FANUC0i系列伺服系统故障的诊断与维修
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【摘 要】数控机床是典型的机电一体化设备，它综合了计算机、自动控制、精密机械、检测等高新的技术。随着数控技术的不断发展，数控机床的应用领域也越来越广泛，同时伴随着的系统故障也多样化复杂化。本文就伺服系统进行介绍，然后针对FANUC 0i系列伺服系统故障进行了主要研究。
1 进给伺服系统概述
1.1 进给伺服系统基本概念
进给伺服系统是以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。这个系统具有高精度定位功能和位置跟踪功能。它的性能决定了数控机床的最大进给速度，定位精度等。
1.2 进给伺服系统的组成
进给私服系统由5部分构成，这五部分为伺服放大器、伺服电动机、继电器、脉冲编码器以及接触器。他们互相的配合让此系统能够正常的运行。
1.3 数控机床对进给伺服系统的要求
数控机床对进给伺服系统有以下的几个要求。第一，能够可逆运行。所谓的可逆运行，就是能够灵活的正反向运行。第二，高精度。数控机床是按照预定的程序自动进行加工的，这样的工作、运行特点是不同于以往的传统的手动操作，是不能通过人的意志、尝试来补偿或者是调整其他因素对于加工精度的影响，所以这就要求数控机床的实际位移与指令位移之间误差要很小。第三，调速范围宽。调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。第四，快速响应并无超调。这个要求说明了进给伺服系统要具有良好的快速响应特性，能够快速的对于自己所跟踪的指令信号做出响应。第五，低速大转矩。机床加工大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
1.4 数控机床进给伺服系统的分类
数控机床进给伺服系统大致可以分为以下三类，即开环控制伺服系统、闭环伺服系统以及半闭环控制伺服系统。开环系统无法进行位置和速度的检测，电动机将依据电脉冲驱动进给运动达到期望的位置。开环系统采用步进电动机作为动力源，并且假定只要输入一定数量的电脉冲，机床就有相应的位移量。由于没有检测元器件，构成这样的系统成本较低，但是它的缺点是一旦产生误差，就会逐渐积累。闭环系统是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统。在数控机床中由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。这种系统定位精度高，主要用于高精密数控机床。半闭环伺服系统的工作原理和闭环伺服系统相似，只是位置检测器不是安装在工作台上，而是安装在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统，主要用于大多数京都要求不是很高的数控机床。
2 FANUC 0i进给伺服系统故障分析与维修
要想了解伺服系统的故障，并且对故障进行分析然后找出维修策略就要了解数控机床本身的结构特点。前面对于进给伺服系统进行了简单介绍，有助于我们了解伺服系统的组成以及数控机床的工作要原理，为分析系统的故障奠定了基础。下面就几个典型的故障现象进行分析，并给出维修方法。
第一，机床不能回参考点。所谓的机床不能够回参考点，就是说手动回零的时候，机床不会减速，而且会出现超程报警的现象，又或者在采取手动回零时，机床会减速，但是减速以后并没有让轴停止运动，最终导致出现90#报警。根据增量回零条件原理可知，出现上述的现象的原因可能为减速开关进油或者是进水，又或者输入模块损坏、伺服放大器出现了接口故障等。为了解决这个问题，可以尝试把机床移动至坐标的中间位置试试或者更换电机位置编码器。
第二，机床回参考点，但是每次回到的参考点的位置都不一样，也就是所说的绝对零点丢失。而绝对零点丢失一般都是因为基于以下几个原因：首先，绝对位置编码器的后备电池存在掉电情况；其次，更换了伺服放大器；再者，更换了编码器或者是伺服电机。为了判断是以上的哪个原因导致出现了绝对零点丢失的情况，首先就要进行后备电池的情况确认，如果是这个原因，只需要更换电池。如果不是，就检查并重新设置与机床远点有关的检测绝对位置的有关参数，重新试一次回原点操作，若原点仍漂移，检查机械相对是否有变化。如果没有漂移，只是位置显示有偏差，则检查工件坐标偏置是否有效；若机械位置偏移，则绝对脉冲编码器故障。
第三，在手动方式下，机床不能运行。这个故障的原因是显示器屏幕上的位置显示数字不发生变化。为了解决这个问题，首先要检查方式选择信号，诊断G122#2、#1、#0是否为101；然后查看进给轴及其轴方向的信号是否已经输入系统；再者，查看到位检测是否在进行，确认DGN800>PRM500；之后，检查参数PRM517是否为正常值3000，查看互锁信号是否已经起作用，检查JOG进给率的参数设定。
第四，M-FIN信号没有完成。为了能够明白这个故障的原因，要对于M代码的工作过程有一个清楚的了解。其工作过程为输入M指令->进行PMC译码->输出T信号->驱动外设->执行结构动作->动作到位后输出到位信号->PMC接受信号->PMC处理，M-FIN完成工作。一旦熟悉了M代码的工作过程，我们就可以很容易的发现出现报警的原因，即在M指令输出完成后，最终确认信号没有被传给M。在进行故障诊断时，要检查M-FIN信号是否被触发，然后确认是否输出信号，查看电磁阀是否吸合。然后根据诊断出来的情况，判断是调整外设还是调整开关使其能够感应到信号。
3 总结
数控技术的发展、数控机床应用的广泛性以及数控系统的复杂性，就注定了数控系统在使用过程中的故障的频发性和多样性，本文仅FANUC 0i系列伺服系统故障的几个比较典型的案例做了分析，而对于其他系列的伺服系统以及故障都没有进行探讨，这些内容还有待于更深入的研究和总结。
参考文献：
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