井平安，譚桂玲，楊建新

（1.清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084；2.天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

0 引言

國家高度重視的《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以及《中國制造2025》都離不開數(shù)控機床，從而為實現(xiàn)中國智造打下堅實基礎(chǔ)。數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、數(shù)控、計算機為一體的產(chǎn)品，其自動化程度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)先進(jìn)，應(yīng)用廣泛[1]。數(shù)控機床的故障類型有很多，發(fā)生部位根據(jù)實際情況也不是唯一的。而在數(shù)控機床的故障中，故障發(fā)生率較高的算是數(shù)控機床的電動刀架。

數(shù)控機床電動刀架是數(shù)控機床非常重要的配置，它的好壞直接影響到數(shù)控機床零部件的加工以及數(shù)控機床的使用性能。其中數(shù)控機床四工位電動刀架結(jié)構(gòu)緊湊，零部件復(fù)雜，應(yīng)用范圍廣，對它的故障分析研究尤為重要。

1 四工位電動刀架的工作原理

1.1 機械結(jié)構(gòu)

四工位刀架，顧名思義可以裝4把刀，其廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床上。基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 四工位電動刀架結(jié)構(gòu)

四工位電動刀架換刀過程可以總結(jié)為四步：松開、換刀、定位和鎖緊[2]。

其工作原理為：當(dāng)輸入換刀指令后，刀架正轉(zhuǎn)，電機帶動蝸輪副、螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿帶動夾緊輪上升、離合盤轉(zhuǎn)動，直到離合銷進(jìn)入離合盤槽中實現(xiàn)松開；螺桿旋轉(zhuǎn)帶動離合盤、離合銷、夾緊輪，上刀體及反靠銷開始轉(zhuǎn)位，從而實現(xiàn)上刀體換刀；當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到設(shè)定刀位時，發(fā)信盤上霍爾元件發(fā)出到位信號，正轉(zhuǎn)繼電器脫開、控制系統(tǒng)發(fā)出反轉(zhuǎn)繼電器吸合，電機反轉(zhuǎn)；螺桿反向旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)反靠銷落入粗定位槽時，實現(xiàn)粗定位，螺桿繼續(xù)反轉(zhuǎn)，直到與上、下刀體的端齒完全嚙合，實現(xiàn)精定位，刀架鎖緊[3]。

若想實現(xiàn)四工位電動刀架的快速、準(zhǔn)確維修，同時不影響加工效率，這時就要求維修人員必須對四工位電動刀架的工作原理非常熟悉。

1.2 電氣控制原理

刀架在電氣控制方面，其控制原理如圖2所示。從圖2可知，刀架正轉(zhuǎn)控制由中間繼電器KA7控制交流接觸器KM3實現(xiàn)，刀架反轉(zhuǎn)由中間繼電器KA8控制交流接觸器KM4實現(xiàn)。

圖2 刀架正、反轉(zhuǎn)控制原理圖

2 四工位電動刀架維修思路

數(shù)控機床出現(xiàn)故障時，可能造成故障的因素很多，故障與原因也不是一一對應(yīng)的，所以當(dāng)電動刀架出現(xiàn)故障時，不要急于動手，先要靜下心來仔細(xì)觀察，例如觀察工作方式、工作場景、故障現(xiàn)象等。同時，要保護(hù)好故障現(xiàn)場，然后要按下急停，保證檢查過程中維修人員的安全，接著按照以下步驟進(jìn)行：

1）了解工作狀態(tài)。向操作人員了解發(fā)生故障時的現(xiàn)象，例如故障前進(jìn)行過什么操作？故障時正在完成什么工作？發(fā)生了什么故障？有什么明顯的現(xiàn)象？

2）推理故障原因。利用數(shù)控機床排故的原則以及排故的方法，縮小故障范圍，診斷故障原因。此時，采用對應(yīng)的故障排除方法時，要綜合利用常用診斷方法與精密診斷方法，這樣排除故障的準(zhǔn)確性和效率會更高。

3）排除故障。經(jīng)過上一步的推理、準(zhǔn)確確定故障后，只要把故障排除，數(shù)控機床能夠正常使用，說明排除的原因是正確的。

3 四工位電動刀架的常見故障與維修

四工位電動刀架的故障可能涉及機械部分、電器元件、電氣原理圖、PMC梯形圖等等。因此，排除過程中，一定要冷靜，認(rèn)真檢查故障現(xiàn)象，排除故障。

數(shù)控機床四工位電動刀架最常見的故障主要包括以下幾個方面[4]：1）刀架不轉(zhuǎn)位；2）刀架轉(zhuǎn)個不停；3）刀架鎖不緊；4）刀架定位不準(zhǔn)；5）刀架奇偶報警；6）刀架卡死。以在數(shù)控機床故障中出現(xiàn)頻率較高的故障為例，分析排除故障的思路。

