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摘要：本文阐述了劳动密集型制造企业的数控机床维修现状。以数控车床为例，构建了常见数控机床主要模块如急停、主传动系统、进给传动系统、刀架等的故障诊断流程图。实践表明，根据诊断流程可以快速的确定机床的故障原因，恢复机床功能，提高其故障诊断和排除的效率，保障企业的正常生产。
关键词：数控机床;故障诊断与维修;流程构建
0 引言
数控机床是机、电、液、光等一体化的多元系统，是制造企业技术密集型和资金密集型的生产工具，特别是当前智能制造和无人化工厂实施背景下，数控机床更加精密和复杂，其安全隐患与故障增多，在智能工厂或是无人化工厂中连锁影响造成的直接和间接损失变得十分巨大。掌握数控机床的常见故障诊断与维修技术，迅速处理数控机床故障，及时恢复正常生产运营，对制造企业来说具有深远的意义。
1 当前数控机床维修现状
我国大多数制造企业还是劳动密集型企业，尽管在智能制造和无人化工厂的推进下，也增加了部分智能制造生产线及由数控机床和机器人组合而成的智能制造单元，但总体还处于转型阶段，其维修方式多为事后维修方式。这一维修方式较为传统，主要依靠维修技术人员的经验或者定性的方法来确定故障的原因，或是对数控机床进行维护保养等，但很多维修人员学历低，对数控机床的设计和控制原理理解较浅，多为经验型，维修技术相对较为薄弱，能处理常见的数控机床故障，如数控系统面板按键失效、接口接触不良、系统电源不正常、反馈线的损坏、冷却液的堵塞、压力不足、泄露、刀位信号丢失、刀库转动不到位、防护门导轮卡住、损坏、排屑系统切屑堵塞、脚踏板损坏、照明灯故障等问题。若电气故障牵涉到数控系统、伺服系统、伺服电机等需将故障件寄送给数控系统厂家，由数控系统厂家来进行维修，机械故障牵涉到部件维修的话需得到数控机床厂家协助，以更换故障机械部分，并调整好机床机械精度。这样往往会出现“维修不足”和“维修过剩”现象，难以有效利用维修资源，保障数控机床或智能制造生产线的完好率、利用率和安全性等。基于数控机床状态的预防性维护方式在离散型制造企业中目前应用较少，一方面这一维修方式对数控机床本身智能化程度要求较高，另一方面对维修人员本身的要求也很高，需要维修人员掌握一系列的计算机辅助分析工具，并能准确的从繁杂而众多的数据中准确判别出可能出现故障的部位，及时进行干预，若经验不足或是判别错误，往往容易造成维修资源的浪费。
2 数控机床常见故障诊断流程构建
目前制造型企业中的维修人员普遍学历较低，没有对数控机床的结构、工作原理等进行过系统的学习和培训，往往是徒弟跟师傅的形式，采用经验性的方式方法来解决常见的数控机床故障，但目前企业维修人员流动性较大，维修人员团队难以稳定，不能良好的快速解决故障。本文对数控机床常见故障诊断和维修的流程进行构建，维修人员根据该流程可以快速的确定机床的故障原因，有针对性的解决故障，恢复机床功能，保障企业的正常生产。
2.1 急停故障诊断流程构建
在数控机床发生人身或机床安全等紧急情况或关机时，急停功能能够紧急停止数控机床的所有动作，减少电流对数控机床中电器元件的电冲击损伤，能够有效的保护数控机床和人员安全。以FANUC数控机床为例，当操作人员按下急停按钮或者数控机床因内部监控触发机床急停时，MCC回路断开，使控制伺服放大器电源的接触器线圈断电，从而伺服放大器斷电，并且主轴放大器停止工作。数控系统的急停功能设计是PMC的一级程序，其信号包括X8.4和G8.4，X8.4是数控系统高速输入信号，其不经过PMC处理直接响应，数控系统检测不到G8.4信号就会产生急停报警。
由FANUC 0i Mate D数控系统的急停控制原理分析构建出急停故障诊断流程如图1所示。
2.2 主轴功能常见故障诊断流程构建
主轴是数控机床的重要组成模块，其常见故障包括：主轴不转、转速异常、电机振动、电机噪音太大、过载过热等，其中最常见的是主轴不转。数控机床主轴旋转须具备主轴机械部分正常、主轴模块电气连接正确、主轴相关参数正确、主轴相关PMC程序正确、数控系统准备就绪、主轴无报警等条件。数控机床主轴常见故障诊断流程如图2所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i TD的数控车床，主轴模块为模拟主轴，其采用欧姆龙变频器控制，主轴出现只能反转，不能正转的故障现象。
故障分析与处理：查看故障现象并结合主轴模块工作原理，初步分析，有可能是机床主轴模块相关电路和正转输入/出信号出现故障。进入PMC地址画面查看正转PMC地址信号，发现正转信号输入和输出正常，MDI方式调试时变频器侧有主轴转速模拟电压输入。但变频器指示灯“RUN”不亮，说明模拟主轴电路中控制主轴正转的电路有问题，检查发现变频器正反转控制正转的继电器线圈不吸合，进一步检查发现该继电器损坏，更换后故障消失。
