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1、1FANUCFANUC 原装手轮的一次奇异干扰现象原装手轮的一次奇异干扰现象新誉集团驱动与自动化中心电控技术部 蒋立【关键词】感应涡流 屏蔽 单点接地【摘要】 本文介绍一起故障，一台没有单独接地的机床单，手轮在极低速进给时，发生 轴运动错误移动，由此强调机床接地必须采用单点接地，否则会出现难以预料 的故障现象。【keywords】inductive loop，shield，single-point grounding【abstract】 This article introduces a fault: a machine tool without single point grounding,
2、feeds abnormally at extremely low speed in handwheel mode, the fault show that the machine must be single point grounding, or will happen unpredictable phenomenon.2014 年 5 月，新瑞重工机床客服部接到溧阳新华机电公司的报修电话。据 用户反映，一台配备 FANUC-31i MA 系统的 TK42200-400 机床，在寻找工件零 点时，机床的手轮时而失灵，出现轴正向进给却静止不动，机床的坐标值却依 然增加的故障现象。这一故障将导
3、致工件零点的坐标值不准确，如果继续加工 将导致工件报废。 维修人员携带备件赶往现场，更换了手轮和手轮电缆后，故障依旧，因而 向电气技术部寻求支持。同时，维修人员向公司客服部描述了更加具体故障现 象，他本人在操作过程中，很难出现那个问题，而机床的一位操作工比较容易 使故障现象出现。 我赶赴现场后，确认了故障现象描述属实。但在两个小时的排查中，我自 己一次都能没有使故障出现，但那位操作工却使故障出现了三次。我也观测到 了更奇怪的现象，快速旋转手轮时，选定的机床轴都能随时按选定方向移动， 但进给量是否与手轮发出的脉冲量严格相等却不能确定。在寻找工件的零点时， 进给量以 0.01 mm 为单位，手轮旋
4、转速度很低，这时候才能观测到选定的机床 轴没有按照选定方向同步进给，甚至是反向退回。 我猜测是干扰，但干扰源是什么，从哪个环节进来的，却无从知道。检查 了机床床身、电柜的接地连线，都符合标准。一头雾水。 我拖着长长的手轮电缆，站在工作台上，慢速断续旋转手轮，一直重复操 作工的动作，希望能亲手复现一下故障现象。测量方法如图：2故障终于出现，但仍然时有时无。正在这时有电话打进来，我把手伸进裤 子口袋时，摸到一串钥匙！我突然意识到，就是这串钥匙导致了这个故障发生！下图简单说明一下手轮的工作原理：正常手轮的 A、B 相信号脉冲如图 1 所示，A、B 信号电角度相位差为 90， 如果规定先收到高电平的顺
5、序 AB 为手轮的顺时针旋转，那么逆时针旋转时 高电平的顺序就是 BA。A、B 信号的高电平电压范围 3.6V5.0V，手轮的工 作电压是 5V。当手轮进给量处于 0.01mm档位时，每拨动手轮一格，机床对应轴移动，百分表指针应该变化一格（0.01 mm） 。如果机床移动量与手轮拨动的格数不等，或者方向相反，则认为出现故障。3如果 A、B 相信号脉冲收到干扰，低于 CNC 接受的门限值，如图 2 所示，那 么 CNC 就认为没有收到脉冲，对应的轴也就没有移动。如果 A、B 信号脉冲如图 3 所示， 第一个 A 脉冲因幅值不够被丢弃，那么 CNC 接受高电平的顺序就是 BA，则手轮被认为逆时针旋
6、转，那么，机床的轴 就会以相反的方向倒退。 这个手轮和手轮电缆都是日本 FANUC 公司原装产品，FANUC 的手轮电缆是 没有屏蔽层的，手轮电缆中的导线采用双绞线。A、B 信号跳变感应出钥匙串的 涡流，而这个涡流反过来又影响了 A、B 型号的完整性。因为手轮的转向信号由 A、B 相信号的相位差决定，A、B 相信号在电角度上相差 90，如果 A、B 相信 号被干扰，CNC 就不能收到有效的 A、B 脉冲，也就不能确定机床轴的进给方向 和进给量。 当手轮电缆靠近工件时，也很会产生这个故障，但在寻找工件零点时，手 轮电缆处于拉紧悬空状态，离工件大约 20 厘米，所以，此种情况故障很少发生。在快速连
7、续旋转手轮时，A、B 的脉冲信号对外界的干扰相互抵消， 当我喊来机床操作工时，我一眼就看到他左手腕上那只大大的钢质手表。 因为之前已经大量使用 FANUC 的原装手轮电缆，从没有这个问题，我找到 用户公司设备部的人员，一起检查动力线的配置。果然用户为了节省电缆，地 线采用了如下的布线（红色线条）：4这样，机床 1 电气“地”是稳定的，而机床 2 的电气“地”因为机床 1 的 干扰致使“地”电位不稳定，导致 CNC 收不到完整有效的手轮 A、B 脉冲信号。 合理的地线连接应采用图上蓝色虚线表示的方法，每个机床单独有一根地 线，而不是共用其它机床的地线。 显然，日本 FANUC 公司没有充分考虑到中国特殊的国情，没有给它的手轮 电缆加上屏蔽层，接地良好的屏蔽层可以把 A、B 相信号脉冲产生的干扰有效地 消除。 因用户的动力线配置一时难以更改，公司客服部给用户寄了一条带屏蔽层 的国产手轮电缆，在电缆屏蔽层与 PE 线可靠连接后，圆满地解决了这个问题。
