FANUC數(shù)控系統(tǒng)噴丸機(jī)故障診斷與維修

沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 賈 歡 陳 穎 宋建東

數(shù)控噴丸機(jī)利用數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電氣元件的控制從而實(shí)現(xiàn)噴丸運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程的設(shè)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(shí)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(duì)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(duì)塑性變形和斷裂的抵抗能力，從而使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高抗腐蝕性和抗疲勞強(qiáng)度，并通過(guò)噴丸強(qiáng)化可以彌補(bǔ)零件表面的微細(xì)裂紋缺陷，這對(duì)加工中形成的且工程上的探傷靈敏度無(wú)法發(fā)現(xiàn)的表面微裂紋有非常好的彌合作用。

數(shù)控噴丸技術(shù)的產(chǎn)生是在上個(gè)世紀(jì)40年代初，美國(guó)的航空工程師從噴丸強(qiáng)化試片產(chǎn)生變形這一特點(diǎn)得到啟發(fā)，提出了噴丸成形這一先進(jìn)技術(shù)。同一時(shí)期，機(jī)床控制技術(shù)也有了很大發(fā)展，特別是數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，使噴丸設(shè)備由機(jī)械控制噴丸機(jī)發(fā)展到了數(shù)控噴丸機(jī)。噴丸技術(shù)的自動(dòng)化程度和精度越來(lái)越高，既保證了成形件質(zhì)量和精度，也顯著地提高了噴丸效率。我國(guó)的噴丸技術(shù)研究目前也已經(jīng)處于較高水平，攻克了多項(xiàng)噴丸關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)控噴丸機(jī)如圖1所示，其主要由數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)械部分組成，機(jī)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(tǒng)及管路等主要部分組成。數(shù)控系統(tǒng)包括CNC控制單元；伺服驅(qū)動(dòng)單元和進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)；主軸驅(qū)動(dòng)單元和主軸電動(dòng)機(jī)；PMC（PLC）控制器；機(jī)床強(qiáng)電柜控制信號(hào)的輸入/輸出（I/O）單元；機(jī)床的位置測(cè)量與反饋單元；外部軸控制單元；信息輸入/輸出設(shè)備，如電腦、磁盤(pán)機(jī)、存儲(chǔ)卡、鍵盤(pán)、專(zhuān)用信息設(shè)備等；網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、HSSB（高速數(shù)據(jù)傳輸接口）、串行通信RS-232C接口等，以及加工現(xiàn)場(chǎng)的局域網(wǎng)。

圖1 數(shù)控噴丸機(jī)

本文分析的數(shù)控噴丸機(jī)采用的是FANUC 16i數(shù)控系統(tǒng)， 伺服軸共有八個(gè)，分為兩個(gè)機(jī)械手可同時(shí)進(jìn)行工作，因此具有很高的工作效率，由于共有八個(gè)伺服軸故控制系統(tǒng)采用了兩個(gè)通道，機(jī)床的控制部分與普通的數(shù)控機(jī)床的區(qū)別較大，該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)一條光纜與一臺(tái)工控機(jī)內(nèi)裝光纜接口板與機(jī)床的NC進(jìn)行通訊，工控機(jī)內(nèi)裝組態(tài)軟件與機(jī)床共同監(jiān)控機(jī)床的工作狀態(tài)。按照功能不同可將該機(jī)床組成結(jié)構(gòu)分為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、鋼丸輸送系統(tǒng)、鋼丸回收系統(tǒng)、鋼丸篩分系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、鋼丸計(jì)量系統(tǒng)和空氣控制系統(tǒng)。該機(jī)床的工作原理與普通的數(shù)控機(jī)床工作原理區(qū)別較大，普通的機(jī)床主要以金屬切削為主，該機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制部分與普通的機(jī)床相近，但控制的目標(biāo)主要是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和兩個(gè)機(jī)械手的聯(lián)動(dòng)控制，機(jī)械手的各關(guān)節(jié)控制是要求檢測(cè)空間的位置并且聯(lián)動(dòng)的方式，并且和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置有機(jī)結(jié)合起來(lái)，來(lái)完成各項(xiàng)工作任務(wù)。該機(jī)床在機(jī)械上設(shè)計(jì)非常巧妙，而且在自動(dòng)控制方面有點(diǎn)位控制和開(kāi)關(guān)量控制，且開(kāi)關(guān)量控制與丸料系統(tǒng)的狀態(tài)密不可分，大量采用自動(dòng)控制中 PID控制通過(guò)大量的積分采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的輸出。這期間需要大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來(lái)支持自動(dòng)控制的精確實(shí)現(xiàn)。

