關進良，陳宏亮，戰(zhàn)祥鑫，李成龍，楊天宇

（首都航天機械有限公司，北京 100076）

0 引言

數(shù)控立式車床（簡稱為“數(shù)控立車”）可對各種黑色金屬、有色金屬和部分非金屬材料進行車削加工，具有車內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、平面、圓弧曲面、以及車螺紋等功能。自動轉(zhuǎn)位四方刀臺（簡稱“四方刀臺”）是數(shù)控立車的關鍵部件，一般設置在機床的垂直刀架滑枕上，起到節(jié)約手動換刀時間，提高加工效率的作用。但是，四方刀臺在機床運行中頻繁轉(zhuǎn)位換刀，且工作環(huán)境比較惡劣，故障率較高，約占整臺機床的60%，直接影響著機床正常工作，以CK5116 系列型號數(shù)控立車為例，研究機床四方刀臺（圖1）換刀原理和故障診斷方法，提高維修效率和設備利用率。

1 自動轉(zhuǎn)位四方刀臺介紹

該刀臺可安裝4 把刀具，既能實現(xiàn)手動換刀，又可通過編程實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位換刀控制。采用液壓放松，液壓轉(zhuǎn)位，液壓夾緊來完成刀臺轉(zhuǎn)位的全過程，其中由電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4 來進行液壓系統(tǒng)的油路控制，每通電1 次，自動轉(zhuǎn)換1 個刀位。開機且當液壓系統(tǒng)正常后，壓力繼電器SP1（四方刀臺加緊壓力檢測）觸電閉合，指示燈亮，表明刀臺處于夾緊狀態(tài)，這時4 個刀臺相對應的行程開關SQ15、SQ16、SQ17、SQ18 其中1 個被壓下，同時，夾緊行程開關SQ20 被壓合。

2 自動轉(zhuǎn)位四方刀臺換刀原理

2.1 手動換刀原理

手動刀臺轉(zhuǎn)位，可按壓轉(zhuǎn)位按鈕，當PMC 接到此信號后，即控制電磁閥YV2、YV4 得電動作（見表1），刀臺開始放松，當被壓下的刀位行程開關SQ20（夾緊檢測）釋放后，經(jīng)過PMC 內(nèi)部延時3 s 后，控制電磁閥YV1 得電動作，刀臺開始轉(zhuǎn)位，當旋轉(zhuǎn)90°后，齒條油缸的齒棒推動撞塊壓合行程開關SQ19（撞塊行程到位檢測），這時PMC 輸出信號使YV2 失電，整個刀臺轉(zhuǎn)位過程完成，并為下1 次循環(huán)做好準備。按壓1 次按鈕轉(zhuǎn)1 個刀位。在刀臺轉(zhuǎn)位過程中，按鈕站上的指示燈滅，轉(zhuǎn)位完成后亮。

2.2 自動換刀原理

當機床處于自動加工（AUTO）方式時，可在程序中輸入T**代碼對到位進行預選，代 碼 T01、T02、T03、T04 分別對應1、2、3、4號刀位，當程序執(zhí)行到“換刀”段時，數(shù)控系統(tǒng)CNC 一旦讀入T 代碼后經(jīng)過80 ms 延時，向PMC 發(fā)出“TF”信號，則PMC 輸出信號控制刀臺完成放松、旋轉(zhuǎn)、夾緊循環(huán)，直到選到予選的“刀位”。當?shù)杜_轉(zhuǎn)位完成后，則PMC 向CNC 發(fā)出換刀完成信號“FIN”則CNC 繼續(xù)執(zhí)行其它程序，T 代碼一直保持到重新指定新的內(nèi)容為止。

3 典型故障診斷分析

（1）故障現(xiàn)象：某CK5116E 數(shù)控單柱立式車床，四方刀臺在手動（JOG）方式下?lián)Q刀時，刀臺“放松”動作完成后沒有轉(zhuǎn)位，造成換刀失敗，且無任何報警。

（2）故障分析及解決方案：該機床采用FANUC 0-T 數(shù)控系統(tǒng)，帶有能裝4 把刀的自動轉(zhuǎn)位四方刀臺，沒有轉(zhuǎn)位動作的可能原因是放松不到位或者刀臺轉(zhuǎn)位條件不滿足。借助FANUC 系統(tǒng)中的PMC，查看刀臺放松檢測開關地址（X18.7）信號，結(jié)果為1，說明放松已到位，已排除此種原因。

圖1 四方刀臺

表1 四方刀臺轉(zhuǎn)位換刀動作順序表

從表1 得知，刀臺轉(zhuǎn)位的前提是電磁閥YV1 得電，而YV1得電的前提是繼電器KA24 的常開觸點吸合（見圖2），檢查KA24 常開觸點沒有吸合，線圈沒有得電。同時，通過查閱機床電氣說明書得知，PMC 的輸出信號Y53.2 控制繼電器KA24 的線圈，通過四方刀臺相關PMC 控制程序（見圖3）發(fā)現(xiàn)Y53.2 不通（信號狀態(tài)為0），才導致KA24 繼電器線圈沒有得電，Y53.2為0 是因為R456.0 為0，以此類推（R456.0 為0←R402.5 為1←X22.7 為1），找出最終原因是因為行程開關（SQ17）對應的X22.7 信號為1，但是在刀臺放松狀態(tài)下X22.7 本應該為0（夾緊后才變?yōu)?），故障定位是行程開關損壞，更換該行程開關后故障順利排除。

圖2 四方刀臺轉(zhuǎn)位控制電氣原理

（3）改進措施：在圖3 的PMC 程序中增加報警程序（虛線矩形框中），其中X18.7 刀臺放松時后續(xù)再出現(xiàn)此類故障時，系統(tǒng)顯示器上便彈出相應報警，可起到快速定位故障的作用，從而節(jié)省大量的排查故障時間。

圖3 四方刀臺PMC 控制程序

4 結(jié)語

數(shù)控立車換刀裝置（如：自動轉(zhuǎn)位刀臺、斗笠式刀庫等）是典型的機、電、液一體化系統(tǒng)，在排除此類故障時，清楚換刀過程和換刀原理能起到事半功倍的作用。四方刀臺故障主要出現(xiàn)在液壓閥、電磁閥、各類行程開關以及傳感器等幾個方面，可利用相關PMC 程序和地址信號狀態(tài)分析比較復雜的故障，逐步化繁為簡，各個擊破，直到把故障縮小到某一步上，從而提高故障診斷和維修效率。