2.3 进给传动系统常见故障诊断流程构建
进给传动系统是数控机床最为核心的组成模块，通常采用伺服驱动系统来进行工作，在很大程度上决定了数控机床的加工精度，爬行、抖动、过载、参考点故障等均为其常见故障形式。FANUC数控系统进给传动系统故障诊断流程如图3所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i Mate TD RFCP40卧式数控车床，加工过程中X轴有振动现象，其加工的工件报废。
故障分析与处理：在JOG方式下，用机床操作面板和手操盒分别控制X轴进行进给运动，发现X轴均有振动现象。根据诊断流程和进给传动系统工作原理等分析，有可能是X轴伺服电机故障，通过备件互换法，确认故障部件为伺服电动机，更换后，机床恢复正常。
2.4 刀架常见故障诊断流程构建
数控机床刀架类故障发生较多，通常可以参考机床和刀架相关资料，如刀架的机械结构图、电气控制原理图、相关PMC程序等，结合常用的仪器和工具，及时排除故障。结合数控机床刀架结构、工作原理和常见故障现象，可以构建出FANUC 0i Mate D数控机床四工位刀架故障诊断流程如图4所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i Mate TD数控车床，换刀中找不到1号刀。
故障分析与处理：通过查看刀位PMC地址信号，发现数控系统中四个刀位地址信号均为高电平，说明该刀架刀位信号异常，检查发讯盘与线路后，发现其电源电压正常，检查四个刀位信号串接的电阻元件，发现1号刀连接的电阻阻值异常，更换电阻元件，刀架恢复正常功能。
3 结语
本文阐述了劳动密集型制造企业的数控机床维修现状，其维修方式多采用事后维修方式，以保障生产继续进行。通过对常见数控机床主要模块如急停、主传动系统、进给传动系统、刀架模块等的故障诊断方法进行分析，构建了各模块常见故障的诊断流程图，并列举了故障实例，以帮助制造企业相关维护与维修人员进行数控机床常见故障的诊断与排除。
参考文献：
[1]北京FANUC有限公司.FANUC Series 0i-MODEL D/ FANUC Series 0i Mate-MODEL D维修说明书[M].2008：515.
[2]北京FANUC有限公司.FANUC0iD/0i-Mate 简明联机调试手册[M].2009（5）：19.
[3]杨兆军，陈传海，陈菲，等.数控机床可靠性技术的研究进展[J].机械工程学报，2013，49（20）.
[4]李海清，朱永国，杨洁.基于威布尔分布最小二乘法估计的数控车床故障间隔时间研究[J].制造技术与机床，2019，06.
关键词：数控机床;故障诊断与维修;流程构建
0 引言
数控机床是机、电、液、光等一体化的多元系统，是制造企业技术密集型和资金密集型的生产工具，特别是当前智能制造和无人化工厂实施背景下，数控机床更加精密和复杂，其安全隐患与故障增多，在智能工厂或是无人化工厂中连锁影响造成的直接和间接损失变得十分巨大。掌握数控机床的常见故障诊断与维修技术，迅速处理数控机床故障，及时恢复正常生产运营，对制造企业来说具有深远的意义。
1 当前数控机床维修现状
我国大多数制造企业还是劳动密集型企业，尽管在智能制造和无人化工厂的推进下，也增加了部分智能制造生产线及由数控机床和机器人组合而成的智能制造单元，但总体还处于转型阶段，其维修方式多为事后维修方式。这一维修方式较为传统，主要依靠维修技术人员的经验或者定性的方法来确定故障的原因，或是对数控机床进行维护保养等，但很多维修人员学历低，对数控机床的设计和控制原理理解较浅，多为经验型，维修技术相对较为薄弱，能处理常见的数控机床故障，如数控系统面板按键失效、接口接触不良、系统电源不正常、反馈线的损坏、冷却液的堵塞、压力不足、泄露、刀位信号丢失、刀库转动不到位、防护门导轮卡住、损坏、排屑系统切屑堵塞、脚踏板损坏、照明灯故障等问题。若电气故障牵涉到数控系统、伺服系统、伺服电机等需将故障件寄送给数控系统厂家，由数控系统厂家来进行维修，机械故障牵涉到部件维修的话需得到数控机床厂家协助，以更换故障机械部分，并调整好机床机械精度。这样往往会出现“维修不足”和“维修过剩”现象，难以有效利用维修资源，保障数控机床或智能制造生产线的完好率、利用率和安全性等。基于数控机床状态的预防性维护方式在离散型制造企业中目前应用较少，一方面这一维修方式对数控机床本身智能化程度要求较高，另一方面对维修人员本身的要求也很高，需要维修人员掌握一系列的计算机辅助分析工具，并能准确的从繁杂而众多的数据中准确判别出可能出现故障的部位，及时进行干预，若经验不足或是判别错误，往往容易造成维修资源的浪费。
2 数控机床常见故障诊断流程构建
