FANUC數控系統噴丸機故障診斷與維修

沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 賈 歡 陳 穎 宋建東

數控噴丸機利用數控系統通過對電氣元件的控制從而實現噴丸運動控制過程的設備。噴丸加工就是將鋼丸(或玻璃丸)高速噴射到金屬表面，利用鋼丸(或玻璃丸)的沖擊和摩擦作用，清除金屬表面的鐵銹及其它污染，同時得到有一定粗糙度的，顯露金屬本色的表面，更為重要的是利用鋼丸(或玻璃丸)對金屬表面的沖擊作用使零件表面硬化，生成0.1～0.4mm厚的硬化層，增加零件表面對塑性變形和斷裂的抵抗能力，從而使表層產生壓應力，提高抗腐蝕性和抗疲勞強度，并通過噴丸強化可以彌補零件表面的微細裂紋缺陷，這對加工中形成的且工程上的探傷靈敏度無法發現的表面微裂紋有非常好的彌合作用。

數控噴丸技術的產生是在上個世紀40年代初，美國的航空工程師從噴丸強化試片產生變形這一特點得到啟發，提出了噴丸成形這一先進技術。同一時期，機床控制技術也有了很大發展，特別是數控系統的發展，使噴丸設備由機械控制噴丸機發展到了數控噴丸機。噴丸技術的自動化程度和精度越來越高，既保證了成形件質量和精度，也顯著地提高了噴丸效率。我國的噴丸技術研究目前也已經處于較高水平，攻克了多項噴丸關鍵技術。

數控噴丸機如圖1所示，其主要由數控系統和機械部分組成，機械部分由噴丸罐、料斗、閥箱、空氣截止閥、加料閥、加濃噴丸閥、截止換向閥、氣源處理系統及管路等主要部分組成。數控系統包括CNC控制單元；伺服驅動單元和進給伺服電動機；主軸驅動單元和主軸電動機；PMC（PLC）控制器；機床強電柜控制信號的輸入/輸出（I/O）單元；機床的位置測量與反饋單元；外部軸控制單元；信息輸入/輸出設備，如電腦、磁盤機、存儲卡、鍵盤、專用信息設備等；網絡，如以太網、HSSB（高速數據傳輸接口）、串行通信RS-232C接口等，以及加工現場的局域網。

圖1 數控噴丸機

本文分析的數控噴丸機采用的是FANUC 16i數控系統， 伺服軸共有八個，分為兩個機械手可同時進行工作，因此具有很高的工作效率，由于共有八個伺服軸故控制系統采用了兩個通道，機床的控制部分與普通的數控機床的區別較大，該機床的數控系統通過一條光纜與一臺工控機內裝光纜接口板與機床的NC進行通訊，工控機內裝組態軟件與機床共同監控機床的工作狀態。按照功能不同可將該機床組成結構分為運動控制系統、鋼丸輸送系統、鋼丸回收系統、鋼丸篩分系統、除塵系統、存儲系統、鋼丸計量系統和空氣控制系統。該機床的工作原理與普通的數控機床工作原理區別較大，普通的機床主要以金屬切削為主，該機床的運動控制部分與普通的機床相近，但控制的目標主要是回轉工作臺和兩個機械手的聯動控制，機械手的各關節控制是要求檢測空間的位置并且聯動的方式，并且和回轉工作臺的位置有機結合起來，來完成各項工作任務。該機床在機械上設計非常巧妙，而且在自動控制方面有點位控制和開關量控制，且開關量控制與丸料系統的狀態密不可分，大量采用自動控制中 PID控制通過大量的積分采樣來實現開關量的輸出。這期間需要大量的數據轉換來支持自動控制的精確實現。

下面通過具體案例給出數控噴丸機的常見故障診斷分析及排故思路和方法。

案例一，噴砂流量過大。1.確定阻力閥是否打開；2.若噴砂流量閥開得過大，不能有效控制流量，把砂全部從機器中清除，對其進行降壓處理，同時檢查閥內部是否損壞。

案例二，噴砂堵塞。1.若流量閥的經常堵塞可能是存在潮濕的噴砂，噴砂變濕是由于空氣或外部環境的濕氣引起的；2.進入工作倉的工件須經過清洗和干燥，如果工件上有油，會將噴砂弄臟，因此在除去油后進行噴砂；3.壓縮空氣潮濕的原因可能有空氣壓縮機過熱，或者吸油，或者潮氣進入了輸氣管，輸氣管過長易使濕氣凝結在管子的內壁上。如有必要需經常更換砂，或者另外安裝冷卻裝置及干燥裝置；4.安裝振蕩器防止噴砂結塊，位置選擇在噴砂器的支腿或者流量閥上。

案例三，當腳踏板踩下去的時候，噴嘴不噴出砂和空氣。分析診斷和排故思路方法如下：1.給噴砂器降壓，檢查噴嘴是否被堵塞；2.當腳踏板被踩下的時候，檢查噴砂器是否降壓；3.確認噴砂的流量閥和阻力閥處于打開狀態。

案例四，噴砂的消耗量過大。分析診斷和排故思路方法如下：

1.出口風門打開是否過大，調節靜壓；2.檢查回收器的門安裝位置是否合適，或者襯墊損壞?？諝鈴倪@些縫隙進入回收器，導致噴砂被帶入集塵器。若門沒有關閉，不要啟動系統；3.檢查噴砂的質量，確認是否使用了脆性砂；4.檢查是否噴嘴壓力太高，導致砂分解；5.檢查回收器的口是否在接縫處有漏洞，再檢查整個回收器確認是否存在負壓漏洞。

案例五，“Pressure pot upper probe uncovered”(壓力罐上探頭未覆蓋)報警。分析診斷和排故思路方法如下：

該機床的送丸系統有兩個壓力罐，一個在上部，一個在下部，中間由氣控阻斷閥隔開，下壓力罐上設有兩個探頭，一個在罐子的上部，一個在罐子的下部，用來檢測壓力罐中鋼丸的位置，探針直伸入罐中，測量、放大電路在壓力罐外。

1.根據電氣原理圖查看壓力罐上探頭所對應PLC地址的狀態。確認上探頭信號是否被觸發，進而判定丸粒是否覆蓋上探頭。

2.從觀察窗查看上探頭，如發現它已被丸粒覆蓋，進一步檢查輸入信號至CNC連線、電壓情況基本線路情況。

3.拆開探頭測量、放大電路外護罩，觀察電路板上有一個二極管指示燈是否點亮。調節電路板上兩個粗、精調電位器來調節探頭的靈敏度。若未發現其它明顯故障，則判斷可能是由于電路板元件性能發生變化而引起上探頭觸發信號偏差。

數控噴丸機的廣泛應用給故障診斷與維修技術提出了更高要求，在實踐中不斷總結和探索經驗、思路、方法和方案，才能確保數控噴丸加工制造的工藝水平和工件質量。

[1] 王侃夫主編.數控機床控制技術與系統(第2版)[M].北京:機械工業出版社,2008.

[2] 王侃夫主編.數控機床故障診斷及維護[M].北京:機械工業出版社,2002.

[3] 龔仲華主編.數控機床故障診斷與維修500例[M].北京:機械工業出版社,2005.

[4] 余仲裕主編.數控機床維修(高職類)[M].北京:機械工業出版社,2011.

[5] 劉蔡保主編.數控機床故障診斷與維修[M].北京:化學工業出版社,2012.