【摘要】数控铣床指应用电子及数字化信号控制的铣床，属于自动加工设备的一种，通常分为带刀库及不带刀库两种类型，其中带刀库的数控铣床又被称之为加工中心。数控铣床的类型较多，不同类型具有不同的部件组成，不仅包括冷却系统、润滑系统，还涵盖了控制系统、主轴传动系统等，各个系统又由多种部件组成，若数控铣床的某一部件或系统出现故障，就会对产品生产效率和质量产生不利影响，进而造成企业的利益损失。因此，必须对其所存故障进行分析和排除。本文以数控铣床FANUC系统故障为例，对其常见故障进行分析，并排除故障。
【关键词】数控铣床；FANUC系统；故障排除
数控铣床是制造业实现集成化、信息化和自动化生产的一种重要载体，不仅是提高生产效率的保障，还是提高产品质量的保障。FANUC系统数控铣床因其具备功能强大、可操作性强及性价比高等优势，被广泛应用于制造行业中，并在长期实践的过程中实现了进一步发展。对于制造业来说，数控铣床发生故障次数少、发生故障时间短等均能够减少企业的利润损失，而由于数控铣床的部件组成较为复杂，无论是出现何种故障，在排除故障时通常都需要应用机电、自动控制等多项技术，因此，要求维修人员必须掌握较为牢固的专业知识和技能，能够在极短时间内分析出数控铣床FANUC系统的故障原因，快速找出故障点，并采取正确方法对故障进行排除[1]-[3]。
一、数控铣床FANUC系统电故障分析与排除
对于数控铣床FANUC系统的生产厂家来说，其在销售系统的同时，也考虑到了系统故障和维修问题，由此设计并制定了数控系统维修手册，为广大用户提供故障分析和排除故障的具体方法和流程，虽然便于用户进行维修操作，但是参照维修手册上的具体方法对故障进行排除，存在着一个前提条件，就是数控系统上电正常，且并未出现软、硬件故障，对于未满足这一前提条件的系统故障，维修手册上并未明确检修方法，因此用户无法对故障进行分析和排除。厂家或企业在应用数控铣床FANUC系统时，常常面临着系统无法启动的故障，具体故障现象就是：操作人员将系统接通电源，并按下启动按钮之后，始终未见系统显示屏亮，或系统显示屏亮但是无法正常进入系统。对于显示屏未亮故障来说，在对其故障原因进行分析，并排除故障时，就要考虑到数控装置的工作电源是否缺失，首先要对数控系统的七段数码管进行检查，确定其是否出现指示数字，若指示数字出现则说明系统有工作电源输入，电回路并未出现故障，这时就可判定故障发生于数控装置硬件[4]。对于数控装置硬件来说，其上所具备的七段数码管共可显示10个数字，从0-9，在维修手册中对于数码管的不同显示数字，注明了其对应的不同故障原因和维修方法，在确定了故障点后，用户即可依据维修手册上的方法和流程对系统进行维修，需要注意的是，对故障进行排除的过程中，应当依据所显示具体数字对维修手册进行查阅。若七段数码管未显示数字，那么就能够判定故障点是修通无电源输入，该种故障的排除方法，则要应用到万用表，对线路连接、系统开关等进行检查，并仔细观察系统开关的电源24V输出是否正确，若正确，就对系统的电回路进行检查，判断其通断情况，进而排除电回路故障。对于显示屏亮但却无法正常使用系统，就可直接判定系统软件出现故障，此时用户就可依据维修手册对故障进行排除[5]。具体故障排除流程见图1。
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图1 数控铣床FANUC系统电故障分析与排除
二、数控铣床FANUC系统主轴故障分析与排除
