FANUC数控系统故障现象分析与处理.docx
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FANUC数控系统故障现象分析与处理
FANUC数控系统故障现象分析及处理
1.FS6系列,第一机床厂的CK6140数控车床(系统:
system-3TD31-05。
CNC主板型号:
A20B-0008-0200.211。
主轴伺服控制板型号:
A350-0008-T372/04。
)
例1车床主轴无论正、反转,运转约5min后,按停止按钮,主轴旋转不能立即停止(无制动),若再启动机床主轴(不论方向如何)时,机床CRT无显示报警号,主轴驱动器控制板上的LED3灯亮,机床不能运行。
分析排除:
该车床为直流主轴驱动,LED3灯亮的原因是直流电机输入电源相序不正确或缺相造成,由于机床已使用过,接线未动,不可能是相序不正确,应是缺相造成。
缺相原因可能是某个晶闸管损坏或驱动器未触发其晶闸管工作转换(逆变)。
因主轴开始能运行一段时间,只要不是热稳定性差应是未触发晶闸管工作转换(逆变)所致。
速度反馈回路、电流反馈回路及其控制电路是造成未触发晶闸管工作转换(逆变)的主要原因。
故①查主轴编码器及其传动,传动无松动,编码器工作正常,说明速度反馈回路正常。
②更换主轴伺服控制板备用板,故障现象未改变(该板在另一台车床上试用正常),说明控制回路正常。
③在电流反馈回路上,因未检测到零电流,系统撤消了触发脉冲,出现逆变颠覆导致缺相报警,更换电流互感器后故障消除。
例2用换刀指令开始找不到刀位号,经修理刀架又不能锁紧,但在所指定的刀位处刀架有停顿现象,然后刀架继续旋转。
分析排除:
刀架找不到刀位号一般是接近开关无DC24V或8个接近开关中有损坏的。
刀架不能锁紧一般是刀架电机反转延时参数不对,或刀架夹紧到位限位开关不起作用,或锁紧机构有故障。
经关机后用手盘刀架电机,刀架锁紧正常,说明锁紧机构正常,用万用表查限位开关,动作和线路正常,说明不是限位开关不起作用。
故①查接近开关无DC24V,系电源线端脱焊所致。
②焊好脱线后,刀架能在指定刀位有停顿现象,但刀架未锁紧,说明刀架PLC输入输出信号正常,进一步检查系夹紧延时参数不对所致,调整后故障排除。
2.FANUCserier0iMate-TC,机床集团有限责任公司生产的CKA6150车床(系统:
001940D711-01。
CNC:
A20B-311-B500。
伺服放大器:
A06B-6130-H002。
I/O:
A20B-2002-0520/07A。
)
例1在加工零件过程中系统停电,按系统上电按钮开关后,系统无反应。
经查找维修后再给系统上电,机床报警,CRT显示报警号为“2004feedrateoverridezero”,伺服放大器上的LED电源灯不亮,机床不能运行。
分析排除:
停电后开始按系统上电按钮开关,系统无反应,由于无机床电路图,只能打开电器柜和操作面板检查控制电路,经查启动按钮常开触点两侧(线号54,52与中间继电器KA11的常开触点并联)无DC24V电压,停止按钮常闭触点两侧(线号51,52)导通正常,KA11线圈一端接54号线,另一端接电源负极,说明线号51与电源正极不导通,经查是该导线断开造成,修复后系统上电正常(KA11吸合正常)。
再查给伺服送强电的KM11交流接触器未吸合,KM11线圈一端和控制变压器的5、6接线端的0号线接,另一端线号107接到伺服放大器的CX29(MCC)接口(线号107、106),再接到另一伺服放大器的CX29(MCC)接口(线号106、3L+),线号3L+再经空开与控制变压器的5、6接线端的32号线接,通电检查线号0与3L+的电压为AC220V,说明故障与放大器接口线路未导通有关,而伺服使能信号是通过中间继电器KA13(外部允许…急停、限位开关未动作)上的常开触点(线号56、57)来控制伺服放大器接口CX30(ESP)的,现KA13已吸合,并且常开触点接触正常,但线号56、57上无DC24V电流通过,经查是I/O板(A20B-2002-0520/07A)上的熔断器(LM431A)断开,使放大器无DC24V电压,更换后设备正常。
