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1、 共 26 页1典型数控装置的维修技术系列专题讲座名册第一篇 日本FANUC 公司数控装置 第一篇 日本 FANUC 公司 数 控装置 第一章 日本 FANUC 公司数控装置概述 日本 FANUC 公司是专门从事生产数控装置及工业机器人的著名厂家，也是世界上最有影响的一个专业厂。该公司自 50 年代末期生产数控系统以来，已开发出 40 多种系列的数控系统，特别是 70 年代中期开发出FS5、FS7 系统以后，所生产的系统都是 CNC 系统。也是从此开始， FANUC 公司的 CNC 系统大量进入中国市场，在中国 CNC 市场上处于举足轻重的地位。 80 年代，FANUC 公司较有代表性的系统是
2、 F6 和 Fll。目前，主要产品有 FO 和 F15 系列。 第一节 结构、性能特点 （1）F6 系列 采用大板结构，上面插有电源模块、存储器板等小板。该CNC 系列为多微处理器控制系统、其 CPU、PMC 所用的 CPU 以及图形显示的 CPU 均为 8086。 （2）Fll 系列 主板也是采用大板结构，它也是一种多微处理器控制系统，其CPU 为 68000。在控制线路中采用下列专用大规模集成电路： BAC（总线仲裁控制器）、 IOC（输入输出控制器）、 MB87103（位置控制芯片）、OPC（操作面板控制器）以及 SSU（系统支持单元）。在系统中还采用了 4 兆位大容量磁泡存储器、大容量
3、 IO 模块、AD 和 DA 模块以及 ATC（自动刀具交换装置）和 APC（自动托盘交换装置）控制用定位模块。 CNC 系统和操作面板， IO 单元之间采用光缆连接，从而使连接简单，抗干扰能力提高。 （3）F15 系列 它是一种模块化、多总线结构的微处理器控制系统，也被称为AI（人工智能） CNC，其CPU 采用 32 位的 68020。F15 系列共有 F15MA、F15TA、F15TF、F15-TTA 及 F15TTF 等六种规格，它们具有下述特点：在插补功能上除了具有直线、圆弧、螺旋线插补外，还具有假想轴插补、极坐标插补、圆柱面插补、指数函数插补、渐开线插补及样条插补等多种；在补偿功能
4、方面，具有螺距误差补偿，丝杠反向间隙补偿，坡度补偿，线性度补偿以及各种刀具补偿；在切削进给加减速功能方面，具有插补前直线加 /减速，插补后直线加 /减速以及插补后钟形加 /减速等多种；在故障诊断方面，引进了专家系统，即采用了人工智能。该系统以知识库作依据，采用推理软件来查找故障原因。 共 26 页2（4）FO 系列 这是目前在中国市场上销售量最大的一种系统，它是一种采用高速32 位微处理器的高性能的 CNC。在结构上采用传统的结构方式，即在主板上插有存储器板、I/O 板、轴控制模块以及电源单元。只是其主板较其它系列的主板要小得很多，因此，在结构上显得非常紧凑，体积很小，FANUC 公司自称为它
5、虽是世界上最小的系统。 F0 系列共有 F0-MA、F0-TA、F0-MC、F0-TC、F0-MD、F0-TD 等多种规格。其中F0MD 和 F0-TD 是在 F0-MA 及 F0-TA 的基础上简化而成的，所以大家也称它为简易型数控系统。由于它们价格较低，在国内被大量用于数控车床及数控铣床。 F0 系列数控系统具有下述特点：本系统是一种小型高精度、高性能的软件固定型CNC。控制电路中采用了高速微处理器、专用LSI（大规模集成电路）、半导体存储器等，这不仅提高了系统可靠性，还提高了系统的性能价格比；为了便于系统的维修，内部具备多种自诊断功能： a)微处理器不断地监视系统内部的工作状态，并能分类