主轴是数控铣床FANUC系统的重要组成部分，可为系统的切削加工提供主要动力，而数控铣床在其正常运行过程中，主轴可依据程序所给出的指令，如M、S等，进而对转动方向和速度进行控制。对于数控铣床的主轴控制系统来说，依据机床性能对控制方式进行分类，一般分为串行和变频两种方式。经济型数控铣床的主轴通常采取变频调速进行控制，利用系统输出的模拟量电压控制速度，再利用PMC编程对电机正转、反转等进行控制[6]。串行控制方法指的就是，在数控铣床的主轴控制系统中，为实现对主轴的控制而采取的交流主轴驱动器，该种方式不仅能够较好地控制速度，还能通过CNC对主轴进行定向准停，同时还能实现对主轴的定位等控制功能。当主轴系统出现故障时，首先需确定主轴控制方法，在此基础上依据相应控制方式所对应的故障排除手段对故障进行排除。以模拟主轴控制方法为例，主轴控制仅是对无极调速进行控制，因此该种方式下常见的主轴故障是主轴速度与指令不一致、加工中螺纹乱压和主轴不转等情况，其中主轴不转故障的原因较为复杂，需要考虑到多项因素，不仅包括主轴机械的部件连接情况，还涵盖了变频器正反转端子信号等，在对以上部件进行排查后，还需排查系统的模拟量电压输出。当主轴速度与指令速度出现不一致情况时，常见原因是系统参数错误设置，该种情况下，就需对系统的参数设置情况进行检查。若加工中出现螺纹乱压情况，一般情况下均是由编码器出现故障引起，只需要更换编码器就可排除故障。对于串行主轴控制方式来说，其选取的主轴驱动器均是厂家的专用产品，常见故障是系统诊断页面出现故障报警信息，以数控铣床FANUC系统的串行主轴为例，其故障排除可依据系统诊断页面所提供的报警代码、诊断号等，通过对应查阅维修手册进行排除[7]-[10]。
三、数控铣床FANUC系统驱动故障分析与排除
通常情况下，数控铣床FANUC系统的伺服驱动出现故障，系统的显示屏均会显示出详细的报警信息，或报警指示灯亮起，在对该种故障进行排除时，就要查阅数控系统厂家所提供的维修手册，查阅其中有关伺服电机、伺服驱动器等维修内容，依据具体故障原因参照手册上的方法对其进行排除。若伺服驱动系统出现故障，但显示屏并未出现报警信息，且伺服驱动器的指示灯也并未点亮，就需要考虑到伺服进给系统是否正常，若确定其不正常，就需对该系统的各个组成环节进行检查，进而确定故障点，在此基础上，再利用相应方法排除故障[11]。以配置FANUCOimate MD系统的XK714数控铣床的伺服驱动系统故障为例，其X坐标轴出现不能运动情况时，就需对操作面板的按键进行检测，确定其是否出现故障，若出现故障，就进入到PMC维护界面，并查看“信号诊断”的画面信号，若没有出现故障，就需确定系统参数设置是否出现故障，若出现故障，就要进一步查看系统参数是否设置准确，若不准确，对其进行调节。在系统参数设置正确的基础上，若X坐标轴仍然无法运动，就需对PMC程序进行排查，查看其是否出现故障，不仅要查看PMC的梯形图程序，还要观察梯形图的输出信号状态，之后再对伺服驱动系统进行排查，检查其动力线、反馈电缆及驱动器等是否存在故障，最后对伺服电机进行检查，在以上流程中若均未出现故障，再利用工具转动丝杠，并观察丝杠螺母副是否存在卡死情况，在确定故障点后，再采取相应方法对故障进行排除。
四、数控铣床FANUC系统换刀故障分析及排除
数控铣床FANUC系统的回转刀架换刀控制过程较为复杂，通常需要采用多工位电动回转刀架来实现，该种刀架与普通车床的四工位刀架较为相似，在换刀的过程中，主要分为三个步骤，即抬起刀架、刀架转位和锁紧。回转刀架作为一种自动换刀装置，依据机械原理可将其分为十字槽转位刀架和机械螺母升降转位刀架两种，但无论是哪一种刀架，均需通过对刀架电动机正转的控制来实现抬起、转位刀架这两个动作，而锁紧则是通过对刀架电机反转进行控制来实现。在FANUC系统中，电动机的正转和反转均是由生产和物料控制系统进行控制，通过输送控制信号，指令接触器、继电器等工作，再利用接触器对电机相序进行改变而实现。除此之外，在数控铣床FANUC系统的换刀过程中，必须通过数控铣床对刀具指令T代码进行译码，因此，自动换到是通过CNC装置和PMC控制等共同完成的。在换刀过程中，PMC控制程序的要求如下：当换刀指令被CNC系统读入后，刀架电动机进行正转，进而抬起刀架，实现刀架转位，在检测到刀具到位信号之后，再对电动机进行反转控制，进而锁紧刀架。在对换刀控制PMC程序进行编制的过程中，需要考虑到生产过程中的各种情况，进而避免换刀故障。首先，当换刀指令被CNC系统读入后，需对刀具号进行辨别，只有在输入正确的刀具号情况想，才能够进行换刀流程[12]。若在正确操作的情况下，数控铣床FANUC系统仍然出现了换刀故障，就需要对故障原因进行分析，由于刀架控制流程较为复杂，因此其故障种类较多，主要包括以下几种：
