正常工作。2）万用表检测限位开关线路，未发现问题，恢复操作，限位开关执行动作正常，判断无故障。3）排查线路中的接近开关，没有24 V直流电源，发现电源线处脱落。4）用电烙铁将脱落线处焊接好后，数控机床刀架转到程序中指定的刀号，能停顿数秒，但还是不能将其锁紧。5）PLC控制数控机床刀架的I/O参数，检查输入输出参数，参数没问题，继续观察，发现刀架夹紧延时参数设置存在问题。
2.3.3 故障原因
数控机床PLC控制刀架夹紧延时参数设置有误所致。
2.3.4 故障排除
根据FANUC数控机床的型号、厂家，查找机床说明书，将刀架夹紧延时参数按要求设置正确。启动机床，执行换刀指令，可以正常换刀并锁紧。
3 驱动系统故障
3.1 常见故障类型
3.1.1 主轴驱动系统故障
数控机床中的主轴驱动系统主要是指机床主切削运动的动力驱动装置，也可以称为主传动系统。主运动通过主传动机构，提供切削驱动功率和切削力，从而带动主轴上安装的工件和刀具一起运动，进给运动通过进给传动机构使刀架（刀库）带动刀具作进给运动，提供各坐标轴切削过程中所需的切削转矩。主、进给运动相对运动，可完成零件图纸上复杂件的加工。因此，要想在数控机床中加工出高精度的零件，就必须保证主轴驱动系统的高稳定性[1]。
3.1.2 进给传动系统故障
数控机床采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、闭环控制、半闭环控制以及混合控制4种。按伺服进给系统使用的伺服电动机的类型，半闭环、闭环数控机床常用的伺服进给系统可以分为起直流伺服驱动和交流伺服驱动2类。该文对进给伺服系统的常见故障进行了归纳总结，根据实际操作的经验，将常见的进给驱动故障大致分为超程、过载、爬行和振动4类。
3.2 故障维修实例
FANUC数控系统的数控机床，连续生产零件5 h后，操作人员发现Z轴有故障且数控系统报警，这时数控机床无法正常加工。主、进给驱动系统能正常动作，并没有影响零件加工的精度。关闭机床重新启动后，一旦执行Z轴指令，仍出现上述故障。
3.2.1 故障诊断
故障排除分为2步。1）数控机床机械部分的故障包括2种。①高速切削，机床贴塑导轨因受热变形。②轴承支撑滚珠丝杠的配合间隙大，引起负载受力不平衡，从而影响到进给系统Z轴传递运动的稳定性。2）数控机床电气部分的故障：电气元件系统参数设置错误，直接改变进给系统Z轴传动运动的精度。
3.2.2 故障原因
机械贴塑导轨受热、轴承配合间隙大和电气元件系统参数设置错误一起所致。
3.2.3 故障排除
用工具把Z轴电机、滚珠丝杠拆卸开来，让Z轴不带负载进行工作。此时，执行Z轴指令后，仍然出现振荡故障现象，但数控机床连续工作的时间增加了4 h，可以判断出是电气部分出现故障。交换数控系统X、Z轴的速度及位置反馈信号，Z轴伺服电机的转动变成数控系统中X轴的指令来执行，而X轴伺服电机运行过程中发生与Z坐标轴运行时一样的故障。需要更换同型号新的Z轴伺服驱动系统，恢复操作后，Z坐标轴可以正常工作[2]。
4 机械部分故障
数控机床是典型的一体化产品，机械部分占据核心地位。
4.1 常见故障类型
常见的故障有主轴机械故障、进给坐标轴机械故障和四方刀架故障。
4.2 故障维修实例
1台卧式加工中心在铣削零件時，先液压启动Y轴后，再用手动运行指令执行Y轴。此时，液压启动无响应，CRT装置上出现报警信息，按下其他坐标轴的按钮，可以动作。但是Y轴执行无效。
4.2.1 故障诊断
针对上述出现的故障现象，初步判断是由于滚珠丝杠来回窜动导致的故障。首先，排查Y轴进给系统内、外部线路、元器件的连接情况，未发现异常。其次，将Y轴液压抱闸拆开，发现数控机床电机、丝杠之间的传动带脱落下来，再手动摇动Y轴的丝杠，运动时上下窜动。再次，打开滚珠丝杠上轴承座，未发现故障。最后，打开滚珠丝杠下轴承座，推力球轴承的紧固螺母松动，从而出现滚珠丝杠上下窜动的现象。
4.2.2 故障原因
故障是由滚珠丝杠下轴承座推力球轴承的紧固螺母松动导致的窜动。
4.2.3 故障排除
当数控系统接收NC指令后，数控机床测量装置输出反馈信号，假设数控机床滚珠丝杠间隙过大，这时数控系统就会出现报警信号，从而产生故障，指令执行无效，机床不能动作。用工具调整滚珠丝杠紧固螺母并锁紧，满足间隙要求，机床可以正常工作。
5 结语
该文从数控维修技术人员必须掌握机床的各个部分的组成结构、工作原理出发，结合数控机床在各个模块中常会出现哪些故障，以及排除故障的经验冷静思索，在短时间内快速地查找出故障点，对其进行诊断并及时排除，第一时间恢复生产。为确保企业生产效率，技术人员需要注重提升自身的技术水平，以此来提高数控行业的效益。
参考文献
[1]顾宏.基于数控车床加工精度的影响因素分析及应对策略探究[J].新型工业化，2018，8（2）：64-67.
[2]段颖.经济型机床机械结构数控化改造研究[J].科技风，2019（8）：145.
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