例2启动系统后,在CRT上显示报警为“操作MESSAGE番号:
2003NOSPINDLERANGESWITCHSIGNAL”,机床不能运行。
分析排除:
根据故障提示为主轴挡位开关无信号。
该车床主轴箱通过操纵手柄控制主轴高低两个转速围,为防止挡位不正,通过两个限位开关来保证传动位置的可靠性。
故障原因可能是DC24V无电或两个限位微动开关中有损坏的。
用手操纵高低两个挡位,故障现象相同。
故①打开主轴箱盖,查变速限位开关,两组接线线号分别为1L+、X44和1L+、X55,断开开关的一端接线,操纵变速挡位,用万用表查开关通断正常;同时打开电器柜从接线端子处查该两组线号通断情况,仍然正常,这说明线路及开关都是好的。
②查直流电源,发现两个开关电源中的一个电源指示灯不亮,测量其输入电压为AC220V正常,但无输出电压(线号1L+、1L-)DC24V,拆开其输出线端测量输出回路(1L+、1L-)阻值为零,再送电,开关电源输出电压正常,说明输出回路有短路现象,因回路中多处使用该电源,逐个排查输出线路并测量阻值,当拆开去刀架回路的1L+接线时,再测量输出回路的阻值为127Ω,用一根导线联接电源和刀架处的1L+,开机正常,顺刀架线路排查,在X轴伺服电机下有许多裸露导线随拖板一起移动,该处还有许多裸露导线有接头,用电工胶布逐一包裹接头再开机故障现象消除。
3.FANUCseries0iMate-TB,第一机床厂生产的CK6136i车床(系统:
D701-09。
CNC:
A02B-0301-B801。
伺服放大器:
A06B-6130-H002。
I/O:
A20B-2002-0520/07A和A20B-2002-0521/07A。
)
某职业学校两台数控车床因为种种原因故障后近一年未维修,当时故障现象也无记录。
系统上电,机床报警,CRT显示报警号为“1002SPINDLEALARM1006TURRETMOTOROVERLOADQM21010PROTECTSW.TRIGGEREDQM3”,机床不能运行。
分析排除:
根据说明书,报警号1002为主轴报警,1006为刀架电机保护开关QM2跳闸,1010为冷却电机保护开关QM3跳闸,查QM2、QM3空开未跳闸,可能是无DC24V电压和回路上有故障造成。
故打开电器柜,查QM2线路的104号点和QM3线路的107号点以及变频器上96号点,均无DC24V电压,经查是I/O板(A20B-2002-0520/07A)上的熔断器(LM431A)断开所致,再查输出回路,其中一台刀架,无论手动或机动都转不动,打开刀架盖板后发现其背紧螺帽太紧,调整后刀架旋转正常。
另一台是控制变频器96号线电路上KA14中间继电器的线圈阻值仅为49Ω,而同型号中间继电器线圈阻值为120Ω,说明该线圈局部短路,更换中间继电器及LM43熔断器后设备运行正常。
4.FANUCseries0iMate-MC,汉川机床厂生产的XH714D加工中心(系统:
D511-02。
伺服放大器:
A06B-6130-H002。
主轴驱动器:
GAdriverI/O:
A16B-2203-0881/01A。
)
开机后回参考点时运动速度不稳定,时快时慢,有时无减速动作;在CRT显示报警号有时为“090参考点返回未完成”,有时为“500超程:
+Y”;机床不能运行。
分析排除:
根据报警号,可能是回参考点开关有故障,在机床CRT查PMC机床输入状态:
按硬键“system”→再按软键PMC→再按软键PMCDGN→再按软键STATUS。
PMCSIGNALSTATUS
