FANUC数控系统喷丸机故障诊断与维修

沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 贾 欢 陈 颖 宋建东

数控喷丸机利用数控系统通过对电气元件的控制从而实现喷丸运动控制过程的设备。喷丸加工就是将钢丸(或玻璃丸)高速喷射到金属表面，利用钢丸(或玻璃丸)的冲击和摩擦作用，清除金属表面的铁锈及其它污染，同时得到有一定粗糙度的，显露金属本色的表面，更为重要的是利用钢丸(或玻璃丸)对金属表面的冲击作用使零件表面硬化，生成0.1～0.4mm厚的硬化层，增加零件表面对塑性变形和断裂的抵抗能力，从而使表层产生压应力，提高抗腐蚀性和抗疲劳强度，并通过喷丸强化可以弥补零件表面的微细裂纹缺陷，这对加工中形成的且工程上的探伤灵敏度无法发现的表面微裂纹有非常好的弥合作用。

数控喷丸技术的产生是在上个世纪40年代初，美国的航空工程师从喷丸强化试片产生变形这一特点得到启发，提出了喷丸成形这一先进技术。同一时期，机床控制技术也有了很大发展，特别是数控系统的发展，使喷丸设备由机械控制喷丸机发展到了数控喷丸机。喷丸技术的自动化程度和精度越来越高，既保证了成形件质量和精度，也显著地提高了喷丸效率。我国的喷丸技术研究目前也已经处于较高水平，攻克了多项喷丸关键技术。

数控喷丸机如图1所示，其主要由数控系统和机械部分组成，机械部分由喷丸罐、料斗、阀箱、空气截止阀、加料阀、加浓喷丸阀、截止换向阀、气源处理系统及管路等主要部分组成。数控系统包括CNC控制单元；伺服驱动单元和进给伺服电动机；主轴驱动单元和主轴电动机；PMC（PLC）控制器；机床强电柜控制信号的输入/输出（I/O）单元；机床的位置测量与反馈单元；外部轴控制单元；信息输入/输出设备，如电脑、磁盘机、存储卡、键盘、专用信息设备等；网络，如以太网、HSSB（高速数据传输接口）、串行通信RS-232C接口等，以及加工现场的局域网。

图1 数控喷丸机

本文分析的数控喷丸机采用的是FANUC 16i数控系统， 伺服轴共有八个，分为两个机械手可同时进行工作，因此具有很高的工作效率，由于共有八个伺服轴故控制系统采用了两个通道，机床的控制部分与普通的数控机床的区别较大，该机床的数控系统通过一条光缆与一台工控机内装光缆接口板与机床的NC进行通讯，工控机内装组态软件与机床共同监控机床的工作状态。按照功能不同可将该机床组成结构分为运动控制系统、钢丸输送系统、钢丸回收系统、钢丸筛分系统、除尘系统、存储系统、钢丸计量系统和空气控制系统。该机床的工作原理与普通的数控机床工作原理区别较大，普通的机床主要以金属切削为主，该机床的运动控制部分与普通的机床相近，但控制的目标主要是回转工作台和两个机械手的联动控制，机械手的各关节控制是要求检测空间的位置并且联动的方式，并且和回转工作台的位置有机结合起来，来完成各项工作任务。该机床在机械上设计非常巧妙，而且在自动控制方面有点位控制和开关量控制，且开关量控制与丸料系统的状态密不可分，大量采用自动控制中 PID控制通过大量的积分采样来实现开关量的输出。这期间需要大量的数据转换来支持自动控制的精确实现。

下面通过具体案例给出数控喷丸机的常见故障诊断分析及排故思路和方法。

案例一，喷砂流量过大。1.确定阻力阀是否打开；2.若喷砂流量阀开得过大，不能有效控制流量，把砂全部从机器中清除，对其进行降压处理，同时检查阀内部是否损坏。

案例二，喷砂堵塞。1.若流量阀的经常堵塞可能是存在潮湿的喷砂，喷砂变湿是由于空气或外部环境的湿气引起的；2.进入工作仓的工件须经过清洗和干燥，如果工件上有油，会将喷砂弄脏，因此在除去油后进行喷砂；3.压缩空气潮湿的原因可能有空气压缩机过热，或者吸油，或者潮气进入了输气管，输气管过长易使湿气凝结在管子的内壁上。如有必要需经常更换砂，或者另外安装冷却装置及干燥装置；4.安装振荡器防止喷砂结块，位置选择在喷砂器的支腿或者流量阀上。

案例三，当脚踏板踩下去的时候，喷嘴不喷出砂和空气。分析诊断和排故思路方法如下：1.给喷砂器降压，检查喷嘴是否被堵塞；2.当脚踏板被踩下的时候，检查喷砂器是否降压；3.确认喷砂的流量阀和阻力阀处于打开状态。

案例四，喷砂的消耗量过大。分析诊断和排故思路方法如下：

1.出口风门打开是否过大，调节静压；2.检查回收器的门安装位置是否合适，或者衬垫损坏。空气从这些缝隙进入回收器，导致喷砂被带入集尘器。若门没有关闭，不要启动系统；3.检查喷砂的质量，确认是否使用了脆性砂；4.检查是否喷嘴压力太高，导致砂分解；5.检查回收器的口是否在接缝处有漏洞，再检查整个回收器确认是否存在负压漏洞。

案例五，“Pressure pot upper probe uncovered”(压力罐上探头未覆盖)报警。分析诊断和排故思路方法如下：

该机床的送丸系统有两个压力罐，一个在上部，一个在下部，中间由气控阻断阀隔开，下压力罐上设有两个探头，一个在罐子的上部，一个在罐子的下部，用来检测压力罐中钢丸的位置，探针直伸入罐中，测量、放大电路在压力罐外。

1.根据电气原理图查看压力罐上探头所对应PLC地址的状态。确认上探头信号是否被触发，进而判定丸粒是否覆盖上探头。

2.从观察窗查看上探头，如发现它已被丸粒覆盖，进一步检查输入信号至CNC连线、电压情况基本线路情况。

3.拆开探头测量、放大电路外护罩，观察电路板上有一个二极管指示灯是否点亮。调节电路板上两个粗、精调电位器来调节探头的灵敏度。若未发现其它明显故障，则判断可能是由于电路板元件性能发生变化而引起上探头触发信号偏差。

数控喷丸机的广泛应用给故障诊断与维修技术提出了更高要求，在实践中不断总结和探索经验、思路、方法和方案，才能确保数控喷丸加工制造的工艺水平和工件质量。

[1] 王侃夫主编.数控机床控制技术与系统(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2] 王侃夫主编.数控机床故障诊断及维护[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3] 龚仲华主编.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4] 余仲裕主编.数控机床维修(高职类)[M].北京:机械工业出版社,2011.

[5] 刘蔡保主编.数控机床故障诊断与维修[M].北京:化学工业出版社,2012.