四步到位法快除FANUC滾齒機故障

■ 中國重汽集團濟南橋箱有限公司 （山東 250022） 劉勝勇

1. 故障現象

一臺配置FANUC 0iMD系統并用于輸入軸上花鍵滾切加工的YKX3140M型數控滾齒機（下稱40MT），加工過程中無規律頻發“SP1241 D/A變換器異常”報警（見圖1）。有時滾切5件產品出現1次，有時滾切5小時出現1次，有時滾切1件產品出現2次。操作者關機再上電后，40MT又恢復運轉。這使得40MT每天關機重啟約10～20次，既制約了輸入軸柔性制造線的生產節拍，又增加了操作者裝/卸輸入軸的頻次，還影響了花鍵的滾切質量。

圖1 YKX3140M型數控滾齒機SP1241報警畫面

2. 診斷分析

（1）模擬主軸機理分析。在40MT上，因主軸速度信號輸出形式選擇的CNC參數#8133.5/SSN＝1，故裝有滾齒刀的機床主軸采用模擬變頻調速控制，線路聯接如圖2所示。作為FANUC系統的模擬主軸，其控制策略大致如下。

用戶在MDI或AUTO工作模式下，執行宏程序段“M03 S#510”時，0iMD系統會把主軸正轉控制命令M03經M代碼寄存器送入PMC側邏輯處理，表達主軸電動機電壓輸出極性的結果經地址G33.5/SGN反饋至CNC側（G33.5＝0為＋極性、＝1為－極性）。通過CNC參數#3706.7/TCW和#3706.6/CWM的設定，給出主軸電動機實際電壓輸出極性，如附表所示。

圖2 YKX3140M型數控滾齒機模擬主軸聯接

CNC側主軸速度指令電壓輸出極性的指定表

處理M03的同時，0iMD系統會把符合CNC參數#3031允許位數的S代碼處理為可識別的二進制數，再與地址G30/SOVn反饋的二進制形式的主軸倍率進行乘法處理。若主軸定向換擋信號G29.5/SOR＝0，該乘積直接與CNC參數#3736（#3735）設定的主軸最高（最低）轉速配合，形成數字量的主軸電動機設定速度vD。若G29.5/SOR＝1，該乘積先與CNC參數#3732設定的主軸定向轉速（#3705.1/GST＝0）或主軸齒輪位移時主軸電動機速度（#3705.1/GST＝1）配合，再與主軸最高（最低）轉速配合并形成vD。

4095代碼式vD送入CNC的D/A變換器內，經過數碼寄存和模擬求和等處理后，被轉換為與之成正比的模擬量值vD，并通過CNC的JA40端口向外輸出電流不超過2mA的0～±10V直流電壓數據SVC。40MT受參數#3706.7和#3706.6影響，僅輸出＋極性SVC，ES為公共電平端。

＋極性SVC經電纜送至安川變頻器G7A4011的主速指令端子A1（ES接AC）后，在變頻器作用下，AC380V/50Hz三相工頻電源變換為適合頻率的交流電源并驅動主軸電動機YP160-4變速運行。通過三聯組窄V帶和3組齒輪副的傳遞，滾齒刀旋轉實現無級調速控制，其每分鐘轉速n刀＝n電×（160/320）×（24/24）×（24/24）×（24/72）＝n電/6。

（2）SP1241故障真因?；谏鲜瞿M主軸的機理分析，在D/A變換器將vD轉換成vA過程中，若外部強電電磁干擾嚴重，則數碼處理會出錯；若求和電路等關鍵器件性能下降或損壞，則vA變換異常；若模擬開關所需基準電壓漂移嚴重，則模擬開關打開/關閉失準。這些均會造成vD→vA的轉換失敗，并生成變換器異常的報警信息呈現于液晶屏上。

圖3 FANUC 0iMD系統的BOOT引導畫面

3. 解決措施

通過SP1241故障的診斷分析，現場依次采取了如下解決措施。

（1）針對強電電磁干擾問題，JA40至變頻器的普通電纜換用雙絞屏蔽線，JA40端屏蔽層焊接至20針插座的金屬護蓋上，變頻器側屏蔽層接E（G）端子，0iMD系統地與變頻器外殼接地采用6m×0.5mm2電纜聯接，如圖2的雙點劃線所示。此處理方法曾被3臺FANUC 0iMateTD系統的YD4240CNC2型數控剃齒機成功采用，但40MT僅是報警頻次有所減輕，未能做到徹底根除SP1241。

（2）針對求和電路等關鍵器件異常或基準電壓漂移問題，既可采用同型號0iMD系統A02B-0319-B500（主板為A20B-8200-0541/01A）替換排故，也可使用其他版本的0iMD系統A02B-0321-B500（主板為A20B-8201-0088/01A）替換排故。在替換0iMD系統時，由于SRAM的斷電易失性和印刷電路板更換的FROM數據丟失性，載有PMC程序、加工程序、CNC參數、螺距補償、刀具補償、宏變量和坐標系等數據會從故障0iMD系統中喪失，同樣不能轉入待替換的0iMD系統，這便使40MT陷入癱瘓。因此，務必正確做好下述操作。

數據系列備份。使用FANUC許可的存儲卡（適配器＋CF卡），在0iMD系統開機的BOOT引導畫面（見圖3）下進行SRAM和FROM數據的系列備份。FROM中PMC程序和P-CODE宏程序等用戶文件應在第6項“6．SYSTEM DATA SAVE”畫面內執行存儲操作，SRAM中CNC參數、PMC參數、螺距補償、刀具補償、工件坐標系和加工程序等用戶數據應在“7．SYSTEM DATA UTILITY”畫面內，經由第1項“SRAM BACKUP（CNC→MEMORY CARD）”執行存儲操作。

故障系統拆卸。用油漆筆做好JA2、JA40及JD51A等標記后，先是拿掉黃色后蓋，再把操作軟鍵排線自CA122接口移除，最后將載有主板的基體整體卸掉。

新系統安裝。按“故障系統拆卸”的相反順序，安裝新系統。

BOOT引導畫面下數據回裝。在“7．SYSTEM DATA UTILITY”畫面內，經由第2項“SRAM RESTORE（MEMORY CARD→CNC）”執行SRAM數據的回裝操作。在“1.USER DATA LOADING”畫面內，將存儲卡上備份的PMC程序等用戶文件加載到FROM中。

經END項退出BOOT引導菜單并啟動0iMD系統，執行返回參考點操作后，核對加工程序、宏變量、工件坐標系和刀具補償等，試滾切花鍵并全項測量。

4. 維修效果

40MT采用四步到位法維修處理后，運行半年時間，一直沒有出現SP1241故障。如此，既節省了廠家上門服務費，又使維修人員的故障處理技能形成積淀，舉一反三后可達到“以往5天解決的故障變為2小時解決”目標。

參考文獻：

[1] 劉勝勇．四部到位法快除自動化生產線偶發故障[J]．金屬加工（冷加工），2016，765（16）：59-63．

[2] 劉勝勇，張俊平．四部到位法快除數控車床扎刀故障[J]．金屬加工（冷加工），2017，780（7）：63-64．

[3] 劉勝勇．4步到位法快除機床偶發性故障[J]．設備管理與維修，2017，399（3）：54-57．