ADDRESS76543210
X000800010000
ZY
X000900000111
X001000000000
〔SERACH〕〔〕〔〕〔〕〔FOR-E〕
通过机床回参考点运行,看X0009地址1(Y下面)的状态,应该是碰到减速开关为0,而现在该状态无规则,说明开关动作不可靠,但线路正常。
故打开机床导轨防护罩,拆下三组合限位开关,分解开关后发现其中一组(中间一组,控制减速)复位簧锈蚀,开关失效,更换并调整该开关后设备运行正常。
5.FANUCseries0iMate-MB,第一机床厂生产的J1VMC40M数铣(系统:
D501-08A02B-0301-B801。
伺服放大器:
A06B-6130-H002和两台A06B-6130-H003。
主轴驱动器:
变频器。
I/O:
A20B-2002-0521/07A和A20B-2002-0520/07A。
)
该机床无论是MDI方式还是自动方式在M03或M04指令下,无论S值为多少,主轴都不旋转,但能听到电机有嗡嗡声,无报警;机床不能运行。
分析排除:
根据机床结构和故障现象,可能是变频器或主轴电机有问题,用变频器操作面板控制电机运行,结果能控制电机正反转,说明是变频器输入故障,而CRT无报警提示并且面板能控制运行,说明不是DC24V电源问题,应是模拟输入电压故障。
故①打开机床电器柜,拆下变频器盖板,运行机床使主轴正转,用万用表测量变频器上的SVC和ES两接点无直流电压,再测量CNC控制模块上的JA40(HDI/ASP)接口的有关接点,其电压为DC3.8V,很明显是联接导线问题,更换该根导线后设备运行正常。
系统常规检查
在维修数控机床时,为了保证机床安全、可靠的运行,不论故障是否与以下检查有关,通常情况下都应首先对数控系统作常规的检查与测试。
这些检查包括外观检查与电源电压的确认两个方面。
1.系统的外观检查
(1)部件的外观检查 数控装置与伺服驱动的外观检查应包括以下几个方面:
1)检查MDI/CRT单元、机床操作面板等单元的元器件外观有无破损。
2)检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC、电动机及编码器等单元的元器件有无不良;外形是否有破损、污染。
3)各连接电缆是否有破损、绝缘损坏或插接不良等。
(2)安装检查
1)检查控制单元、伺服驱动器、电源单元、I/O单元、PLC等单元是否安装牢固,模块是否有松动、脱落现象。
2)检查面板上、机床上的操作元器件是否安装牢固。
3)检查连接电缆线是否按照要求布置、固定,电缆插头是否已经可靠固定。
4)检查各I/O连接端子的接线是否有松动,安装是否牢固等。
(3)连接检查
1)检查系统、驱动的电源连接是否正确。
2)检查CNC、SV驱动器、PLC、I/O单元的接地线连接是否正确,线径是否足够大,连接位置是否合理,保护地是否为单点接地。
3)检查信号电缆是否已经可靠、合理接地。
4)如果电缆线已经更换,则应检查更换的电缆线是否符合系统要求;屏蔽层是否已经可靠连接等。
2.电源电压的确认
作为系统的输入电压,应根据系统所使用电压的不同,满足系统安装、使用说明书规定的要求。
一般来说,系统对于输入电压的基本要求如下:
1)交流输入电压 系统交流主回路与控制回路的电压:
AC380V输入:
电压值:
380()1V:
频率:
(50±1)Hz;
AC220V输入:
电压值:
220
(1)V;频率:
(50±1)Hz:
AC200V输入:
电压值:
200
(1)V:
频率:
(50±1)Hz:
(2)FANUC系统各单元规定的交流输入电压 控制单元的电源输入:
AC200
(1)V;频率:
(50±1)Hz;或AC220
(1)V;(60±1)Hz:
但不宜是AC200V/(60±1)Hz:
伺服单元的电源输入:
AC200
(1)V;频率:
