基于FANUC 160i-M數控系統半閉環功能的故障分析與維修

薛廣庫，張雪梅，鄭杰

(成都飛機工業(集團) 有限責任公司數控加工廠，四川成都610091)

某單位五坐標數控刀具磨床采用FANUC 160i-M數控系統［1］，是一種將CNC 與PC 功能融合為一體的開放式CNC。X/Y/Z 為三直線運行坐標系，A/C 為兩旋轉運行坐標軸，坐標系如圖1 所示。磨削刀具的加工質量主要取決于C 軸旋轉運動的準確定位，C 軸的位置檢測分驅動電機脈沖編碼器組成的半閉環檢測系統和由圓光柵和掃描磁頭(RGH22Z05FOOA) 組成的全閉環位置檢測系統兩種，通常機床磨削刀具時C 軸采用光柵檢測進行位置反饋。

圖1 機床運行坐標系

1 故障現象

機床C 軸在運行過程中系統出現“#445: Soft disconnection (軟斷線報警) ”，機床主軸負載斷電。

2 故障分析

查閱FANUC 160i-M 數控系統維修手冊［2］對應的報警號，提示內容如下:

原因: C 軸運動時，伺服軟件檢測到軟斷線(電動機回轉，而位置反饋數據卻固定不變) ，檢測到位置反饋的變化量相對速度反饋的變化量很小。

根據故障提示需進行以下方面的檢查，以確定故障原因:

(1) 檢查確認伺服通信放大模塊檢測數據連接是否正常工作;

(2) 檢查機床系統參數是否設置正確;

(3) 檢查C 軸電動機軸與機床的連接是否松動和晃動;

(4) 調整C 軸渦輪蝸桿機械傳動系統齒合間隙;

(5) 檢查C 軸圓光柵有無被污染;

(6) 檢查C 軸圓光柵讀數掃描磁頭是否工作正常;

3 故障排除

根據故障現象和報警提示，對上述可能原因進行逐一排查。

(1) 首先，檢查C 軸伺服電機脈沖編碼器與伺服放大器模塊(SVM) 之間的信息數據連接(JF1)是否可靠，如圖2 所示。對數據線插頭進行檢查和重新插拔。關機重啟，故障依然存在。

圖2 伺服放大模塊(SVM) 通信連接

(2) 然后，進入FANUC 系統參數設定界面檢查參數: 1815 中的OPT (位置檢測方式) 、1851 (快速移動時，軸的反向間隙補償量) 、2024 (位置脈沖數) 、2084/2085 (傳動齒數比)［3］是否正常。檢查發現C 軸全閉環檢測方式下的上述參數設置并無異常。

(3) 檢查C 軸伺服電機軸與機床固定端連接是否可靠，有無松動。發現伺服電機末端脈沖編碼器與電機軸連接可靠，數據傳輸可靠，無異常。

(4) 與此同時，進入FANUC 系統參數設定界面，將PVE OFF 改為PVE ON，將C 軸位置檢測方式由全閉環改為半閉環，如表1 所示。再將PVE ON 改為PVE OFF，關機重啟。此時，C 軸為半閉環位置檢測方式，#445 報警消除，C 軸可以轉動。在MDI 狀態下，手動搖手輪分別給C 軸“+、－”方向單個脈沖信號，用千分表靠檢驗芯棒的方法觀察千分表讀數變化，檢查C 軸機械傳動機構(渦輪蝸桿機構)的傳動間隙，檢查發現C 軸渦輪蝸桿機械傳動系統齒合間隙正常。

表1 C 軸位置檢測全閉環改半閉環

(5) 此時只剩檢查C 軸圓光柵和圓光柵讀數掃描磁頭的工作狀態了。在通過光柵尺觀察孔檢查圓光柵表面時，發現光柵尺表面銹蝕嚴重，可能是造成#445報警的原因。對光柵尺銹蝕表面進行處理后，發現光柵尺已無法使用，需進行更換。

4 C 軸圓光柵更換

在進行C 軸圓光柵更換前需做以下準備工作:

(1) 在C 軸半閉環檢測狀態下，將機床回原點后，走到等待位置;

(2) 將機床在“+Z”方向走到合適的高度;

(3) 松開磨削主軸傳動皮帶;

(4) 用吊繩綁住主軸電機，并固定好。

此時即可進行C 軸運動檢測機構的拆卸，拆卸步驟如下:

(1) 拆掉C 軸運動檢測機構與主軸電機的固定連接螺釘，手動操作方式下讓機床沿“－Z”方向運動，使主軸電機與C 軸運動檢測機構分離后，即可看到C 軸全閉環檢測機構，如圖3 所示。

圖3 C 軸全閉環檢測機構

(2) 將光柵盤上原有的光柵尺拆掉后，用酒精將光柵盤清洗干凈，更換新光柵尺。

(3) 新光柵尺更換完后需做以下工作:

①確定C 軸全閉環檢測系統通信連接接線端子是否連接可靠，連接如表2 所示。

表2 接線端子線號和顏色對應表

②在手動操作模式下光柵盤360°旋轉，調節C軸光柵檢測掃描磁頭位置，使其狀態信號指示燈為綠色，在光柵尺接縫處指示燈變為紅色。

③調整C 軸回原點接近開關位置，在半閉環狀態下讓機床C 軸回原點，將接近開關調到最佳位置。

④進入FANUC 系統參數設定界面，將C 軸位置檢測方式由半閉環改為全閉環，關機重啟，看機床是否出現報警，無報警。再在全閉環狀態下沿順時針、逆時針方向手動旋轉C 軸一周，觀察C 軸光柵檢測掃描磁頭信號指示是否正常; 最后進行C 軸回原點操作，無報警出現，說明C 軸全閉環檢測系統正常。

(4) 將主軸電機與C 軸運動檢測機構連接，使機床各拆卸部位恢復。

(5) 進行C 軸精度調節、參數補償。之后，進行刀具試磨，刀具試磨成功后，即可交付現場使用。

5 結束語

通過上述典型故障可見，利用數控機床半閉環位置檢測功能進行數控機床全閉環檢測故障排除，可以幫助維修人員快速確定故障原因、排除故障。

［1］Schneeberger GEMINI 五坐標數控刀具磨應用手冊［M］．

［2］Schneeberger GEMINI 五坐標數控刀具磨維修手冊［M］．

［3］劉志紅，李俊帶．數控加工設備控制系統維修技術大全［M］．北京:電子工業出版社，2006．