李洪聲，郭銅民

（陜西工商職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710061）

數(shù)控機(jī)床故障診斷方法直接影響設(shè)備使用效率及生產(chǎn)率。GSK-928TC 系統(tǒng)數(shù)控車床其控制梯形圖并不對(duì)外顯示，通過分析梯形圖理解換刀原理也較困難。文章根據(jù)CNC 與刀架電氣系統(tǒng)接線硬件原理圖，分析了廣數(shù)GSK-928TC 數(shù)控車床電動(dòng)刀架換刀工藝過程，并通過GSK-928TC 數(shù)控系統(tǒng)提供的診斷功能確定換刀輸入輸出開關(guān)量的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為硬件換刀控制硬件線路故障診斷分析及主要刀架電氣元件發(fā)信盤的故障診斷提出了高效直觀有效的診斷方法。

1 GSK- 928TC 數(shù)控車床刀架接口功能及刀架反轉(zhuǎn)時(shí)間控制參數(shù)

（1）刀架接口。掌握刀架換刀系統(tǒng)與外圍信息傳遞關(guān)系對(duì)故障診斷分析非常重要。CNC 內(nèi)置PLC起中間橋梁作用，在外圍設(shè)備和CNC 系統(tǒng)之間進(jìn)行信息傳遞，它接收機(jī)床操作面板按鍵信號(hào)及刀架到位信號(hào)，輸出刀架正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)TZL/TFL。

機(jī)床操作面板中手動(dòng)換刀按鍵信號(hào)通過X6 接口送至PLC；刀架發(fā)信盤刀具到位信號(hào)（T1、T2、T3、T4）通過X4 刀架接口傳至PLC；PLC 在收到手動(dòng)換刀信號(hào)及編程換刀指令時(shí)，輸出刀架正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)TZL/TFL。

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)CNC 內(nèi)置PLC 控制刀架X4 接口輸出信號(hào)TZL/TFL 分別接入刀架正反轉(zhuǎn)控制線路直流繼電器線圈。刀架正反轉(zhuǎn)時(shí)CNC 側(cè)相應(yīng)的ULN2803 導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的微型直流繼電器線圈帶電，從而相應(yīng)的主電路交流接觸器吸合、電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀架正反轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)都懿荒苷崔D(zhuǎn)主要檢查系統(tǒng)是否輸出TZL、TFL 信號(hào)及相應(yīng)的信號(hào)連接線是否導(dǎo)通，檢查相應(yīng)的直流繼電器線圈及其常開觸點(diǎn)，相應(yīng)的主電路及交流接觸器是否正常吸合。

（2）刀架反轉(zhuǎn)時(shí)間控制參數(shù)。刀架機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件主要是蝸輪蝸桿副、具有自鎖功能，刀架正轉(zhuǎn)目的使刀具到達(dá)刀架磁鋼定位檢測(cè)位置；刀架反轉(zhuǎn)目的是通過蝸輪蝸桿副反轉(zhuǎn)鎖緊刀架。P14 參數(shù)確定電動(dòng)刀架在換刀時(shí)，刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)（TFL）的鎖緊持續(xù)時(shí)間（單位：0.1 秒）。P14 參數(shù)的值在配不同的電動(dòng)刀架時(shí)應(yīng)作相應(yīng)調(diào)試，并調(diào)到合適的值。

2 數(shù)控車床電動(dòng)刀架發(fā)信盤的工作原理

機(jī)床電動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)選刀時(shí)刀架安裝有定位有磁鋼、當(dāng)?shù)都軒?dòng)發(fā)信盤旋轉(zhuǎn)時(shí)霍爾元件內(nèi)部磁感應(yīng)三級(jí)管與磁鋼位置重合接近時(shí)來(lái)檢測(cè)刀具的位置。

（1）發(fā)信盤工作原理。四工位發(fā)信盤共有六個(gè)接線端子，直流電源端子分別有正負(fù)標(biāo)記，其余四個(gè)端子分別接4 個(gè)霍爾元件的4 個(gè)輸出端，這4 個(gè)輸出端子分別按PLC 檢測(cè)刀號(hào)順序與X4 刀架接口端子 T1、T2、T3、T4 針孔座連接、通過 X4 接口將刀具到位信號(hào)傳送至CNC，系統(tǒng)將此信號(hào)作為刀架對(duì)應(yīng)刀具正轉(zhuǎn)到位結(jié)束信號(hào)。