(50±1)Hz;或AC220
(1)V;(60±1)Hz:
但不宜是AC200V/(60±1)Hz:
当使用FANUC标准电源变压器时,可以使用的输入电压为:
AC200V、220V、230V、240V、380V、415V、440V、450V、480V、550V(误差不超过+10%,-15%),系统输入电压应按照上述要求进行连接。
(3)直流输入电压 DC24V输入:
电压值:
24(1±10%)V;并经过符合要求的滤波处理。
在部分系统中,由于系统部采用了开关稳压电源,因此允许输入电源有较大的允差。
在这种前提下,对DC24V输入的要求为:
电压值:
24(1±)V;并经过符合要求的滤波处理。
(4)系统电源模块的输出电压 系统电源模块的输出电压,主要是指供给系统部各单元使用的各类电压,电压值必须保证正确。
维修时应对其进行测量、检查,并通过系统电源部的相应调整元器件的调整,保证各电压值在允许围。
在FANUC系统中,常用的电压种类与要求如下:
1)系统逻辑电路用5V电压:
+5(±5%)V。
2)系统输入、输出信号,显示器用24V电压:
+24(1±lO%)V。
3)系统外部输入、输出信号用24V电压:
+24(1±10%)V。
4)系统位置控制电路用+15V电压:
+15(1±5%)V。
5)系统位置控制电路用-15V电压:
-15(1±5%)V。
6)系统电源模块基准10V电压:
+10(1±0.5%)V。
当系统发生故障时,首先需要判别故障发生的部位,即:
初步确定故障发生在系统部还是系统外部。
当故障发生在系统外部时,还需要判别故障是由PLC程序逻辑条件不满足或是机床侧的元器件故障引起的。
在某些情况下,机床也可能因为系统处在等待外部信号输入的状态,而暂时无动作。
为此,在维修时,应熟练掌握系统的自诊断技术,随时检查系统、PLC、机床的接口信号状态与系统的部工作状态,以便判断故障原因。
在维修中,系统状态的检查包括接口信号诊断与系统状态诊断两个方面。
在不同的数控系统中,状态诊断的容与方法不尽相同,维修人员应根据机床的实际使用系统情况,对照有关说明书进行。
以FS0系统为例,表2-1列出了FS0系统主要接口信号与对应的诊断参数围。
对于数字I/O信号,诊断参数的每一字节的相应位与对应的输入/输出状态一一对应,“1”代表信号接通,“0”代表信号断开。
由此可见,通过检查诊断参数可以获得大量维修时所需要的信息。
表2-1 FSO系统诊断参数一览表
1.I/O信号的构成
通过I/O信号的状态诊断,确定故障部位和分析故障原因是维修时用得最多的方法一。
I/O信号的数量与构成,在不同的系统中有所不同。
对于FANUC系列数控系统,根据系统的功能与结构,可以分为不带部PMC与带部PMC(PLC)两种形式。
不带部PMC的数控系统的I/O信号特点是:
不论系统功能、I/O单元如何,各输入、输出信号的作用和地址总是固定不变的。
如对于FS0系统:
输入X016.5总是X轴参考点减速信号(*DECX);输出Y048.0总是X轴参考点到达信号等等。
此外,在不带部PMC的系统中,也没有CNC与PMC间的信号转换过程,对应的输入、输出信号与CNC侧的部信号一一对应。
如:
从机床(或操作面板)到系统的输入信号X016.2(+X方向键)的状态与CNC部信号G116.2的状态完全相同;输出到机床(或操作面板)X轴参考点到达信号Y048.0,与CNC部信号F148.0的状态完全相同等等。
在带部PMC的数控系统中,根据所选用的系统、部PMC类型、I/O单元的不同,其信号的数量有所不同。
除少量输入、输出信号的作用和地址固定不变外,大部分输入、输出信号的作用和意义,在不同的机床上有不同的含义,维修时必须参照机床的电气原理图与PLC程序进行检查。
以FS0C数控系统为例,不带部PMC的系统,I/O接口信号的构成如图2-11所示。
