第2章FANUC系统的故障诊断与维修

第2章FANUC系统的故障诊断与维修2.1FANUC典型系统的结构日本FANUC公司是世界从事数控产品生产昀早、产品市场占有率昀大、昀有影响的数控类产品开发、制造厂家之一，该公司自20世纪50年代开始生产数控产品以来，至今已开发、生产了数十个系列的控制系统。FANUC系统是数控机床上使用昀广、维修中遇到昀多的系统之一。在FANUC数控系列产品中，昀有代表性的常用系统主要有FS6(FANUC6系列数控系统的简称．下同)，FS11、FS15、FS16/18、FS0I/PM0等，为了便于维修，现将部分系统的结构简介如下。2.1.1FANUC6系统FS6是FANUC〔早期代表性产品之一，在20世纪70年代来期、80年代初期的数控机床上得到了广泛应用。与FS6结构基本相同的产品还有SlEMENS6系统，它是SlEMENS与FANUC公司合作生产的产品。两者的区别仅在于侗服驱动电动机、PLC采用了SlEMENS公司产品，其余部分完全相同。我国真正进入实用化生产的阜期数控机床产品，以及20世纪劝年代进口的数控机床均大量配套采用了FS6系统，直到日前仍然有较多的配套Fs6的机床在使用中。但由于机床，使用时间已较长．元器件的老化问题较多．这些设备大都进入了故障多发期，因此，它是数控机床维修中的常见系统之一。FS6的硬件采用了大板结构，系统采用了在当时属于先进的8086系列微处理器与大规模集成电路；伺服驱动系统通常采用队FANUC直流驱动系统，通过脉冲编码器进行位置检侧，构成半闭环位置控制系统。系统一般带有独立安装的电气柜，电气柜内安装了系统的本要部件如数控装置、伺服驱动、输入单元、电源单元等。主轴驱动系统般都采用FANUC交流主轴驭动装置，该单元为分开安装式，一般安装在机床强电拒内。系统软件为固定式专用软件，系统昀大可以控制5轴，3轴联动，具有较强的自诊断功能与较高的可靠胜。Fs6的典型产品Fs6M的总体结构与连接框图如图2-1所示2.1.2FANUC11系统FSII是FANLIC公司20吐纪80年代初期开发并得到广泛应用的FANLIC代表性产品之一，在80年代进口的高档数控机床上广为采用，因此，它亦是维修中的常见系统之。同系列的产品有FS10/11/12三种基本规格其基本结构相似，性能与使用场合有所区别．FSII的硬件仍然采用大板结构，系统采用了比FS6更为先进的68000系列微处理器与专用大规模集成电路，如：BAC（总线仲裁控制器）、IOC（输入输出控制器）、M887103（位置控制芯片）、OPC（操作面板控制器）以及SSU（系统支持单元）等，使系统的元器件数比FS6减少了30％。4M的大容量磁泡存储器、AD和D/A从模块以及ATC（自动刀其交换装置）和APC（自动托盘交换装置）控制用定位模块的应用，使系统的性能比FS6有了大大的提高。FSII配有高速，大容量的PMC，昀大PMC程序存储容量为16000步，可以控制的I/O多达752/4％点。PMC采用了FANUC开发的混合电路，输出驱动模块的驱动能力可以达到点200V/2A，可以直接驱动机床的执行元器件CNC系统和操作面板、I/O单元之间通常采用光缆连接。连接简单，抗干扰能力强。FSII系统既可以带独立安装的电柜，也可以进行分离式安装，伺服驱动与主轴驱动一般采用FANUC模拟式交流伺服驱动系统。系统软件为固定式专用软件，昀大可以控制5轴，并实现全部控制轴的联动。系统还可以选择并联轴控制、3D刀杆、手动任意角度进给等多种功能。系统采用了菜单操作的软功能面板，可以进行简单的人机对话式编程。此外系统还具有PMC诊断与PMC程序的动态显示功能，使系统具有比FS6更强的自诊断能力与更高的可靠性。以上性能在当时（20世纪8O年代）都具有相当先进的水平，从而使系统在当时的机床行业，特别是高档、进口数控设备上得到了广泛的应用。FSII的典型产品FSIIM的．总体结构与连接框图如图2一2所示。2.1.3FANUCO系统FSO是FANUC公司20世纪80年代中、后期开发的产品，是FANUC代表性产品之一。