6、显示 CNC 内部状态。一旦发生故障，报警指示灯立即发亮，并使CNC 停止工作。同时在 CRT 上可分类显示出故障详细内容； b）在 CRT 显示器上，可显示出从 CNC 输出或向 CNC 输入的接通、关断信号； C）通过MDI（手动数据输入）可以 “位”为单位接通、关断从 CNC 输出的接通、关断信号。可用 CRT 显示检查数控系统的快速送给速度、加减速时间常数等各种参数设定值；由于采用了高速微处理器的数字式交流伺服系统，无漂流影响，实现了高速、高精度的控制。在 0 系列中还有一种规格是 0-PC，它是专为转塔冲床开发的高性能 CNC，有下述特点： a)电子器件采用表面安装的 LSI 及超薄
7、型显示单元； b）高性能的数字伺服系统； c）利用 M、S、T 和 B 代码直接加工指令，缩短了加工循环时间，提高加工效率； d)超级控制功能。除了 0-C 系列的标准功能外，还增加了冲压功能、晶格点阵功能、多段数据加工功能、C 轴控制功能等。 （5）F-20 系列 它是继 0 系列之后开发的系统，适合于一般的数控铣床和车床，将在今年进入中国市场。它的特点是：具有高效的手动操作能力，在手动方式下具有引导功能，能用手轮操作加工圆弧、斜线，而且能将手轮操作的过程存储和再生。这将大大提高批量加工能力。另外，数控程序也很容易用引导功能建立起来，在引导画面直接操作，很快地编制出简单加工程序。 （6）F-
8、16/18 系列及 160/180 系列 它是专门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。它具有以下特点：l）采用超大规模集成电路。系统的开发与微机芯片发展同步，采用了超大规模集成芯片，如CPU 为80486，66MHz 主频；机床强电的控制程序和零件加工程序存储在快闪（ FLASH)存储芯片和存储器卡中。用户可方便地修改、调整 PMC 程序，并省去了 EPROM 的写入设备。加工程序、系统参数、机床参数均可存人存储卡，更换与操作极为方便；为了提高系统的运行速度和处理能力，采用了64 位的 RISC 芯片，与80486 并
9、行运行；伺服进给使用了 32 位数字信号处理器；除了通用芯片外， FANUC 公司还开发了专用超大规模逻辑电路的芯片。如：地址译码和锁存，位置反馈信号的处理，细插补、位置误差的比较与误差的脉宽调制，串行数值信号的处理与数据传送，电子手轮信号的处理等20 余种，大大地提高了系统的可靠性，缩小了系统的体积。2）对立体化、高密集的元件安装。上述提到的超大规模集成芯片均为表面安装方式，而且全部元件均采用共 26 页3立体化的安装方式（这是日本 FANUC 公司的专利技术） 。印刷线路板除主板外，均按物理功能分成小模板，根据用户的要求和系统的规模分别插在主板上，使得系统扩展容易，维修方便，简化了系统的总
10、体设计，体积小。全部数控单元只有 380150200mm3左右。3）采用超薄型液晶显示器。它是一个 8.4 英寸或 9.5 英寸 TFT 彩色液晶显示器，有 4096 种颜色，256 种颜色同时显示。可以说是色彩丰富，清晰度高，小型化的显示器，非常适于图形显示。4）可靠性高。数控系统所用的元件，全部经过严格的高温存储，耐老化和筛选。印刷线路板上的元件、部件的插装、焊接及系统组装全部自动化，大部分的工作都由机器人完成。产品经温升、高压、欠压等考验，产品出厂前还经过高温连续运行试验，因此产品质量对靠。5）系统功能强。这表现在二个方面： 高速、高精度。系统采了 64 位的 RISC 处理器，与 80
11、486 协调工作，大大提高了数据的处理能力。另外也提高了系统的分辨率，可达0.lm。系统具有超前预测控制功能，可实现微小程序段 (即短距离移动）的连续轮廓的高速加工，且加工误差小，适合于复杂的立体型面的模具加工；有多种特殊曲线的插补功能。如：渐开线，抛物线，指数函数曲线，圆弧螺纹，多头螺纹，变螺距螺纹，锥螺纹，端面螺纹，柱面体型槽，极坐标插补等；并有多种固定加工循环。6）系统内可以集成通用微机板。可使用 MSDOS 和 WINDOWS 操作系统，可共享 IBM 微机的应用软件。在此基础上，FANUC 公司还开发了 MMC人机会话功能，方便了系统的操作、诊断与维修；系统具有操作历史和报警历史的记
