FANUC原裝手輪的一次奇異干擾現(xiàn)象的維修

蔣 立

(江蘇新瑞重工機(jī)床工程部，江蘇 常州 213166)

1 故障及排查

2014年5月，新瑞重工機(jī)床客服部接到溧陽新華機(jī)電公司的報(bào)修電話。據(jù)用戶反映，一臺(tái)配備FANUC-31iMA系統(tǒng)的TK42200-400 機(jī)床，在尋找工件零點(diǎn)時(shí)，機(jī)床的手輪時(shí)而失靈，出現(xiàn)軸正向進(jìn)給卻靜止不動(dòng)，機(jī)床的坐標(biāo)值卻依然增加的故障現(xiàn)象。這一故障將導(dǎo)致工件零點(diǎn)的坐標(biāo)值不準(zhǔn)確，如果繼續(xù)加工將導(dǎo)致工件報(bào)廢。

維修人員攜帶備件趕往現(xiàn)場，更換了手輪和手輪電纜后，故障依舊，因而向電氣技術(shù)部尋求支持。同時(shí)，維修人員向公司客服部描述了更加具體故障現(xiàn)象，維修人員在操作過程中，很難出現(xiàn)那個(gè)問題，而機(jī)床的一位操作工比較容易使故障現(xiàn)象出現(xiàn)。

筆者趕赴現(xiàn)場后，確認(rèn)了故障現(xiàn)象描述屬實(shí)。但在兩個(gè)小時(shí)的排查中，筆者一次都沒有使故障出現(xiàn)，但操作工卻使故障出現(xiàn)了3次。筆者也觀測到了更奇怪的現(xiàn)象，快速旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，選定的機(jī)床軸都能隨時(shí)按選定方向移動(dòng)，但進(jìn)給量是否與手輪發(fā)出的脈沖量嚴(yán)格相等卻不能確定。在尋找工件的零點(diǎn)時(shí)，進(jìn)給量以0.01 mm為單位，手輪旋轉(zhuǎn)速度很低，這時(shí)候才能觀測到選定的機(jī)床軸沒有按照選定方向同步進(jìn)給，甚至是反向退回。

筆者猜測是干擾，但干擾源是什么，從哪個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)來的，卻無從知道。檢查了機(jī)床床身、電柜的接地連線，都符合標(biāo)準(zhǔn)。

筆者拖著長長的手輪電纜，站在工作臺(tái)上，慢速斷續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪，一直重復(fù)操作工的動(dòng)作，希望能親手復(fù)現(xiàn)一下故障現(xiàn)象。測量方法如圖1。

當(dāng)手輪進(jìn)給量處于0.01 mm檔位時(shí)，每撥動(dòng)手輪一格，機(jī)床對(duì)應(yīng)軸移動(dòng)，百分表指針應(yīng)該變化一格(0.01 mm)。

如果機(jī)床移動(dòng)量與手輪撥動(dòng)的格數(shù)不等，或者方向相反，則認(rèn)為出現(xiàn)故障。

故障終于出現(xiàn)，但仍然時(shí)有時(shí)無。正在這時(shí)有電話打進(jìn)來，筆者把手伸進(jìn)褲子口袋時(shí)，摸到一串鑰匙！筆者突然意識(shí)到，就是這串鑰匙導(dǎo)致了這個(gè)故障發(fā)生！

2 手輪的工作原理

正常手輪的A、B相信號(hào)脈沖如圖2所示，A、B信號(hào)電角度相位差為90°，如果規(guī)定先收到高電平的順序A→B為手輪的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，那么逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)高電平的順序就是B→A。A、B信號(hào)的高電平電壓范圍3.6～5.0 V，手輪的工作電壓是5 V。

如果A、B相信號(hào)脈沖受到干擾，低于CNC接受的門限值，如圖3所示，那么CNC就認(rèn)為沒有收到脈沖，對(duì)應(yīng)的軸也就沒有移動(dòng)。

如果A、B信號(hào)脈沖如圖4所示，第一個(gè)A脈沖因幅值不夠被丟棄，那么CNC接受高電平的順序就是B→A，則手輪被認(rèn)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，那么，機(jī)床的軸就會(huì)以相反的方向倒退。

這個(gè)手輪和手輪電纜都是日本FANUC公司原裝產(chǎn)品，F(xiàn)ANUC的手輪電纜是沒有屏蔽層的，手輪電纜中的導(dǎo)線采用雙絞線。A、B信號(hào)跳變感應(yīng)出鑰匙串的渦流，而這個(gè)渦流反過來又影響了A、B信號(hào)的完整性。因?yàn)槭州喌霓D(zhuǎn)向信號(hào)由A、B相信號(hào)的相位差決定，A、B相信號(hào)在電角度上相差90°，如果A、B相信號(hào)被干擾，CNC就不能收到有效的A、B脈沖，也就不能確定機(jī)床軸的進(jìn)給方向和進(jìn)給量。

當(dāng)手輪電纜靠近工件時(shí)，也很會(huì)產(chǎn)生這個(gè)故障，但在尋找工件零點(diǎn)時(shí)，手輪電纜處于拉緊懸空狀態(tài)，離工件大約20 cm，所以，此種情況故障很少發(fā)生。

在快速連續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，A、B的脈沖信號(hào)對(duì)外界的干擾相互抵消。

3 故障排除

因?yàn)橹耙呀?jīng)大量使用FANUC的原裝手輪電纜，從沒有這個(gè)問題，筆者找到用戶公司設(shè)備部的人員，一起檢查動(dòng)力線的配置。果然地線采用了如圖5所示的布線(粗線條)。而該操作工左手腕上戴有一只鋼質(zhì)手表。

這樣，機(jī)床1電氣“地”是穩(wěn)定的，而機(jī)床2的電氣“地”因?yàn)闄C(jī)床1的干擾致使“地”電位不穩(wěn)定，導(dǎo)致CNC收不到完整有效的手輪A、B脈沖信號(hào)。

合理的地線連接應(yīng)采用圖雙色劃線表示的方法，每臺(tái)機(jī)床應(yīng)單獨(dú)有一根地線，而不是共用其他機(jī)床的地線。

因用戶的動(dòng)力線配置一時(shí)難以更改，公司客服部給用戶寄了一條帶屏蔽層的國產(chǎn)手輪電纜，在電纜屏蔽層與PE線可靠連接后，圓滿地解決了這個(gè)問題。