图中X016.0-X022.7是从机床(或操作面板)到系统的输入信号;Y048.0-Y053.7是从系统到机床(或操作面板)的输出信号。
它们与系统诊断数据DGN016.0-.7、DGN048.0-.7一一对应;并且与DGNll6.0-122.7、DGNl48.0-53.7状态完全相同。
图2-11 不带PMC的I/O接口信号构成
带部PMC的数控系统,I/O接口状态与信号构成如图2-12所示。
图2-12中,X016.0-X022.7,X000.0-X008.7, X010.0-X014.7是从机床(或操作面板)到系统的输入信号;Y048.0-Y053.7,Y080.0-Y082.7,Y084.0-Y086.7是从系统到机床(或操作面板)的输出信号。
它们与系统诊断数据DGN016.0-.7, DGN000.0-008.7,DGN010.0-014.7,DGN048.0-.7,DGN080.0-082.7,DGN084.0-086.7一一对应。
而G100.0-G131.7则是从PMC输出到CNC的部信号(PMC输出),F148.0-F178.7是从CNC输入到PMC的部信号(PMC输入),它们分别与系统诊断数据DNGl00.0-DNGl31.7,DNGl48.0-DNGl48.7一一对应。
在这种情况下,DNGl6.2与DNGll6.2可能具有完全不同的含义,前者代表来自机床侧的输入信号X16.2,后者代表由PMC输出到CNC的部信号G116.2,其作用与意义有本质区别。
当系统采用了附加I/O单元B2时,增加的输入信号X1000.0-X1012.7也是从机床(或操作面板)到系统的输入信号:
输出信号Y1020.O-Y1028.7是从系统到机床(或操作面板)的输出信号
图2-12 带PMC的I/O接口信号构成
2.FANUC系统I/O信号状态的显示与输出模拟
在FANUC系统中,通过系统的MDI/CRT面板检查、诊断的接口信号状态,实质上是输入、输出缓冲存储器的容,当系统与外部信号连接的接口电路(如输入接收器或输出驱动器)发生故障时,诊断信号的状态将与实际输入、输出不同。
为了方便维修与调试,部分系统还可以通过修改输入、输出缓冲存储器的容,对外部信号进行模拟输入/输出。
系统的状态诊断操作,在不同的数控系统中有所不同,维修时可以参考数控系统的维修说明书进行。
由于状态诊断是维修数控机床的重要手段,现将常用系统的状态诊断操作步骤介绍如下:
(1)FS0/6输入/输出信号的状态诊断
1)按系统MDI/CRT操作面板上的〖DGNOS〗键,系统显示诊断页面。
2)按系统MDI/CRT操作面板上的〖PAGE〗键(换页)或〖CURSOR〗(光标移动键),可以逐页显示诊断信号的状态。
3)在系统显示诊断页面时,亦可以通过输入诊断地址及〖INPUT〗键,直接搜索所需要的诊断页面。
(2)FSll输入/输出信号的状态诊断
1)在系统显示“机能选择”页面时,按下系统MDI/CRT的软功能键〖SERVICE〗习,显示系统维修页面(“机能选择”页面可以通过面板上的“机能”菜单键直接进入)。
2)按系统MDI/CRT的软功能键〖CHAPTER〗,使显示器出现软功能键〖DGNOS〗。
3)按系统MDI/CRT的软功能键〖DGNOS〗键,显示诊断页面;或通过多次操作软功能键〖SERVICE〗,亦可以显示诊断页面。
4)按系统MDI/CRT操作面板上的〖PAGE〗键(换页)或〖CURSOR〗(光标移动键),
可以逐页显示诊断信号的状态;或按操作菜单键,切换到操作选择页面,按下软功能键〖INP-NO〗进入操作引导方式;在面板上用地址与数字键,输入诊断地址后,按〖EXEC〗键,可以直接搜索所需要的诊断参数。
(3)FSl5的输入/输出信号的状态诊断
1)按MDI/CRT面板上的[CNC/PMC]键。
2)按MDI/CRT面板上的[PCDGN]软功能键。