發(fā)信盤霍爾元件內(nèi)部三級(jí)管為集電極開漏門需外接上拉電阻，換刀時(shí)、當(dāng)?shù)都軒?dòng)發(fā)信盤旋轉(zhuǎn)時(shí)霍爾元件內(nèi)部磁感應(yīng)三級(jí)管與磁鋼位置重合時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，集電極導(dǎo)通輸出（T）。CNC 內(nèi)置 PLC 根據(jù)收到接口 X4 端子 T1、T2、T3、T4 的信號(hào)，確定刀具旋轉(zhuǎn)已到達(dá)確定相應(yīng)刀位位置。

（2）發(fā)信盤檢測(cè)方法。如果發(fā)信盤內(nèi)元件失效，刀架無(wú)法正常換刀。檢測(cè)發(fā)信盤霍爾開關(guān)器件時(shí)，將發(fā)信盤的正負(fù)引腳分別接到直流穩(wěn)壓電源（24V）的正負(fù)極，指針式萬(wàn)用表在直流電壓檔（50V）上，黑表筆接0V 引腳，紅表筆接輸出端（T）引腳，此時(shí)萬(wàn)用表的指針顯示24V，當(dāng)用一磁鐵貼近發(fā)信盤內(nèi)霍爾器件標(biāo)志面時(shí)，電壓由24V 變到0V 說(shuō)明發(fā)信盤T 腳內(nèi)元件完好，否則損壞。

3 GSK- 928TC 系統(tǒng)數(shù)控車床四方刀架換刀電氣原理過程分析

四工位電動(dòng)刀架，主要由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械換刀機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿副、發(fā)信盤等組成。當(dāng)系統(tǒng)收到換刀指令時(shí)，PLC 通過X4 刀架接口發(fā)出換刀正轉(zhuǎn)信號(hào)TZL 時(shí)，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過內(nèi)部機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定位置，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位，發(fā)信盤發(fā)出刀位到位信號(hào)T 傳送至CNC 內(nèi)置PLC，PLC收到到位信號(hào)T 后、停止輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)TZL，完成初定位后上刀體下降，輸出反轉(zhuǎn)信號(hào)TFL、刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)，并通過升降機(jī)構(gòu)鎖緊刀架，完成精確定位。參數(shù)P14 中設(shè)置刀架的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間。

根據(jù)數(shù)控機(jī)床CNC 系統(tǒng)內(nèi)置PLC 與刀架發(fā)信盤電氣連接線路，Q 為發(fā)信盤內(nèi)磁敏電路驅(qū)動(dòng)的三級(jí)管，刀架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與刀架一同旋轉(zhuǎn)，當(dāng)Q 轉(zhuǎn)至PLC測(cè)試刀位與刀架定位磁體位置重合時(shí)，其基級(jí)導(dǎo)通，CNC 接收各刀具的到位信號(hào)T 由高電平變?yōu)榈碗娖剑═1、T2、T3、T4，低電平有效）。此信號(hào) T 輸入給PLC 用于判斷刀架正轉(zhuǎn)到位。

刀具由T1 刀位換至T2 刀位工作過程分析：①當(dāng)系統(tǒng)接收到手動(dòng)或自動(dòng)換刀指令T2 后，CNC 系統(tǒng)輸出TZL 信號(hào)，圖3 中直流繼電器上電、刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)；②CNC 等待刀架旋轉(zhuǎn)到位信號(hào)T2。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)位至T2 刀位后，磁敏電路驅(qū)動(dòng)Q2 三級(jí)管飽和導(dǎo)通、Q2 三極管集電極電位為零、即低電平，此時(shí)光敏二極管D2 陰極低電平、其導(dǎo)通發(fā)光，驅(qū)動(dòng)光敏三極管G2 基級(jí)導(dǎo)通，CNC 收到T2 到位信號(hào)。如果發(fā)信盤磁敏三極管Q2 發(fā)射級(jí)零線斷及Q2 燒損；供給刀架的+24V 電源線斷；4.7K 電阻燒損；則T2 端子不能變?yōu)榈碗娖剑珻NC 中內(nèi)置PLC 收不到刀具到位信號(hào)T2，故障現(xiàn)象刀架轉(zhuǎn)動(dòng)多圈后停止。電動(dòng)刀架發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)在屏幕上顯示T2 刀位號(hào)報(bào)警表示在規(guī)定時(shí)間內(nèi)找不到相應(yīng)刀號(hào)。③刀架反轉(zhuǎn)鎖緊。CNC 收到T2 到位信號(hào)后，斷開刀架正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)TZL、接通反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)TFL，刀架反轉(zhuǎn)鎖緊，反轉(zhuǎn)達(dá)到P14 參數(shù)中設(shè)定的時(shí)間后，信號(hào)TFL 斷開、停止反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)時(shí)間在參數(shù)P14 中設(shè)定，注意反轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)置過長(zhǎng)，蝸桿副反轉(zhuǎn)行程過量，導(dǎo)致反轉(zhuǎn)扭矩過大，電機(jī)輸出扭矩大、易發(fā)熱燒毀。

