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FANUC数控系统故障诊断与控制陈森林(中国一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,江苏 无锡 214026) 摘 要：分析了FANUC数控系统绝对原点丢失、返回参考点不准确、误差过大与伺服报警等三大主要故障类型，对参考点建立与误差过大产生的机制和原理进行了剖析，提出了校正参考点和消除误差过大的解决方案，结合具体设备故障案例，根据不同的故障原因，制定了不同的问题解决方法和步骤引 言本公司机加工车间有26台加工中心使用FANUC数控系统，近3年来的统计显示，这些数控机床发生绝对原点丢失、返回参考点不准确、误差过大与伺服报警这三大类的频次较高造成这三类故障的因素相对复杂，排除时间长，影响生产进度针对此情况，本文针对这三类典型的故障案例，通过原理分析及现状检查确定故障因子，并提供相应的解决方案，为读者解决类似问题提供参考思路1 FANUC数控系统故障维修典型案例 下面介绍三种典型的FANUC数控系统的故障现象、原理分析、原因查找及解决方案制订：1.1 典型故障1：绝对零点丢失实例：用以加工缸盖的大连某加工中心出现300号报警，其报警信息为“Absolute position information loss”原理分析：如图1 ，电机编码器反馈电缆连接到伺服放大器，绝对位置信息就保存在伺服放大器存储器中，当机床断电时，通过绝对位置编码器电池提供电源保存数据。

图1 伺服控制连接图从图2可以看出，绝对参考点建立时不需要档块和减速开关信号，所以又称为“无档块方式回零”图中ZRN 从0 变1 不是通过档块和减速开关实现信号翻转的，而是通过人为的修改参数（1815# b5）来实现信号的置1，并在其后的第一个栅格作为零点用α 脉冲编码器检测机床的绝对位置，须在检测到编码器的1 转信号(PCZ)时，将绝对位置检测回路的位置计数器清零，然后用该计数器记忆机床的位置，因此，完成上述作业后，在建立参考点之前，必须检测到1 转信号之后，重新接上NC 电源，并在解除急停后，就接收脉冲编码器的绝对位置数据，进行数据更新图2 参考点建立动作时序图故障原因：由上述原理可知，绝对位置信息丢失，也即300号报警的可能性有下述4种：a. 绝对位置编码器后备电池掉电；b．更换了编码器或伺服电机；c．更换了伺服放大器；d．反馈电缆脱离伺服放大器或伺服电机解决方案：由于故障是在设备运行时发生的，所以排除了原因2和原因3的因素，然后检查了绝对位置编码器后备电池，发现电池连接良好，电压正常最后检查反馈电缆连接，发现电缆线有破损断线，经处理后，重新设定绝对零点，恢复参考点，消除报警。

注意：绝对位置编码器通常采用无档块、无标志的机床结构，重新恢复参考点很难精确地回到原来的那个点上所以新的参考点建立后，一定要对机械坐标零点、工件零点、第二参考点进行校准（通过参数修正）1.2 典型故障2：返回参考点不准确实例：缸盖线台中精机，采用增量回零方式，X轴返回参考点可以完成，不报警但偶尔会差一个丝杠螺距，非常有规律原因分析：这种现象是数控机床非常典型的故障之一其原因是减速档块位置距离栅格位置太近或太靠近参考点时，处于一种“临界状态”，导致了离散误差图3 减速挡块太靠近前1个栅格的动作时序图由于触电开关信号通、断的精确度比较差，所以信号触发的时间不很准确，当信号来早时，就找到栅格①当信号来迟时，就找到信号②，参见图3所示或者时而找到栅格②，时而找到栅格③，如图4所示图4减速挡块太靠近参考点的动作时序图解决方案：根据上述原因分析，解决此问题有2种方案：一是在栅格不变的情况下调整挡块位置；二是在挡块位置不变的情况下调整栅格偏移量a.调整档块位置由于故障是因为挡块位置太靠近栅格位置造成的，所以调整时，需要将挡块位置调整到离开栅格位置该机床的丝杠螺距为10mm，将挡块位置往任意方向调整5mm左右即可，调整后重新回参考点，即建立新的坐标系。

b．通过参数1850#栅格偏移量，调整栅格位置处于合理位置即挡块位置不变，将栅格位置偏移，具体步骤如下：①手动返回参考点②选择诊断画面，读取诊断号0302 的值0302 的含义——从档块脱离的位置到读取到第一个栅格信号时的距离）③记录参数1821 的值，1821#参数中设定的是参考计数器容量④微调减速档块，使诊断号0302 中的值等于1821 设定值的一半½栅格）⑤之后，一面多次重复进行手动回参考点，一面确认诊断号0302 上显示的值每次为1/2 栅格左右，而且变化幅度不大1.3 典型故障3：误差过大与伺服报警（410#/411#报警）实例：缸体线立式加工中心（X轴为全闭环控制），低速运行时无报警，但是无论在哪种方式下高速移动X 轴时（包括JOG 方式、自动方式、回参考点方式）出现411#报警原理分析：410# 报警是伺服轴停止时误差计数器读出的实际误差值大于1829 中的限定值，如图5（a）所示：图5 工作台停止误差与移动误差411# 报警是伺服轴在运动过程中，误差计数器读出的实际误差值大于1828 中的极限值，如图5b所示：这两种报警在我们日常生产中也是比较常见的那么机床在什么情况下容易发生这两个报警呢？我们如何解决呢？首先我们还是从工作原理入手去分析。