3)用MDI面板的地址与数字键输入诊断地址(如:
X100)后,按[SEARCH]软功能键,直接检索,显示所需要的诊断参数。
4)按系统MDI/CRT面板上的换页键,亦可逐页诊断信号的状态。
(4)FS0i/PM0/16/18输入/输出信号的状态诊断
1)按系统MDI/DPL操作面板上的〖SYSTEM〗习键,显示系统页面。
2)按系统MDI/DPL操作面板上的〖DGNOS/PARAM〗键,显示诊断页面。
3)用MDI面板的地址与数字键输入诊断地址后,按〖NO检索〗键,直接搜索所需要的诊断参数。
4)按系统MDI/CRT操作面板上的〖PAGE〗键(换页)或〖CURSOR〗(光标移动键),也可以逐页显示诊断信号的状态。
(5)输出信号的模拟发送 在部分FANUC系统中,在PLC停止程序运行时,还可以通过修改输入、输出缓冲存储器的容,对外部信号进行模拟输出。
以FS0为例,其操作步骤如下:
1)选择MDI操作方式或使系统进入“紧停”状态。
2)打开系统的“程序保护”开关。
3)按系统MDI/DPL操作面板上的〖OFFSET/SETTING〗键,系统显示偏置/设定页面。
4)按系统MDI/DPL操作面板上的〖SETTING〗软功能键,选择设定页面。
5)按系统MDI/DPL操作面板上的数字键,输入参数PWE=I,使参数写入“使能”。
6)按系统MDI/CRT操作面板上的〖DGNOS〗键,系统显示诊断页面。
7)按系统MDI/CRT操作面板上的〖PAGE〗键(换页),显示输出诊断信号所在的页面。
8)按〖CURSOR〗(光标移动键),或通过输入诊断地址及〖INPUT〗键,将光标移动到需要输出的信号下。
9)按系统MDI/CRT操作面板上的数字键,输入诊断数据。
10)按〖INPUT〗键或〖START〗键,系统向输出端发送外部模拟输出信号。
由于输出信号的模拟发送直接控制了机床的动作,因此这一操作要在对机床的机械结构,特别是动作的“互锁”条件十分了解的前提下,才能进行以上操作;此外,PMC的工作也必须处于停止状态,因此,本方法通常只能在机床首次调试时使用,维修人员如无十分把握,最好还是使用手动操作电磁元器件等措施,进行输出信号的模拟控制。
通过系统的显示面板,除可以检查、诊断I/O接口信号的状态外,还可以检查系统的实际工作状态。
在FANUC系统中包括以下几个方面。
1.自动运行停止的状态诊断
当机床在自动工作方式下,系统无报警,“循环起动”指示灯亮,但机床却没有动作(即出现所谓的“死机”)时,可以借助这些信息,观察系统的停机原因。
在常用的FANUC系统中,对应的诊断参数及含义如下:
(1)FS0/6诊断参数地址及意义 在FS0/6系统中,自动运行停止诊断参数号为DGN700、701,对应位的信号分别见表2-2和表2-3。
当DGN700、701对应位状态为“1”时,代表的意义如下
CSCT:
等待主轴转速到达信号;
CITL:
轴互锁信号接通:
COVZ:
进给倍率为0%;
CINP:
进行到位检测;
CDWL:
暂停指令执行中;
CMTN:
运动指令执行中;
CFIN:
M、S、T指令执行中。
CRST:
外部复位生效、复位按钮接通、复位与倒带信号生效;
CTRD:
纸带阅读机接口的数据输入中;
CTPU:
纸带阅读机接口的数据输出中。
(2)FSll诊断参数地址及意义 在FSll系统中,自动运行停止诊断参数号为DGNl000、DGNl001,对应位状态为“1”时代表的意义如下:
DGNl000:
bit0:
进行到位检测;
bitl:
进给速度倍率为0%:
bit2:
手动进给速度倍率为0%;
bit3:
轴互锁信号接通或起动互锁信号接通;
bit4:
等待主轴转速到达信号
bit5:
等待主轴零脉冲信号(螺纹加工时用);
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