产品在全世界机床行业得到了广泛的应用，是中国市场上销售量昀大的一种系统。FSO系列共有FSO一MA、FSO一TA、FSO一MC、FSO一TC、FS0一MD、FSO一TD、PMO、F50i等多种规格，其基本结构相近，功能与使用场合有所不同。其中，FSO一Mc/TC是其中代表性的产品，功能昀强，使用昀广：FSO一MD和FSO一TD、PMO是在FSO一MC及FSO一TC的基础上．经过功能精简而成的系统，由于其性能/价格比高，故也被大量用于数控车床及数控铣床，FSO的硬件结构采用了传统的结构方式，即：在主板上插有存储器板、I/o板、轴控制模块以及电源单元等，只是其主板较其他系列的主板要小得多，因此，在结构上显得较紧凑，体积小。FSO系列是一种采用了高速32位微处理的高性能的CNC。控制电路中采用了高速微处理器、专用大规模集成电路、半导体存储器等器件，提高了系统可靠性与系统的性能价格比。FS0可以配套使用FANUCS系列、α系列、αC系列、β系列等高速数字式交流伺服驱动系统，无漂移影响，可以实现高速、高精度的控制。该系列系统采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板，可以进行简单的人机对话式编程。系统还保留了FSII的PMC诊断与PMC程序的动态显示功能，可显示出从CNC输出或向CNC输入的开关量信号：通过CRT，还可以利用独立的页面显示系统的快进速度、加／减速时间常数等各种参数的设定值。通过MDI（手动数据输入）方式，还可以对机沫的开关量输入、输出信号进行模拟。FSO系统的代表性产品FSO一MC的总体结构与连接框图如图2一3所示。PM0、FS0i系统的特点是采用了总线技术，增加了网络功能，并采用了“闪存”(FLASHROM）。系统可以通过Remotebuffer接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递；系统间也可以通过I/Olink总线进行连接。由于系统采用了“闪存”(FLASHROM)，使它不仅刊以像其他FSO系统那样直接在系统的操作面板上编制、调试PMC程序，而且PMC程序的写入可以不需要EPROM写入器，用户可方便地修改、调整PMC程序，几省去了EPROM的写入设备2.1.4FANUC15/16/18系统FS-15/16/18/16i/18i系列系统有，FS-15/16/18、FS15i/16i/18i及FS-150/160/180、FS160i/180i等型号，该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统它是日前国际上性能昀先进、功能昀强大的数控系统之一，系统具有以下特点：1）系统硬件与微电子技术发展同步，采用了超大规模集成芯片，CPU可以是80486或PENTIUM系列处理器，带64位RISC芯片等。此外，FANUC公司还开发了较多的专用超大规模逻辑电路芯片，如：地址译码和锁存、位置反馈信号的处理、精细插补、位置误差的比较与误差的脉宽调制、串行数值信号的处理与数据传送、电子手轮信号的处理等等。系统的处理速度快、精度高、可靠性好，位置分辨率可达。0.01µm，以实现微小程序段的连续、高速加工。2）系统元器件采用了立体化、高密集的安装方式（FANUC公司的专利技术）。除主板外．印制电路板均按物理功能分成小模块，根据用户的要求和系统的规模，分别插在主板上，系统扩展容易，维修方便，体积小。3）系统采用8.4µin或9.5inTFT彩色液晶显示器，4096色、256色可以同时显示。色彩丰富，清晰度高。系统还可以集成通用微机，使用MS-DOS和WINDOWS操作系统，共享IBM微机的应用软件。在此基础上，FANUC公司还开发了专用的MMC人机会话功能．可以使用菜单编程、图形会话编程〔SuperCAP）、符号图形编程（SymbolicCAP）、以及示教编程等多种在线编程方法，大大提高了系统的操作性能.4）系统软件丰富，功能强大具有渐开线抛物线、指数函数曲线、圆弧螺纹、多头螺纹、变螺距螺纹、锥螺纹、端面螺纹、柱面体型槽、极坐标插补等多种特殊曲线的插补功能与多种固定加工循环。