在这此主要介绍误差计数器的工作过程误差计数器的读数过程如下图6所示：图6 误差计数器读数过程图伺服环的工作过程是一个“动态平衡”的过程a．当系统没有移动指令时：情况1：机床比较稳定，伺服轴没有任何移动时：指令脉冲=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0→电机静止;情况2：机床受外界影响（如震动、重力等），伺服轴移动时：指令脉冲=0→反馈脉冲数≠0→误差值≠0→VCMD≠0→电机调整→直到指令脉冲=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0b．当系统有移动指令时：①初始状态为：机床待启动指令脉冲=10000→反馈脉冲数=0→误差值=10000→VCMD 输出指令电压→电机启动②电机运行时：指令脉冲=10000→反馈脉冲数=6888→误差值=3112→VCMD 输出→指令电压→电机继续转动③定位完成时：指令脉冲数=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0→电机停止故障原因：通过上面的分析可以看出，每当伺服使能接通时，或者轴定位完成时，都要进行上述的调整当上面的调整失败后，就会出现410#报警——停止时的误差过大当伺服轴执行插补指令时，指令值随时分配脉冲，反馈值随时读入脉冲，误差计数器随时计算实际误差值。

当指令值、反馈值其中之一不能够正常工作时，均会导致误差计数器数值过大，即产生411#移动中误差过大那么哪个环节会导致上述两种情况发生呢？通过维修记录的统计，多数情况是发生在反馈环节上另外机械过载、全闭环震荡等都容易导致上述报警发生，现将典型情况归纳如下：①编码器损坏；②光栅尺脏或损坏；③光栅尺放大器故障；④反馈电缆损坏，断线、破皮等；⑤伺服放大器故障，包括驱动晶体管击穿、驱动电路故障、动力电缆断线或虚接等；⑥伺服电机损坏，包括电机进油、进水，电机匝间短路等；⑦机械过载，包括导轨严重缺油，导轨损伤、丝杠损坏、丝杠两端轴承损坏，连轴节松动或损坏上述的典型故障现象其实说明一个问题，即：指令脉冲与反馈脉冲两者之一出现了问题上面①～④是由于反馈环节不良导致反馈信息不能准确传递到系统 ⑤～⑦反映的是虽然指令已经发出，但是在执行过程中出现了问题，有可能是在系统内部，也有可能是出在伺服放大器上，还有可能是由于机械负载阻止电机正常转动通过前面的介绍，我们了解到411#报警是轴移动时，指令值与反馈值的差，超过了1828#参数中设定的极限值（参照第三章3-6 节常用伺服参数设置⑷中说明），在这种情况下一般不要怀疑参数问题，除非人为修改过机床参数。

我们重点需要检查的是①反馈信号②驱动输出由于该机床采用的是全闭环控制，考虑光栅尺容易受污染，所以首先采用“排它法”排除光栅尺损坏的可能具体步骤，将全闭环修改为半闭环进行试验具体步骤如下：①将参数1815# b2（OPTx）=0 （半闭环控制）；②进入伺服参数画面，参见下图7；③将“初始化设定位”（英文 INITIAL SET BITS） 改为00000000；④将“位置反馈脉冲数.”（英文POSITION PULSE NO.） 改为 12500；⑤计算 N/M 值，具体参照第三章3-4 节伺服参数初始化⑺部分说明；⑥ 关电，再开电，参数修改完成之后先用手抡移动X 轴，当确认半闭环运行正常后用JOG 方式从慢速到高速进行试验，结果X 轴运行正常从试验结果得出结论；半闭环运行正常，全闭环高速运行时411#报警，充分证明全闭环测量系统故障图7 伺服设定画面在确认全闭环系统存在故障后，打开光栅尺护罩进行检查，发现尺面上有油膜，清除尺面油污，重新安装光栅尺并恢复原参数，包括将1815# b2=1，恢复修改过的伺服参数N/M 等，机床修复2 结束语从上述三个典型维修案例的维修过程总结出以下三点经验，供读者交流分享：a.一是要确认报警信息的发生过程，充分理解报警信息的含义，抓住故障的本质因素。

b.二是要熟悉控制原理及动作流程，了解故障所涉及的部件及这些部件的工作原理，能够从原理上推断出可能导致故障发生的因子c.三是要本着由易到难、由简到繁的原则去排除各故障因子，直到故障彻底排除参考文献: 〔1〕FANUC参数说明书〔2〕FANUC维修说明书〔3〕FANUC连接说明书（功能）〔4〕FANUC连接说明书（硬件）〔5〕FANUC系统规格说明书〔6〕αiβiS伺服电动机参数说明书〔7〕αiβi主轴电动机参数说明书〔8〕αi伺服电动机主轴电动机及放大器维修说明书〔9〕βi系列伺服IOLink维修说明书〔10〕简明调试手册。