FANUC数控系统故障现象分析报告及处理.docx

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FANUC数控系统故障现象分析报告及处理

FANUC数控系统故障现象分析及处理

   1.FS6系列，沈阳第一机床厂的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，大连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范围，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，济南第一机床厂生产的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，济南第一机床厂生产的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，由于系统内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，主要是指供给系统内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，并通过系统电源内部的相应调整元器件的调整，保证各电压值在允许范围内。

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内部还是系统外部。

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内部工作状态，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，状态诊断的内容与方法不尽相同，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范围。

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，可以分为不带内部PMC与带内部PMC（PLC）两种形式。

   不带内部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，在不带内部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侧的内部信号一一对应。

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内部信号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内部信号F148.0的状态完全相同等等。

  在带内部PMC的数控系统中，根据所选用的系统、内部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，不带内部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DGN016.0-022.7、DGN048.0-053.7一一对应；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

 带内部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DGN016.0-022.7， DGN000.0-008.7，DGN010.0-014.7，DGN048.0-053.7，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的内部信号（PMC输出），F148.0-F178.7是从CNC输入到PMC的内部信号（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的内部信号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、输出缓冲存储器的内容，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、输出缓冲存储器的内容，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、输出缓冲存储器的内容，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；