4 四工位電動(dòng)刀架故障診斷

（1）數(shù)控系統(tǒng)自診斷功能。GSK-928TC 數(shù)控系統(tǒng)提供的診斷方式顯示畫面實(shí)時(shí)顯示更新PLC 換刀輸入輸出開關(guān)量狀態(tài)，為維修人員確定故障范圍、檢查、查詢、確定輸入輸出信號(hào)狀態(tài)帶來(lái)了極大的便利。

（2）輸入刀位信號(hào)接口診斷說(shuō)明見表1。

表1 輸入刀位信號(hào)接口診斷說(shuō)明

表2 刀架正反轉(zhuǎn)輸出接口診斷顯示

在輸入接口診斷的顯示中，T 信號(hào)為負(fù)邏輯，當(dāng)某刀位T 到位時(shí)、診斷顯示畫面中對(duì)應(yīng)刀位號(hào)狀態(tài)顯示0，其余刀位號(hào)狀態(tài)均顯示1。

（3）刀架正反轉(zhuǎn)輸出接口診斷顯示見表2。輸出接口診斷中各位顯示為1 時(shí)，相應(yīng)的位輸出有效。顯示為0 時(shí)相應(yīng)的位輸出無(wú)效。

查看診斷方式顯示畫面如果TZL 狀態(tài)為1，說(shuō)明系統(tǒng)輸出了刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)TZL；否則反之。

5 四工位電動(dòng)刀架常見故障診斷方法

（1）T1 刀位至T2 時(shí)刀架一直旋轉(zhuǎn)。原因：系統(tǒng)收不到T2 到位信號(hào)，所以刀架一直旋轉(zhuǎn)。查看診斷顯示畫面如果T2 狀態(tài)一直為1，說(shuō)明故障在外圍線路不再系統(tǒng)。檢查刀架側(cè)與CNC 側(cè)T2 相應(yīng)端子，測(cè)試T2 導(dǎo)線是否斷線；檢查刀架側(cè)Q2 發(fā)射級(jí)至CNC 側(cè)零線是否斷線、測(cè)試24V 及0V 電源線、檢查開關(guān)電源是否輸出24V；檢查測(cè)試發(fā)信盤在刀具到位后T2 端子是否變?yōu)榈碗娖剑駝t發(fā)信盤內(nèi)三極管燒損；測(cè)量4.7K 電阻、判斷是否燒損。查看診斷顯示畫面如果T2 狀態(tài)為0，檢查換刀條件是否回零點(diǎn)，否則就是系統(tǒng)問題。

（2）刀架鎖不緊、或刀架電機(jī)發(fā)熱。刀架鎖不緊主要原因機(jī)床P14 參數(shù)中的刀架反轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)置的太短、蝸輪蝸桿副裝配不當(dāng)；刀架電機(jī)發(fā)熱主要原因機(jī)床P14 參數(shù)中的刀架反轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)置的太長(zhǎng)，或刀架電機(jī)主電路缺相；蝸輪蝸桿副機(jī)械卡死。

（3）刀架在任何刀位都不停止。刀架側(cè)至CNC側(cè)零線或24V 線斷；發(fā)信盤內(nèi)三級(jí)管均燒損；檢查四個(gè)4.7K 電阻。

（4）刀架不正轉(zhuǎn)。查看診斷顯示畫面TZL 狀態(tài)，如果為0 則輸入的換刀號(hào)與目前刀位號(hào)同；如果為1 檢查CNC 刀架轉(zhuǎn)動(dòng)控制線TZL 是否斷線、檢查控制繼電器線圈電阻及刀架主電路交流接觸器。

6 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際使用中數(shù)控系統(tǒng)很少出現(xiàn)故障，當(dāng)PLC控制軟件用戶無(wú)法打開時(shí)，只要按規(guī)范使用電動(dòng)刀架機(jī)械及電氣元件即可有效降低故障率。實(shí)際中刀架控制硬件線路：如端子接線螺絲松動(dòng)、接觸不良，被冷卻液浸泡等占刀架故障的50%以上，文章的故障分析方法并不需要維修人員理解復(fù)雜的PLC 換刀控制梯形圖，通過換刀工藝過程結(jié)合故障診斷顯示畫面，可高效快捷地排除故障。