FANUC原装手轮的一次奇异干扰现象的维修

蒋 立

(江苏新瑞重工机床工程部，江苏 常州 213166)

1 故障及排查

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-31iMA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，维修人员在操作过程中，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。

笔者赶赴现场后，确认了故障现象描述属实。但在两个小时的排查中，笔者一次都没有使故障出现，但操作工却使故障出现了3次。笔者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。

笔者猜测是干扰，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。

笔者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1。

当手轮进给量处于0.01 mm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。

故障终于出现，但仍然时有时无。正在这时有电话打进来，笔者把手伸进裤子口袋时，摸到一串钥匙！笔者突然意识到，就是这串钥匙导致了这个故障发生！

2 手轮的工作原理

正常手轮的A、B相信号脉冲如图2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序A→B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B→A。A、B信号的高电平电压范围3.6～5.0 V，手轮的工作电压是5 V。

如果A、B相信号脉冲受到干扰，低于CNC接受的门限值，如图3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4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B→A，则手轮被认为逆时针旋转，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信号的完整性。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 cm，所以，此种情况故障很少发生。

在快速连续旋转手轮时，A、B的脉冲信号对外界的干扰相互抵消。

3 故障排除

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，笔者找到用户公司设备部的人员，一起检查动力线的配置。果然地线采用了如图5所示的布线(粗线条)。而该操作工左手腕上戴有一只钢质手表。

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双色划线表示的方法，每台机床应单独有一根地线，而不是共用其他机床的地线。

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。