目前制造型企业中的维修人员普遍学历较低，没有对数控机床的结构、工作原理等进行过系统的学习和培训，往往是徒弟跟师傅的形式，采用经验性的方式方法来解决常见的数控机床故障，但目前企业维修人员流动性较大，维修人员团队难以稳定，不能良好的快速解决故障。本文对数控机床常见故障诊断和维修的流程进行构建，维修人员根据该流程可以快速的确定机床的故障原因，有针对性的解决故障，恢复机床功能，保障企业的正常生产。
2.1 急停故障诊断流程构建
在数控机床发生人身或机床安全等紧急情况或关机时，急停功能能够紧急停止数控机床的所有动作，减少电流对数控机床中电器元件的电冲击损伤，能够有效的保护数控机床和人员安全。以FANUC数控机床为例，当操作人员按下急停按钮或者数控机床因内部监控触发机床急停时，MCC回路断开，使控制伺服放大器电源的接触器线圈断电，从而伺服放大器斷电，并且主轴放大器停止工作。数控系统的急停功能设计是PMC的一级程序，其信号包括X8.4和G8.4，X8.4是数控系统高速输入信号，其不经过PMC处理直接响应，数控系统检测不到G8.4信号就会产生急停报警。
由FANUC 0i Mate D数控系统的急停控制原理分析构建出急停故障诊断流程如图1所示。
2.2 主轴功能常见故障诊断流程构建
主轴是数控机床的重要组成模块，其常见故障包括：主轴不转、转速异常、电机振动、电机噪音太大、过载过热等，其中最常见的是主轴不转。数控机床主轴旋转须具备主轴机械部分正常、主轴模块电气连接正确、主轴相关参数正确、主轴相关PMC程序正确、数控系统准备就绪、主轴无报警等条件。数控机床主轴常见故障诊断流程如图2所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i TD的数控车床，主轴模块为模拟主轴，其采用欧姆龙变频器控制，主轴出现只能反转，不能正转的故障现象。
故障分析与处理：查看故障现象并结合主轴模块工作原理，初步分析，有可能是机床主轴模块相关电路和正转输入/出信号出现故障。进入PMC地址画面查看正转PMC地址信号，发现正转信号输入和输出正常，MDI方式调试时变频器侧有主轴转速模拟电压输入。但变频器指示灯“RUN”不亮，说明模拟主轴电路中控制主轴正转的电路有问题，检查发现变频器正反转控制正转的继电器线圈不吸合，进一步检查发现该继电器损坏，更换后故障消失。
2.3 进给传动系统常见故障诊断流程构建
进给传动系统是数控机床最为核心的组成模块，通常采用伺服驱动系统来进行工作，在很大程度上决定了数控机床的加工精度，爬行、抖动、过载、参考点故障等均为其常见故障形式。FANUC数控系统进给传动系统故障诊断流程如图3所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i Mate TD RFCP40卧式数控车床，加工过程中X轴有振动现象，其加工的工件报废。
故障分析与处理：在JOG方式下，用机床操作面板和手操盒分别控制X轴进行进给运动，发现X轴均有振动现象。根据诊断流程和进给传动系统工作原理等分析，有可能是X轴伺服电机故障，通过备件互换法，确认故障部件为伺服电动机，更换后，机床恢复正常。
2.4 刀架常见故障诊断流程构建
数控机床刀架类故障发生较多，通常可以参考机床和刀架相关资料，如刀架的机械结构图、电气控制原理图、相关PMC程序等，结合常用的仪器和工具，及时排除故障。结合数控机床刀架结构、工作原理和常见故障现象，可以构建出FANUC 0i Mate D数控机床四工位刀架故障诊断流程如图4所示。
故障实例：某摩轮厂配套FANUC 0i Mate TD数控车床，换刀中找不到1号刀。
故障分析与处理：通过查看刀位PMC地址信号，发现数控系统中四个刀位地址信号均为高电平，说明该刀架刀位信号异常，检查发讯盘与线路后，发现其电源电压正常，检查四个刀位信号串接的电阻元件，发现1号刀连接的电阻阻值异常，更换电阻元件，刀架恢复正常功能。
3 结语
本文阐述了劳动密集型制造企业的数控机床维修现状，其维修方式多采用事后维修方式，以保障生产继续进行。通过对常见数控机床主要模块如急停、主传动系统、进给传动系统、刀架模块等的故障诊断方法进行分析，构建了各模块常见故障的诊断流程图，并列举了故障实例，以帮助制造企业相关维护与维修人员进行数控机床常见故障的诊断与排除。
参考文献：
[1]北京FANUC有限公司.FANUC Series 0i-MODEL D/ FANUC Series 0i Mate-MODEL D维修说明书[M].2008：515.
[2]北京FANUC有限公司.FANUC0iD/0i-Mate 简明联机调试手册[M].2009（5）：19.
[3]杨兆军，陈传海，陈菲，等.数控机床可靠性技术的研究进展[J].机械工程学报，2013，49（20）.
[4]李海清，朱永国，杨洁.基于威布尔分布最小二乘法估计的数控车床故障间隔时间研究[J].制造技术与机床，2019，06.