12、忆与显示，伺服波形图的显示，还有Help 功能，该功能实际上是一个用于系统维护的专家系统。当出现报警和故障时，提示操作和维修人员应采用的处理措施。7)高速 PMC。该 PMC 基本指令的执行时间为每步 0.ls，梯图形最高可达 24000。它由一个独立的 32 位微处理器处理，可直接在系统的操作面板上编制梯形图，也可用PC 机(如 IBM)编制，然后通过串行口在CNC 系统上调试 PMC 程序。调好的程序不必用 EPROM 写入器写人，可直接存入快闪存储器，另外，也可用 C 语言写 PMC 程序。FANUC 公司还在此系统上开发了显示 PMC 程序的流程图软件。8)多种在机编程方法。如：菜单编
13、程；图形会话编程（ Super CAP） ；符号图形编程（ Symbolic CAP）以及示教编程。9)高精度、智能型数字式交流伺服系统的应用 新型的交流伺服电机具有体积小，转矩 /惯量比大，加速快，磁极结构特殊以及运行平稳的特点。伺服电机即使在极低转速下、满负荷运行，转速脉动率也小于1。而伺服单元的伺服控制采用单独的 32 位数字信号处理器控制，根据现代控制理论，设计成具有：预测控制，前惯控制，控制观测器，电子式电流最佳控制（即HRV 控制） 。位置脉冲编码器为每转 65536 个脉冲，可用增量式或绝对式位置编码器，还可实现双位置环反馈。10)智能型高效率数字式交流主轴系统的应用采用 系列的
14、主轴电机，它具有输出功率大，恒功率范围宽以及加速快等特点。控制系统采用 32 位高速信号处理器控制，通过高速串行接口与CNC 交换数据，它实际上也是一个位置闭环控制系统，除能调节转速外，还可实现主轴径向的任意位置定位，C 轴的轮廓控制，双主轴的精确同步，并具有非正常负载的检测功能，可检测出刀具的折断、磨损和加工中的负载故障。11）联网功能.F-16/18 系统既可单机运行，也可通过 Remote buffer 接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递。该系统还可通过 I/O Link(串行口)接多种设备，如机器人、运动控制器、强电设备等，组成柔性线的基本单元。另外，经 DNCI 或
15、 DNCZ 接口可与 Cell Controller 连接，也可接以大网，由主机控制实现车间的自动化。 FANUC 公司自动化工厂已有多条柔性线在运行，用于自己产品的生产。而共 26 页26F160180 系列是在 F16/18 系列的基础上开发出来的，它提供了一个开放系统接口，如与IBM PC 兼容功能，便于用户实现具有个性化的功能。第二章 有 关维护 的一般 概 念 第一节 系统的可靠性 第二节 数控机床的利用率 第三节 CNC 系统的使用检查 第四节 加强数控系统日常维护工作 第一节 系统的可靠性 衡量系统可靠性的二个基本参数是故障频次和相关运行时间。因此，通常用 “平均无故障工作时间（
16、MTBF Mean Time Between Failures） ”和 “平均故障率 （ AFR Average Failure Rate） ”来作为衡量的标准。所谓平均无故障工作时间，是指 系统在可修复的相邻两次故障间能正常工作的时间的平均值。我国“机床数字控制 系统通用技术条件”规定：数控系统产品可靠性验证用“平均无故障工作时间” 作为衡量的指标，具体数值应在产品标准中给出，但数控系统的最低可接受的 MTBF 不低于3000 小时。有关资料显示，世界上有些 CNC 系统的MTBF 已可达 22000 小时。 而 FANUC 公司的CNC 系统，采用平均月故障率作为可靠性的主要指标。详见表 2.l 2。 表 2 . 1 - 2 F A N U C 公 司C N C 系 统 平 均 故 障 率
