CNC加工のよくある不具合と実証済み解決策

CNC工作機械は、コンピュータ技術、自動化技術、サーボドライブ、精密測定、精密機械など各分野の新技術を統合した高効率自動工作機械であり、新興の産業制御技術です。優れた経済性と高い生産効率により、生産現場での重要性は増すばかりです。しかし、一度CNCシステムに障害が発生すると、工作機械の稼働率が向上せず、システムの有効性が低下します。本記事では、実務経験を踏まえ、CNCシステムのトラブルシューティングとメンテナンスの一般的手法を解説し、CNC加工の効率向上を図ります。

1. 物理的手段による故障診断

メンテナンス担当者が、故障発生時の光・音・臭いなどの異常現象を観察し、システムの各部位を注意深くチェックすることで、故障範囲をモジュールまたはプリント基板レベルまで絞り込みます。

事例:

CNC工作機械の加工中に突然停止。CNCキャビネットを開けて点検すると、Y軸モータのメイン回路ヒューズが切れていた。Y軸関連部品を慎重に観察・確認した結果、Y軸モータ電源線の外皮が硬い物体で損傷し、機械筐体に接触して短絡・ヒューズ切れを起こしていた。Y軸モータ電源線を交換後、故障は解消し工作機械は正常復帰。

2. 機上のダイレクト診断（自己診断機能）

数値制御システムの自己診断機能は、その性能特性を測る重要な指標となっています。自己診断機能はCNCシステムの動作状態を常時監視し、異常発生時にCRTへアラーム情報を即座に表示するか、LEDでおおよその故障原因を示します。これはメンテナンスにおいて最も効果的な方法です。

事例:

AX15Z CNC旋盤、FANUC 10TE-Fシステム搭載、故障表示:

FS10TE1399B
ROMTEST: END
RAMTEST:

CRT表示より、ROMテストは合格、RAMテストは失敗。RAMテスト失敗＝RAM故障とは限らず、RAM内パラメータ消失やバッテリ接触不良の可能性も。点検の結果、バッテリ接触不良が判明。バッテリ交換後、電源投入時の上記故障現象は解消。

3. CAM（機能プログラムテスト）による診断

機能プログラムテスト法は、CNCシステムの汎用機能・特殊機能を手動または自動プログラミングでテストプログラム化し、CNCシステムへ送信して実行させ、工作機械がこれらの機能をどれだけ正確・確実に実行できるかを検証し、故障原因を特定する方法です。

事例

FANUC 6Mシステム搭載のCNCフライス盤で、曲線加工時にクローリング（微動・ビビリ）現象発生。自作の機能テストプログラムを実行すると、工作機械はスムーズに動作し全所定動作を完了。つまりCNCシステム自体は正常。加工プログラムを確認すると、G61コマンド（正確停止モード：ブロックごとにチェック）が使用されており、これがクローリングの原因。G61をG64（連続切削モード）に置換後、クローリング現象は解消。

4. 予備部品交換法（バックアップ・スワップ）による診断

いわゆる交換法は、故障の大まかな原因を分析した上で、疑わしい部品を予備のプリント基板、テンプレート、ICチップ、コンポーネントと交換し、故障範囲をプリント基板またはチップレベルまで絞り込む方法です。

事例

TH6350マシニングセンタの回転テーブルが、上昇後に減速せず連続回転し、アラーム信号も出ない。この種の故障は、回転ワークテーブルの簡易位置決めコントローラ故障の可能性がある。さらに故障箇所を特定するため、同機の工具マガジン用簡易位置決めコントローラ（基本的に同一仕様）と交換して検証。工具マガジン側コントローラを回転テーブル設定にリセット後、交換実施。結果、工具マガジン側が連続回転し、回転テーブル側は正常動作。これにより、故障が回転テーブル側の位置決めコントローラにあることが確定。

5. パラメータチェックによる診断

CNCシステムで故障検出時、システムパラメータを即座に確認すべきです。システムパラメータの変化は工作機械の性能に直接影響し、正常動作不能に至ることさえあります。故障発生時、パラメータは通常、バッテリバックアップ付き磁気バブルメモリまたはCMOS RAMに格納されています。外部ノイズやバッテリ電圧低下でパラメータが消失・変更され、混乱を招きます。パラメータ確認・修正により故障を解消できます。

事例:

G18CP4 CNC研削盤、CNCシステムはFANUC 11M。故障により工作機械が動作不能、CRTにアラーム表示なし。

工作機械の全ての部位を点検し、CNC装置と各インターフェース間の接続ユニットは全て正常。最終的に、外部ノイズによる磁気バブルメモリの格納データ混乱が原因と特定。磁気バブルメモリの内容を完全クリアし、マニュアルに従ってCNCシステムの各種パラメータを再入力したところ、工作機械は正常復帰。

結論

上記以外にも、測定比較法、叩き試験法（パーカッション法）、局所加熱法、電圧変動法、開ループ検出法などがあります。これら複数の手法を柔軟に組み合わせ、故障を総合的に分析し、段階的に故障範囲を絞り込むことで、トラブルシューティングの目的を達成できます。