馬慧張軍宋杰

（中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽621900）

0 引言

龍門刨床主要用于精加工各種機(jī)械的大中型零件，刨削水平面、垂直面、傾斜面及各種平面的導(dǎo)軌面。該機(jī)床具有牢固的剛度，工作臺(tái)切削和返回行程的速度可以獨(dú)立無極調(diào)整，調(diào)整時(shí)不必停車，電氣化程度較高，其電氣系統(tǒng)采用一套全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)。在控制設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行研究分析，采用與之相匹配的控制器件，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)故障率。

1 故障現(xiàn)象

龍門刨床在使用過程中，左刀架進(jìn)刀機(jī)構(gòu)無法進(jìn)刀。

2 故障分析及處理

從龍門刨床的結(jié)構(gòu)、功能出發(fā)，對(duì)整個(gè)故障進(jìn)行了分析，并提出了解決方案，最終解決了問題。

2.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)、功能及控制原理

機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，垂直進(jìn)刀和側(cè)刀架進(jìn)刀結(jié)構(gòu)和工作原理基本上是相同的。進(jìn)刀量分為兩檔，當(dāng)六爪撥叉的撞塊碰到固定制子時(shí)進(jìn)刀停止，雙向超越離合器外環(huán)空轉(zhuǎn)，直到電機(jī)停止。進(jìn)刀電機(jī)反轉(zhuǎn)以使進(jìn)刀機(jī)構(gòu)復(fù)位，快速移動(dòng)時(shí)，進(jìn)刀電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不經(jīng)過雙向超越離合器，而是由靠近渦輪爪型離合器直接傳動(dòng)，為了防止由于誤操作導(dǎo)致設(shè)備損壞，離心摩擦離合器和快速移動(dòng)進(jìn)刀等有聯(lián)鎖開關(guān)。

采用PLC（可編程控制器）進(jìn)行電氣邏輯控制，保證機(jī)床可靠地自動(dòng)工作，工作臺(tái)往復(fù)一次后，刀架自動(dòng)進(jìn)給，后退行程中，刀架自動(dòng)抬起，工作臺(tái)在行程末尾進(jìn)行減速、反向等運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)變換。

圖1 機(jī)床結(jié)構(gòu)圖

圖2 梯形圖

此龍門刨的電氣系統(tǒng)采用了一套全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，用于將直流電供給給它勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的電樞和磁場，從而實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的控制；交流控制采用了PLC邏輯控制，其中進(jìn)刀控制是由PLC的輸出點(diǎn)Y2，經(jīng)過交流接觸器KM5控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。

龍門刨床刀架工作過程中，需要承受較大切削力，且經(jīng)常承受沖擊，摩擦較快，由于磨損增大了配合面間隙，刀架剛度會(huì)大大降低，影響加工精度，甚至導(dǎo)致機(jī)構(gòu)不能工作。為此，檢查刀架消隙裝置，通過調(diào)整鑲條間隙已經(jīng)達(dá)到最小，但還是不能進(jìn)刀。因此，進(jìn)一步檢查進(jìn)刀機(jī)構(gòu)控制邏輯。

2.2 故障分析及處理

進(jìn)刀裝置不進(jìn)刀原因有很多，根據(jù)原理，如圖2所示，包括輸入點(diǎn)X17是否未輸入，工作臺(tái)自動(dòng)聯(lián)鎖Y20是否準(zhǔn)備就緒，Y3互鎖是否復(fù)位，最終PLC內(nèi)部輸出M5是否有輸出等等，這些因素都會(huì)影響進(jìn)刀控制。若M5有輸出，Y3也在停止位置，工作臺(tái)聯(lián)鎖Y20有輸出，輸出點(diǎn)Y2就應(yīng)該有輸出，然后KM5得電（圖3），進(jìn)刀有動(dòng)作。

圖3 電氣原理圖

通過對(duì)元件及線路檢查，各點(diǎn)狀態(tài)正常，接線也未發(fā)現(xiàn)問題，這時(shí)檢查PLC，表面上看PLC輸出點(diǎn)Y2有指示燈亮，但接觸器KM5無動(dòng)作，試著更換新接觸器進(jìn)行觀察動(dòng)作，依舊沒有進(jìn)刀。然后對(duì)PLC在線進(jìn)行監(jiān)控，PLC程序正常，Y2輸出正常，檢查線圈電壓還是沒有220 V（此接觸器線圈電壓為220 V），懷疑PLC輸出點(diǎn)有問題，檢查輸出點(diǎn)沒有電壓，說明Y2點(diǎn)實(shí)際并未輸出。初步確定，不進(jìn)刀故障系PLC內(nèi)部輸出模塊損壞導(dǎo)致。

針對(duì)自動(dòng)化較強(qiáng)的機(jī)電設(shè)備，在進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到后續(xù)故障的排查，同樣要有適當(dāng)?shù)腎/O備用點(diǎn)，針對(duì)這次故障，將輸出點(diǎn)Y2更換到備用點(diǎn)Y70，問題即可解決。但是，該機(jī)床在今后的使用中還有可能燒毀PLC輸出點(diǎn)，日后潛在的故障還有可能發(fā)生，如果頻繁燒點(diǎn)，只有更換整機(jī)，成本很高，加上此設(shè)備承擔(dān)重要的科研任務(wù)，時(shí)間上或許更是麻煩。那么我們?cè)囍治龉收显颍篜LC輸出端對(duì)電源有具體要求，根據(jù)輸出負(fù)載的性質(zhì)，它有不同的保護(hù)電路，回路中存在感性負(fù)載時(shí)，頻繁啟停，電流瞬間很大，產(chǎn)生一個(gè)尖峰，就可能損壞輸出模塊。為了有效防止類似故障再發(fā)生，加裝一個(gè)小型交流繼電器KA，使PLC的輸出直接控制其動(dòng)作，再由繼電器控制KM5（圖4），進(jìn)而控制進(jìn)刀電機(jī)動(dòng)作。這樣就改變了負(fù)載大小，減輕了輸出模塊的負(fù)擔(dān)，能減少故障的發(fā)生。

3 結(jié)語

圖4 改進(jìn)后原理圖

根據(jù)進(jìn)刀控制頻繁動(dòng)作的特點(diǎn)，改進(jìn)機(jī)床原設(shè)計(jì)，將PLC輸出負(fù)載由大電流接觸器改為小電流繼電器過渡下控制接觸器，降低了PLC負(fù)荷，從而保護(hù)了PLC模塊，降低了機(jī)床故障概率。

對(duì)任何設(shè)備，出現(xiàn)故障及時(shí)維修是必要的，但分析故障發(fā)生的原因，必要時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的調(diào)整和改進(jìn)，消除故障隱患，避免故障的重復(fù)發(fā)生，才真正是維修好了設(shè)備，才能使設(shè)備發(fā)揮出最大效能。本文根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)、控制原理、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障檢修過程及檢修過程中的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行故障原因分析，在故障原因分析的基礎(chǔ)上找到具體故障點(diǎn)，然后得出了故障處理的技術(shù)路線及方法。