（一）电动回转刀架换刀故障
电动回转刀架的换刀故障主要包括执行换刀指令后，刀架不转动、执行换刀治疗后，电动刀架转位不停、刀架无法锁紧等。
1.刀架不转动
若出现刀架不转动故障时，就需考虑两个方面故障，一是电气系统故障，另一个是机械故障。通常情况下，需要遵循“先电后机”的原则对故障进行排除。由电动刀架的控制原理可知，导致刀架不转的电气故障原因在于，刀架电机不转动，对电机不转故障的原因进行分析时，需要先对电机主回路的交流接触器进行检查，确定其是否吸合，若其吸合就可判定故障原因是电机故障或电源缺相，再应用相应方法对故障进行排除。若接触器并不吸合，就需要对中间继电器进行检查，确定其是否得电，若其得电，就可判定故障发生原因是继电器触点接触不良、控制电缆断线等方面，若其不得电，就需对刀架正转输出信号进行检测，确定其是否顺利输出，同时还需对PMC至中间继电器的接线情况进行判定，并确定PMC输出板是否出现损坏。对于刀架不转动的机械故障来说，通常是由刀架机械卡死而导致，排除故障的方法就是更换零件[13]。
2.电动刀架转位不停
针对电动刀架转位不停的故障，可直接判断其故障原因就是刀位信号未成功发出，而排除这类故障的方法就是，首先确保霍尔开关的电源正常，再对换刀指令的刀位霍尔元件进行检查，确定其是否出现损坏，最后对刀位信号与系统之间的接线进行检查，确定其是否断路。若霍尔元件良好，且接线正常，就可判定系统的刀位信号接收电路存在故障，进而更换系统主板，即可排除故障。
3.刀架无法锁紧
刀架无法锁紧的故障原因主要包括：（1）刀架电机反转时间不够，该种故障可通过在系统中对刀架反转锁紧时间进行重新设置来排除；（2）刀位停止准确，该种故障可通过对发信盘进行位置调整，使霍尔元件对准磁铁，进而排除故障；（3）机械锁紧结构故障，可对刀架机械进行拆装和维修，即可排除故障；（4）机械加工过程中，所生产零件出现波纹，该种故障现象相对并不明显，故障原因是刀具并未充分锁紧，可适当延长刀架的锁紧时间来排除故障[14]。
（二）斗笠式刀库换刀故障
由于数控铣床FANUC系统的自动换刀装置的结构较为复杂，在加工产品过程中，需要频繁自动换刀，因此故障率较高。依据相关统计资料显示，数控铣床超过50%的故障均与自动换刀流程有关[15]。对于斗笠式刀库来说，其常见的故障包括刀库无法转动、回转冲击大、定位不准等，对于不同的故障情况，需要采取不同的故障排除方法。在对刀库不转故障进行分析时，首先要从电子控制系统着手，对刀库电机的转动情况进行检查，再对刀库控制PMC程序是否存在输出信号进行检查，最后确定刀库检测开关位置是否调整正确。若电气系统并不存在故障现象，那么就要对刀库回转机构进行检查，确定各个部件是否出现卡死情况，并检查各个部件的间隙，确定间隙不紧不松，且机械部件未出现松动情况等，刀库的回转冲击大通常会导致定位不准确，而该种故障出现原因包括：（1）刀库电机转速过高；（2）刀库上刀具重量分布不均匀；（3）机械部件精度与安装调整精度不满足相关要求。若出现刀库定位不准确故障时，就需对刀具布置进行检查，确定其合理布置，再对机械部件的安装精度进行检查，确定其满足技术要求，最后再对电机转速进行调整。通常情况下，当排除了刀库冲击故障之后，刀库定位不精准的故障也会被排除。对于刀库刀爪与主轴刀具存在干涉故障，原因通常包括以下几个方面：主轴定位不准、刀库回转定位不准和换刀位置不准等，在对故障进行排除时，应当首先对刀库回转定位精度进行检查，再检查主轴定位准停位置，最后对换刀位置进行检查，在逐步分析和检查的基础上，确定故障点，再采取正确方法排除故障[16]。
五、结语
数控铣床FANUC系统在其正常运行过程中，极易出现各种软硬件故障，需要技术人员快速找出故障原因，定位故障点，再采取正确方法对故障进行排除，使系统恢复正常状态，不仅能保障数控铣床的完好率，还能增加工厂生产的效益。
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