3.1 案例1：刀架不轉(zhuǎn)位

故障現(xiàn)象1：刀架電動機無法啟動，刀架不動作。

分析原因：1）機械方面，可能是機械卡死或者夾緊力過大；2）電氣方面，可能是電源的電壓過低，甚至沒電，也可能是電機缺相或者電機相序不對。

故障排除：首先拆下刀架，觀察蝸輪蝸桿和電機軸之間是否出現(xiàn)機械卡死，如果正常，接著利用電壓表檢查電壓是否正常，如果電壓正常，再檢查電機相序是否正確。當(dāng)排除檢查出來的故障后，再進(jìn)行刀架電機啟動，如果刀架能夠正常動作，說明故障已排除。

故障現(xiàn)象2：上刀體抬起，但是不轉(zhuǎn)動。

分析原因：可能是粗定位銷在錐孔中卡死、斷裂，或者是安裝故障。

故障排除：根據(jù)原因進(jìn)行一一排除。

3.2 案例2：刀架轉(zhuǎn)個不停

刀架轉(zhuǎn)個不停的原因有很多種，例如發(fā)信盤接地線斷路或電源線斷路、霍爾元件斷路或短路（損壞）、磁鋼磁極反相、磁鋼與霍爾元件無信號等等。

故障現(xiàn)象：電氣控制柜通電，操作面板上未按下?lián)Q刀按鈕的情況下，刀架轉(zhuǎn)動起來，一直不停，除非電氣控制系統(tǒng)斷電[5]。

分析原因：這種情況主要分析刀架的控制原理圖，如圖2所示。通過故障現(xiàn)象可知，沒有按動操作面板換刀按鈕，刀架能夠轉(zhuǎn)動，通過控制原理圖可知，有可能控制接觸器的繼電器KA7常開和常閉觸點接錯了。通過檢查，KA7常開觸點接成常閉觸點，所以導(dǎo)致一通電，刀架就開始轉(zhuǎn)動。

故障排除：把繼電器觸點接成常開觸點，故障排除。

刀架的故障還可能是按鍵的失效、電氣元部件的接觸不良、電路原理圖的聯(lián)接錯誤等。要實現(xiàn)數(shù)控機床刀架快速排故，不僅要非常熟悉刀架的工作原理，還需要具有查找維修說明書的能力，結(jié)合維修的經(jīng)驗和規(guī)律，快速排出故障。

3.3 案例3：刀架鎖不緊

故障現(xiàn)象：刀架未鎖緊，具體表現(xiàn)為工件成品表面有波紋。

分析原因：1）鎖緊時間不足，在鎖緊過程中電機反向轉(zhuǎn)動時間短；2）發(fā)信盤位置出現(xiàn)偏差；3）夾緊齒圈與內(nèi)外齒圈之間相互的嚙合不完全。

故障排除：1）通過調(diào)整PMC參數(shù)，使得反轉(zhuǎn)電機運轉(zhuǎn)時間足夠，一般1 s～1.2 s；2）拆開刀架蓋，轉(zhuǎn)動發(fā)信盤位置，確保磁鋼與刀架霍爾元件對齊；3）檢查刀架大螺母，確保大螺母處在鎖緊狀態(tài)。

3.4 案例4：刀架卡死

故障現(xiàn)象：刀架接觸的地方潤滑不良。

分析原因：1）內(nèi)部之間的軸承存在磨損；2）內(nèi)部螺桿之間相互位置錯位。

故障排除：1）如確認(rèn)是軸承問題，更換新的軸承，確保刀架內(nèi)部潤滑狀態(tài)良好；2）拆開檢查蝸輪與反靠銷之間的相對位置關(guān)系，如處于臨界狀態(tài)下，對刀架上電調(diào)試，就會導(dǎo)致刀架卡死，確保兩者之間接觸處在合理的位置[6]。

4 結(jié)束語

數(shù)控機床四工位電動刀架的故障發(fā)生率高，故障類型多，在維修過程中，要做到綜合考慮其機械、電氣等多方面因素。本文分析了四工位電動刀架故障排除的思路，希望能夠給維修人員提供一些幫助，從而提高生產(chǎn)效率。