FAN系列CNC数控系统范文

FANUC0iC系列是北京发那科机电有限公司2004年至2005年生产并投入使用数控系统，根据中国质量协会关于在全国实施“用户满意工程”的安排，2006年8月，中国质量协会用户委员会、全国数控设备用户委员会对北京发那科机电有限公司的0i型数控系统进行了用户满意度抽样复评。这次复评的0i型产品的“产品质量”和“服务质量”用户满意度总平均分数都达到或超过了“用户满意度”标准水平，被中国质量协会用户委员会、全国数控设备用户委员会授予“全国用户满意产品”称号。

我公司最近采购的CNC数控设备共有15台，均采用了这种数控系统，相关的工程技术人员与维修人员都进行了设备预备验收时和终验收时的现场培训，主要是操作、编程和维护的培训，但都不是很系统，对CNC数控系统的结构原理、相关参数功能、了解不多，有必要从这两方便进行一个较深入的探讨。

一、FANUC0iC系列数控系统的基本构架介绍

FANUC0iC系列数控系统属于内装式数控系统，与FANUC16i/18i系列高性能数控系统一样，系统均是直接安装在LCD的后面，结构紧凑，集成化程度高，一改FANUC0iB系列的体积庞大的独立式结构，板卡、插件更少，更加小型化。因此系统系统更加稳定可靠。

①PSM(Powersupplymodule)：开关电源模块。此为一般的开关电源，就是把220VAC输入电源整流输出为+24VDC，供给CNC控制单元使用。此电源模块一般在市场上就可找到，FANUC对此电源也是外购，已经不再负责此电源的维修。

②Powersupplyconnector：开关电源连接端口。连接到主板上的端口，供主板使用。

③Serialspindleorpositioncoderconnector：FANUC专用串行主轴或模拟主轴位置编码器连接端口。如用FANUC专用串行主轴单元，则主轴伺服电机的位置编码器的反馈信号是直接接到FANUC的伺服驱动模块上的，然后是通过高速串行总线FSSB（光纤）传送给CNC的。但如果是采用的模拟主轴，则其主轴电机的位置编码器的反馈信号就需要接到此端口上。

④I/O-Linkconnector：I/O-Link连接端口。FANUC的CNC与I/O接口板采用的是标准的I/OLINK连接。FANUC的数据分三大部分：CNC数据、I/O数据、伺服控制数据。CNC与伺服控制数据的传送是通过FANUC的标准高速串行总线FSSB，CNC与I/O的数据传送采用的是I/O-Link总线。

⑤Analogspindleorhigh-speedskipconnector：模拟主轴或告诉跳过信号接口。此端口可以接非FANUC的模拟主轴单元，如在一些精度要求不太高的场合，为了降低数控系统的造价，可以采用其他公司的主轴控制单元和匹配的主轴驱动器。此时其主轴电机的位置编码器的反馈信号就需要接到Serialspindleorpositioncoderconnector端口上。

⑥I/Ounitinterfaceconnector：I/O接口单元接口，机床操作面板与CNC的接口。是标准的RS232C接口，主板上可以配置有两个这样的端口，分别是RS232C-1和RS232C-2。标准配置为开通一个RS232C-1，特殊订货可以开通得到RS232C-2。与PC通讯需要相关的软件，如FANUC的专用数据传输软件FPETLADDER3Version2.00或NCSentry。需要注意的是RS232C的数据线与其他CNC与PC的数据线不同，市场上买到的基本上不能用。因FANUC的CNC的发送请求信号与使能信号是短路的，PC端的数据接受准备好信号与数据设定、检查准备好信号也是短路的，也就是说只要CNC要发送数据是没有任何组织信号的，除非数据线断路。一般可以向机床厂索要或根据信号接口表自制。

⑦ethernetconnector：高速以太网接口。FANUC不同于其他的如西门子系统，是没有硬盘的，用F-ROM和S-RAM存储数据，可存储的数据量是比较小，目前最大可支持1GB的内存。用此端口可实现CNC与计算机的高速数据传输，但也需要相关的软件，如FANUC的专用数据传输软件FPETLADDER3Version2.00或NCSentry。

⑧Servounitconnector：伺服接口，也就是轴控制器的高速串行总线FSSB的连接端口。必须接FANUC的轴控制器。不允许接其他系统的轴控器。因为这是FANUC的专用高速串行总线FSSB的接口，不与其他公司的系统兼容。

⑨MDIconnector：MDI手动数据输入单元（键盘）的接口。一般是接受机床侧高速处理信号。如*DECα手动参考点返回减速信号、*ESP急停信号、SKIP磨床在线测量系统或车床主轴转速的高速跳转信号。

⑩Servocheckboardconnector：伺服检查卡连接端口，此端口用于FANUC公司做系统测试用，用户不再使用此端口。

对数控系统的标准硬件结构有了一个了解后，就有了根据系统说明书进行故障的诊断，缩小故障范围，快速解决问题的基础，然而要真正解决问题，还要做具备如下的知识和技能。

二、FANUC0iC系列数控系统的运行环境与日常维护

2.1数控设备的使用环境

为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件、PCB印刷电路板受到腐蚀，造成接触不良或元件间短路，影响CNC设备的正常运行。

2.2电源要求

为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单独供数控机床使用）、高质量的自动空气开关或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。

2.3数控系统的维护

1）严格遵守操作规程和日常维护制度

2）应尽量少开数控柜和强电柜的门

在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有些南方用户在炎热的夏天，为了使CNC数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速老化和损坏。

三、电气维修工程师的基本条件

CNC数控机床的身价从几十万元到几百万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。

统计表明，CNC数控机床出现的故障率分布为：接口故障大约为40%，主轴和伺服驱动系统故障大约为30%，操作编程工艺故障为20%，系统硬件故障大约为10%。由于数控机床日常出现的多为电气故障，达80%，所以电气维修更为重要。

