孫延娟 張 鑫

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130033）

電動(dòng)刀架是數(shù)控車床的重要組成部分，在機(jī)床運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用，一旦出現(xiàn)故障，就可能造成工件作廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故，本文主要結(jié)合電動(dòng)刀架的工作原理，對(duì)數(shù)控車床四方刀架在使用過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析，針對(duì)不同的故障原因，提出相應(yīng)的診斷與維修方法。

1 刀架控制系統(tǒng)電氣線路連接圖

本文闡述的四工位車床刀架電機(jī)采用三相交流380V供電，正轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)刀架自動(dòng)鎖死，為了保證刀架完全鎖死，保證刀具的定位精度，在PLC參數(shù)中設(shè)置了0.5s的反轉(zhuǎn)鎖死時(shí)間。每把刀具都各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開關(guān)。圖1為四工位刀架控制線路圖。

圖1 四工位刀架控制線路圖

2 四工位刀架換刀過程

四方電動(dòng)刀架是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)刀具實(shí)現(xiàn)換刀；由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀架的抬起換刀和刀架的鎖緊，由霍爾元件作為發(fā)訊體，把刀位信號(hào)發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)。圖2為螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)示意圖。

具體的換刀動(dòng)作及控制過程為：CNC發(fā)出換刀信號(hào)，控制繼電器KA6動(dòng)作，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過蝸桿帶動(dòng)蝸輪，進(jìn)而帶動(dòng)上刀體轉(zhuǎn)位，當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到所需刀位時(shí)，發(fā)訊盤上的霍爾元件與磁鋼座上的磁鋼對(duì)磁，霍爾元件發(fā)出刀具到位信號(hào)，電機(jī)正轉(zhuǎn)延時(shí)100ms后電機(jī)反轉(zhuǎn)，刀架鎖緊。反轉(zhuǎn)時(shí)間（一般為1.5s）到，繼電器KA7動(dòng)作，電機(jī)停止，并向CNC發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，換刀過程結(jié)束。圖2為螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)示意圖。

如果電機(jī)長時(shí)間旋轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)，而找不到刀位信號(hào)，則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障，停止刀架電機(jī)，并發(fā)出報(bào)警信息。

3 刀架換刀故障原因及排除

當(dāng)開機(jī)后系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，手動(dòng)或者自動(dòng)換刀時(shí)，刀架出現(xiàn)不能換刀主要有以下幾種原因：

①強(qiáng)電控制電路故障；②接觸器控制電路故障；③PLC輸入/輸出故障；④刀架機(jī)械故障；⑤刀架電機(jī)損壞故障

刀架故障現(xiàn)象主要有“刀架不動(dòng)”和“刀架正轉(zhuǎn)不?！眱煞N。

3.1 刀架不動(dòng)故障排除思路

3.1.1 按下?lián)Q刀啟動(dòng)按鈕后，觀察繼電器指示燈是否點(diǎn)亮以及觀察PLC輸出點(diǎn)位Y0.6、Y0.7的狀態(tài)變化，如繼電器指示燈不點(diǎn)亮，檢查刀架刀位控制模塊24V電源控制回路（380V經(jīng)變壓器變220V后，經(jīng)開關(guān)電源變?yōu)?4V）和PLC程序輸出點(diǎn)位（刀架正傳Y0.6、反轉(zhuǎn)Y0.7）設(shè)置是否正確；如點(diǎn)亮且繼電器觸點(diǎn)連接正確并吸合，確定繼電器沒有問題，再看接觸器吸合狀況。

3.1.2 接觸器不吸合，檢查220V電壓是否輸入以及接觸器是否損壞；如吸合說明接觸器沒問題，則可能是刀架相序接反、刀架鎖死以及刀架電機(jī)損壞等原因。

3.1.3 如控制線路連接連線正確（接觸器吸合），首先檢查刀架電機(jī)進(jìn)線電壓是否缺相，如不缺相，再把刀架電機(jī)U、V相序互換，如還不能排除故障，說明可能電機(jī)卡死或電機(jī)損壞。

3.1.4 刀架機(jī)械卡死。刀架機(jī)械卡死會(huì)造成刀架電機(jī)堵轉(zhuǎn)而出現(xiàn)過載報(bào)警。排除機(jī)械卡死故障時(shí)，可以將刀架與電機(jī)脫開，用扳手盤動(dòng)蝸桿，如果不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，則說明是機(jī)械卡死。此時(shí)，可以按正確的拆卸順序拆開刀架，進(jìn)一步檢查中軸、各種銷釘、聯(lián)軸器等有無變形。刀架機(jī)械卡死，通常是由碰撞變形引起的。

電機(jī)不轉(zhuǎn)且沒有聲音：電源或者繞組有兩相或兩相以上斷路，首先檢查電源是否有電壓，如果三相電壓平衡，那么故障在電動(dòng)機(jī)本身，可檢測(cè)電動(dòng)機(jī)三相繞組的電阻，尋找出斷線的繞組。

3.1.5 刀架電機(jī)損壞。若接人電源正常，空載下電機(jī)仍不轉(zhuǎn)，則說明電機(jī)損壞。電機(jī)損壞一般由于缺相、過載運(yùn)行、繞組接地、繞組相間、匝間短路故障引起。

