FANUC原裝手輪的一次奇異干擾現象的維修

蔣 立

(江蘇新瑞重工機床工程部，江蘇 常州 213166)

1 故障及排查

2014年5月，新瑞重工機床客服部接到溧陽新華機電公司的報修電話。據用戶反映，一臺配備FANUC-31iMA系統的TK42200-400 機床，在尋找工件零點時，機床的手輪時而失靈，出現軸正向進給卻靜止不動，機床的坐標值卻依然增加的故障現象。這一故障將導致工件零點的坐標值不準確，如果繼續加工將導致工件報廢。

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

筆者趕赴現場后，確認了故障現象描述屬實。但在兩個小時的排查中，筆者一次都沒有使故障出現，但操作工卻使故障出現了3次。筆者也觀測到了更奇怪的現象，快速旋轉手輪時，選定的機床軸都能隨時按選定方向移動，但進給量是否與手輪發出的脈沖量嚴格相等卻不能確定。在尋找工件的零點時，進給量以0.01 mm為單位，手輪旋轉速度很低，這時候才能觀測到選定的機床軸沒有按照選定方向同步進給，甚至是反向退回。

筆者猜測是干擾，但干擾源是什么，從哪個環節進來的，卻無從知道。檢查了機床床身、電柜的接地連線，都符合標準。

筆者拖著長長的手輪電纜，站在工作臺上，慢速斷續旋轉手輪，一直重復操作工的動作，希望能親手復現一下故障現象。測量方法如圖1。

當手輪進給量處于0.01 mm檔位時，每撥動手輪一格，機床對應軸移動，百分表指針應該變化一格(0.01 mm)。

如果機床移動量與手輪撥動的格數不等，或者方向相反，則認為出現故障。

故障終于出現，但仍然時有時無。正在這時有電話打進來，筆者把手伸進褲子口袋時，摸到一串鑰匙！筆者突然意識到，就是這串鑰匙導致了這個故障發生！

2 手輪的工作原理

正常手輪的A、B相信號脈沖如圖2所示，A、B信號電角度相位差為90°，如果規定先收到高電平的順序A→B為手輪的順時針旋轉，那么逆時針旋轉時高電平的順序就是B→A。A、B信號的高電平電壓范圍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就認為沒有收到脈沖，對應的軸也就沒有移動。

如果A、B信號脈沖如圖4所示，第一個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，則手輪被認為逆時針旋轉，那么，機床的軸就會以相反的方向倒退。

這個手輪和手輪電纜都是日本FANUC公司原裝產品，FANUC的手輪電纜是沒有屏蔽層的，手輪電纜中的導線采用雙絞線。A、B信號跳變感應出鑰匙串的渦流，而這個渦流反過來又影響了A、B信號的完整性。因為手輪的轉向信號由A、B相信號的相位差決定，A、B相信號在電角度上相差90°，如果A、B相信號被干擾，CNC就不能收到有效的A、B脈沖，也就不能確定機床軸的進給方向和進給量。

當手輪電纜靠近工件時，也很會產生這個故障，但在尋找工件零點時，手輪電纜處于拉緊懸空狀態，離工件大約20 cm，所以，此種情況故障很少發生。

在快速連續旋轉手輪時，A、B的脈沖信號對外界的干擾相互抵消。

3 故障排除

因為之前已經大量使用FANUC的原裝手輪電纜，從沒有這個問題，筆者找到用戶公司設備部的人員，一起檢查動力線的配置。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手表。

這樣，機床1電氣“地”是穩定的，而機床2的電氣“地”因為機床1的干擾致使“地”電位不穩定，導致CNC收不到完整有效的手輪A、B脈沖信號。

合理的地線連接應采用圖雙色劃線表示的方法，每臺機床應單獨有一根地線，而不是共用其他機床的地線。

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