1.人员条件

数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广。要学习并基本掌握有关CNC数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。

（3）应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的数控机床维修技术培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。

（4）勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。

（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。

2.物质条件

（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。

（5）数控机床使用、维修技术档案材料。

四、电气维修工程师的基本数据备份操作

现代的CNC数控设备采用了计算机技术，对电气维修工程师来说，需要具备比较专业的计算机技术，大部分的维修、诊断、排除故障依赖的是丰富的计算机技术。

由于是CNC数控技术，则数据在设备中的重要意义不言而喻。维修工程师须掌握常用数据的备份。

FANUC0iC系列数控系统，与其他数控系统相同，通过不同的存储空间存放不同的数据文件。但由于其无硬盘存储器，因此其数据是采用其他形式的存储器来存储的。

FANUC0iC系列数控系统的数据文件主要分为系统文件、MTB（机床制造厂）文件和用户文件。

系统文件---FANUC提供的CNC和伺服控制软件成为系统软件。

MTB文件—机床的PMC程序、机床厂编辑的宏程序执行器。

这两类数据是存放在数控系统的主板上的F-ROM（FLASH-ROM）中，F-ROM中的数据相对稳定，一般情况下不容易丢失，但是如果遇到更换CPU板或存储器板时，在F-ROM中的数据均有可能丢失，其中系统文件一般无须备份，因为FANUC对于大用户是无偿提供的，对于小用户，适当付费也是可以提供的。一般只要不是主板硬件损坏，不会丢失的。如果是主板损坏，因为集成度很高，也只有更换新的，这时到FANUC去采购，也是可以得到写系统文件服务的。而MTB文件是需要备份的，因为这是机床厂的文件，FANUC公司是不知道的，而且在手册中也提到一定要移交PMC程序给最终用户。这类文件可以用CompactFlash（简称C-F）卡来存储。

C-F卡及使用插槽如图9所示。C-F卡与笔记本电脑的接口为PCMCIA插槽，此插槽台式机一般没有。因此CNC设备的维护必须有一台配备PCMCIA卡插槽的专用的笔记本电脑，由于有时还用到RS232C串行口，而市场上的大部分笔记本电脑都不再配置RS232C串行口，笔者发现市场上的Dell、Lenovo、Hp等品牌的笔记本电脑一般都配制有这个RS232C串行口。如图10所示。

图9C-F卡及使用插槽

图10RS232C串行口

再有一类文件是用户文件，包括系统参数、螺距误差补偿值、宏程序、刀具补偿值、工件坐标系数据、PMC参数（Timer、Counter、KeepRelay、Datasheet）、加工程序等数据，这类数据是保存在存储器板上的S-RAM（static-RAM静态存储器）中的。在S-RAM中的数据由于断电后需要电池保护，有易失性，所以保留数据非常必要。一旦参数误操作和人为修改后要想恢复原来的值，如果没有详细准确的记录可查也没有数据备份，就会造成比较严重的后果。

3.1F-ROM中的数据拷贝到C-F卡中

从上面叙述得知，保存的内容为系统文件（SYSTEMDATA）、PMC梯形图程序、用户宏程序执行器。操作方法：

1）进入系统引导区；

2）选择菜单选项“SYSTEMDATASAVE”。

3）进行C-F卡拷贝操作；

4）将FLASH卡中的数据存如计算机，备用。

数据恢复：

1）进入系统引导区；

2）选择菜单选项“SYSTEMDATALOADING”。

3）进行加载操作；

需要说明的是要拷贝PMC梯形图，采用C-F卡是快捷有效的方式，而用RS-232C串行口不能进行PMC梯形图的备份。

3.2S-RAM中的数据备份

从上面叙述得知，保存的内容为系统参数、螺距误差补偿值、宏程序、刀具补偿值、工件坐标系数据、PMC参数（Timer、Counter、KeepRelay、Datasheet）、加工程序等数据。方法有两种：一是通过引导，用C-F卡备份。其操作方法：

1）进入系统引导区；

2）选择菜单选项“SRAMDATABACKUP”。

3）进行数据备份操作；

4）将FLASH卡中的数据存如计算机，备用。

数据恢复方法：

1）进入系统引导区；

2）选择菜单选项“RESTORESRAM”。

3）进行加载操作；

需要说明的是，BACKUP操作得到的文件为打包文件，是FANUC的专用文件格式，一般用户找不到适合的加压缩软件来解压缩，也就是说无法看到文件的内容。通过此方法得到的各台机床的文件名都是相同的，一般不做文件名更改，否则重新装载时系统不认可。

另一种是通过RS232C串行口进行数据备份。可以看到内容，但只能传S-RAM中的数据，不能传F-RAM中的数据。

CNC数控系统电气维修工程师只要掌握了上述F-ROM和S-RAMD数据备份的方法，就好比我们手边有一张WINDOWS2000/XP的系统安装光盘、一套主板、显示卡、声卡、网卡、鼠标、键盘（可能还有显示器）的驱动程序、常用的应用软件，只要计算机不发生硬件故障（其故障率较低），我们就完全可以无后顾之忧地控制我们身边的个人计算机，出现死机这样的软故障，重新安装这些软件就可以了。

五、结束语

总之，对于CNC数控设备电气维修工程师要更好地维护FANUC0iC系列CNC数控系统，除了要掌握其基本工作原理和基本结构，还要在实际工作中结合其维修、参数手册，勤学好问，掌握系统F-ROM和S-RAM中参数备份理论与方法，以便游刃有余地处理其日常出现的电气故障，维护生产的顺利进行，发挥其最高的经济效益。