系统还具有操作历史和报警历史的记忆与显示、伺服波形图的显示功能与“帮助”(Help）功能，当出现报警和故障时，它可以提示操作和维修人员进行处理。5）系统可配套α／αi系列高精度、智能型数字式交流伺服系统，伺服电动机体积小．转距/惯量比大、加速快、运行平稳，即使在极低的转速下仍能满负荷运行。伺服控制采用了独立的32位数字信号处理器．并按现代控制理论，设计成具有预测控制、前馈控制、控制观察器、电子式电流昀佳控制（HRV控制）的闭环系统。位置脉冲编码器可用增量式或绝对式位置编码器．反馈脉冲可达到每转20000000脉冲还可以实现双重位置环反馈与控制．主轴控制亦可采用α／αi系列的主轴驱动系统，用32位高速信号处理器进行控制，井通过高速串行接口与CNC进行数据交换，构成闭环控制系统。除可以调节主轴转速外，还可以实现任意位置定位、C轴控制、双主轴的精确同步等功能。此外，主轴驱动器还可以带有非正常负载检侧功能，可检测出由于刀具折断、磨损和加工中的负载故障。6）系统带有高速PMC．基本指令的执行时间为每步0.1µs，梯形图昀大可达24000步，PMC由独立的32位微处理器控制，既可直接在系统的操作面板上编制PMC程序．也可用通用PC机编制PMC程序．PMC程序可食接存入存储器中。7)FS一15/l6/18系列系统既可单机运行，也可通过Remotebuffer接口与个人计算机相连由计算机控制加工，实现信息传递。通过I/O（串行口）接口还可以连接多种外围设备，如：机器人、运动控制器、强电设各等，以组成柔性线。另外，经DNCI或DNC2接口，可与CellController或以太网连接．由上位机进行控制，实现车间的自动化。在FS一160/180中还提供了一个与IBMPC兼容的开放接口，便于用户开发具有个性化的功能。FS16/18系统的总体结构如图2一5所示2.2FANUC系统的故障诊断FANUC系统是数控机床上使用昀广，维修过程中遇到昀多的系统，这些系统虽然功能、配置在各机床中各不相同，但由十系统的基本设计思想相同，因此，故障诊断的方法十分相近，根据不同的故障情况，系统诊断的方法如下2.2.1电源不能接通的故障诊断FANUC公司早期生产的数控系统如（FS6、FS11、FS0等）系统的电源御断控制一般都配套有FANUC公司生产的独立型“输入单元”模块，（模块号：A14C-0061-B101-B104），通过相应的外部控制信号，通过相应的外部控制信号，进行数控系统、伺服驱动的电源通、断控制。而在FANUC0系统中，则比较多地采用输入单元与电源集成一体的电源控制模块FANUCAI电源单元。对于采用独立型“输入单元”模块的FANUC系统．电源不能接通的故障诊断，可以根据输入单兀上的绿色状态指示灯PIL，电源报警红色指示灯ALM的状态，进行如F检查．判断故障原因。⑴电源指示灯PIL不亮l）CNC电源未加入，端子TPI上无电源。应根据机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路2）端子TPI上有电源。应检查电源输入熔丝Fl、F2是否熔断辅助电源控制回路是否存在故障。⑵电源指示灯PIL亮，报警指示灯ALM不亮这是电源模块的正常工作状态，如果在这状态下仍然无法接通系统电源，可能的原因有．l）接通电源的条件未满足。应检查输入单元的电源接通条件，具体如下：①电气柜门“互锁”（DOOR1/DOOK2）触点闭合。②外部电源切断E-OFF（TP2的EOF与COM间）触点闭合。③MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮触点闭合。④MDI/CRT单元上的电源接通ON按钮触点短时闭合。2）输入单元元器件损坏⑶电源指示灯PIL、报警指示灯ALM同时亮报替指示灯亮，表明系统的控制电源回路或外部存在报警，可能的原因有：1）电源模块的＋24V/士15V/+5V电源故障2）CP1-5/6的连接错误。输入单元的内部工作原理及故障的排除方法与维修实例详见第4章第4.1.1