下面通過(guò)具體案例給出數(shù)控噴丸機(jī)的常見(jiàn)故障診斷分析及排故思路和方法。

案例一，噴砂流量過(guò)大。1.確定阻力閥是否打開(kāi)；2.若噴砂流量閥開(kāi)得過(guò)大，不能有效控制流量，把砂全部從機(jī)器中清除，對(duì)其進(jìn)行降壓處理，同時(shí)檢查閥內(nèi)部是否損壞。

案例二，噴砂堵塞。1.若流量閥的經(jīng)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(huán)境的濕氣引起的；2.進(jìn)入工作倉(cāng)的工件須經(jīng)過(guò)清洗和干燥，如果工件上有油，會(huì)將噴砂弄臟，因此在除去油后進(jìn)行噴砂；3.壓縮空氣潮濕的原因可能有空氣壓縮機(jī)過(guò)熱，或者吸油，或者潮氣進(jìn)入了輸氣管，輸氣管過(guò)長(zhǎng)易使?jié)駳饽Y(jié)在管子的內(nèi)壁上。如有必要需經(jīng)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(jié)塊，位置選擇在噴砂器的支腿或者流量閥上。

案例三，當(dāng)腳踏板踩下去的時(shí)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(dāng)腳踏板被踩下的時(shí)候，檢查噴砂器是否降壓；3.確認(rèn)噴砂的流量閥和阻力閥處于打開(kāi)狀態(tài)。

案例四，噴砂的消耗量過(guò)大。分析診斷和排故思路方法如下：

1.出口風(fēng)門(mén)打開(kāi)是否過(guò)大，調(diào)節(jié)靜壓；2.檢查回收器的門(mén)安裝位置是否合適，或者襯墊損壞。空氣從這些縫隙進(jìn)入回收器，導(dǎo)致噴砂被帶入集塵器。若門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，不要啟動(dòng)系統(tǒng)；3.檢查噴砂的質(zhì)量，確認(rèn)是否使用了脆性砂；4.檢查是否噴嘴壓力太高，導(dǎo)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(gè)回收器確認(rèn)是否存在負(fù)壓漏洞。

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

該機(jī)床的送丸系統(tǒng)有兩個(gè)壓力罐，一個(gè)在上部，一個(gè)在下部，中間由氣控阻斷閥隔開(kāi)，下壓力罐上設(shè)有兩個(gè)探頭，一個(gè)在罐子的上部，一個(gè)在罐子的下部，用來(lái)檢測(cè)壓力罐中鋼丸的位置，探針直伸入罐中，測(cè)量、放大電路在壓力罐外。

1.根據(jù)電氣原理圖查看壓力罐上探頭所對(duì)應(yīng)PLC地址的狀態(tài)。確認(rèn)上探頭信號(hào)是否被觸發(fā)，進(jìn)而判定丸粒是否覆蓋上探頭。

2.從觀察窗查看上探頭，如發(fā)現(xiàn)它已被丸粒覆蓋，進(jìn)一步檢查輸入信號(hào)至CNC連線、電壓情況基本線路情況。

3.拆開(kāi)探頭測(cè)量、放大電路外護(hù)罩，觀察電路板上有一個(gè)二極管指示燈是否點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)電路板上兩個(gè)粗、精調(diào)電位器來(lái)調(diào)節(jié)探頭的靈敏度。若未發(fā)現(xiàn)其它明顯故障，則判斷可能是由于電路板元件性能發(fā)生變化而引起上探頭觸發(fā)信號(hào)偏差。

數(shù)控噴丸機(jī)的廣泛應(yīng)用給故障診斷與維修技術(shù)提出了更高要求，在實(shí)踐中不斷總結(jié)和探索經(jīng)驗(yàn)、思路、方法和方案，才能確保數(shù)控噴丸加工制造的工藝水平和工件質(zhì)量。

[1] 王侃夫主編.數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)與系統(tǒng)(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] 王侃夫主編.數(shù)控機(jī)床故障診斷及維護(hù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[3] 龔仲華主編.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修500例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[4] 余仲裕主編.數(shù)控機(jī)床維修(高職類(lèi))[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[5] 劉蔡保主編.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012.