3.2 電動(dòng)刀架某一個(gè)或幾個(gè)刀號(hào)換刀轉(zhuǎn)不停，其余刀號(hào)正常。

3.2.1 此刀位霍爾元件損壞。確認(rèn)是哪個(gè)刀位使刀架轉(zhuǎn)不停后，轉(zhuǎn)動(dòng)該刀位，用萬用表測(cè)量該刀位信號(hào)點(diǎn)(X1.1、X1.2、X1.3 或 X1.4)是否有電壓變化，若無變化，可判定為該位刀霍爾元件損壞，更換發(fā)訊盤或霍爾元件。

3.2.2 發(fā)訊盤此刀位信號(hào)線接觸不良或斷線。若發(fā)訊盤該刀位信號(hào)輸出正常，則繼續(xù)檢查相應(yīng)PLC刀具到位輸入線號(hào)狀態(tài)有無變化：若沒有變化，則檢查此刀位信號(hào)線與PLC系統(tǒng)的連線是否斷線或接觸不良；若有，則正確連接即可。

3.2.3 PLC系統(tǒng)的刀位信號(hào)接收電路故障。若檢查結(jié)果霍爾元件和刀位信號(hào)接線都完好，則可確PLC認(rèn)系統(tǒng)輸入信號(hào)接收電路故障，更換相應(yīng)板卡。

3.3 電動(dòng)刀架換每把刀時(shí)都轉(zhuǎn)不停

3.3.1 發(fā)訊盤（刀位信號(hào)模塊）電源故障。如果發(fā)訊盤上霍爾元件得不到正確的電源，造成無法產(chǎn)生刀具到位應(yīng)答信號(hào)。一般發(fā)詢盤電源為DC24V。檢查刀架上的+24V、0V與系統(tǒng)的接線是否出現(xiàn)斷路；檢查24V與0V間是否短路將24V電壓拉低；檢查24V與0V間是否斷路，發(fā)訊盤長期處于潮濕的環(huán)境，線路容易老化斷線，使電源不能構(gòu)成回路。

3.3.2 磁鋼故障。包括磁鋼無磁、磁性不強(qiáng)、磁鋼磁極裝反或磁鋼與霍爾元件高度位置不準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)不同的原因，更換磁鋼或增強(qiáng)磁性；調(diào)整磁鋼磁極方向；若磁鋼在刀架抬起時(shí)位置太高，則需要調(diào)整磁鋼的位置，使磁塊對(duì)正霍爾元件。

3.3.3 PLC刀位信號(hào)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)。檢查PLC參數(shù)設(shè)置是否和系統(tǒng)輸入一一對(duì)應(yīng)，1、2、3、4號(hào)刀刀位到位對(duì)應(yīng)的PLC點(diǎn)位分別為X1.1、X1.2、X1.3和 X1.4。

3.3.4 所有霍爾元件損壞。在對(duì)應(yīng)刀位無斷路的情況下，若所對(duì)應(yīng)的刀位線有高電平輸出，則霍爾元件無損壞，否則更換刀架發(fā)訊盤或其上的霍爾元件。一般來說，所有霍爾元件同時(shí)損壞的可能性很小。

3.4 刀架鎖不緊

3.4.1 刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)間不夠。查看并調(diào)整系統(tǒng)反鎖時(shí)間參數(shù)，一般時(shí)間設(shè)定為0.5s即可。

3.4.2 刀架不能反轉(zhuǎn)。按照刀架不能旋轉(zhuǎn)的檢查方法，排查刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)控制線路。

3.4.3 刀架機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)故障。拆開刀架，檢查機(jī)械部件，尤其是查看定位銷是否損壞。

3.5刀臺(tái)換刀時(shí)不到位或過沖太大

3.5.1 磁鋼在圓周方向相對(duì)霍爾元件太前或太后。打開刀架上蓋，查看磁鋼和霍爾元件位置，若錯(cuò)位，則進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3.5.2 機(jī)床動(dòng)作控制程序中，在刀架電機(jī)正傳停止和反轉(zhuǎn)開始之間，插入了較長的延時(shí)（如本系統(tǒng)在接收到刀位信號(hào)到位后延時(shí)100ms）。調(diào)整PLC參數(shù)中換刀刀位延時(shí)時(shí)間，一般在正常使用期的機(jī)床，由此引起的故障較少見。

結(jié)束語

數(shù)控車床電動(dòng)刀架的控制涉及機(jī)械、低壓電器、PLC、傳感器等多學(xué)科知識(shí)，維修人員應(yīng)熟知刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及電氣控制原理，并熟練掌握常用工具的使用，根據(jù)故障現(xiàn)象，從控制原理著手，確定合理的診斷與檢測(cè)步驟，才能快速排除故障。

[l]龔仲華．?dāng)?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．2004．

[2]向華．華中數(shù)控系統(tǒng)操作、編程及故障診斷與維修[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

[3]龔中華．?dāng)?shù)控機(jī)床維修技術(shù)與典型實(shí)例[M]．人民郵電出版社，2006．

[4]朱仕學(xué)．?dāng)?shù)控機(jī)床系統(tǒng)故障診斷與維修[M]．北京：清華大學(xué)出版社．2007．