淺談華中數控車床四方電動刀架故障診斷與維修

孫延娟 張 鑫

（長春職業技術學院，吉林 長春 130033）

電動刀架是數控車床的重要組成部分，在機床運行中起著至關重要的作用，一旦出現故障，就可能造成工件作廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故，本文主要結合電動刀架的工作原理，對數控車床四方刀架在使用過程中出現的故障現象進行系統分析，針對不同的故障原因，提出相應的診斷與維修方法。

1 刀架控制系統電氣線路連接圖

本文闡述的四工位車床刀架電機采用三相交流380V供電，正轉時驅動電機正轉，反轉時刀架自動鎖死，為了保證刀架完全鎖死，保證刀具的定位精度，在PLC參數中設置了0.5s的反轉鎖死時間。每把刀具都各有一個霍爾位置檢測開關。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

四方電動刀架是以電動機為動力，帶動蝸桿旋轉，蝸桿帶動蝸輪轉動，再帶動刀具實現換刀；由電動機的正反轉帶動刀架的抬起換刀和刀架的鎖緊，由霍爾元件作為發訊體，把刀位信號發送給數控系統。圖2為螺旋型四工位刀架結構示意圖。

具體的換刀動作及控制過程為：CNC發出換刀信號，控制繼電器KA6動作，刀架電機正轉，通過蝸桿帶動蝸輪，進而帶動上刀體轉位，當上刀體轉到所需刀位時，發訊盤上的霍爾元件與磁鋼座上的磁鋼對磁，霍爾元件發出刀具到位信號，電機正轉延時100ms后電機反轉，刀架鎖緊。反轉時間（一般為1.5s）到，繼電器KA7動作，電機停止，并向CNC發出應答信號，換刀過程結束。圖2為螺旋型四工位刀架結構示意圖。

如果電機長時間旋轉、不轉，而找不到刀位信號，則認為刀架出現故障，停止刀架電機，并發出報警信息。

3 刀架換刀故障原因及排除

當開機后系統處于正常工作狀態，手動或者自動換刀時，刀架出現不能換刀主要有以下幾種原因：

①強電控制電路故障；②接觸器控制電路故障；③PLC輸入/輸出故障；④刀架機械故障；⑤刀架電機損壞故障

刀架故障現象主要有“刀架不動”和“刀架正轉不停”兩種。

3.1 刀架不動故障排除思路

3.1.1 按下換刀啟動按鈕后，觀察繼電器指示燈是否點亮以及觀察PLC輸出點位Y0.6、Y0.7的狀態變化，如繼電器指示燈不點亮，檢查刀架刀位控制模塊24V電源控制回路（380V經變壓器變220V后，經開關電源變為24V）和PLC程序輸出點位（刀架正傳Y0.6、反轉Y0.7）設置是否正確；如點亮且繼電器觸點連接正確并吸合，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），首先檢查刀架電機進線電壓是否缺相，如不缺相，再把刀架電機U、V相序互換，如還不能排除故障，說明可能電機卡死或電機損壞。

3.1.4 刀架機械卡死。刀架機械卡死會造成刀架電機堵轉而出現過載報警。排除機械卡死故障時，可以將刀架與電機脫開，用扳手盤動蝸桿，如果不能正常轉動，則說明是機械卡死。此時，可以按正確的拆卸順序拆開刀架，進一步檢查中軸、各種銷釘、聯軸器等有無變形。刀架機械卡死，通常是由碰撞變形引起的。

電機不轉且沒有聲音：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，那么故障在電動機本身，可檢測電動機三相繞組的電阻，尋找出斷線的繞組。

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

3.2 電動刀架某一個或幾個刀號換刀轉不停，其余刀號正常。

3.2.1 此刀位霍爾元件損壞。確認是哪個刀位使刀架轉不停后，轉動該刀位，用萬用表測量該刀位信號點(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，更換發訊盤或霍爾元件。

3.2.2 發訊盤此刀位信號線接觸不良或斷線。若發訊盤該刀位信號輸出正常，則繼續檢查相應PLC刀具到位輸入線號狀態有無變化：若沒有變化，則檢查此刀位信號線與PLC系統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系統的刀位信號接收電路故障。若檢查結果霍爾元件和刀位信號接線都完好，則可確PLC認系統輸入信號接收電路故障，更換相應板卡。

3.3 電動刀架換每把刀時都轉不停

3.3.1 發訊盤（刀位信號模塊）電源故障。如果發訊盤上霍爾元件得不到正確的電源，造成無法產生刀具到位應答信號。一般發詢盤電源為DC24V。檢查刀架上的+24V、0V與系統的接線是否出現斷路；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，發訊盤長期處于潮濕的環境，線路容易老化斷線，使電源不能構成回路。

3.3.2 磁鋼故障。包括磁鋼無磁、磁性不強、磁鋼磁極裝反或磁鋼與霍爾元件高度位置不準。對應不同的原因，更換磁鋼或增強磁性；調整磁鋼磁極方向；若磁鋼在刀架抬起時位置太高，則需要調整磁鋼的位置，使磁塊對正霍爾元件。

3.3.3 PLC刀位信號參數設置錯。檢查PLC參數設置是否和系統輸入一一對應，1、2、3、4號刀刀位到位對應的PLC點位分別為X1.1、X1.2、X1.3和 X1.4。

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

3.4 刀架鎖不緊

3.4.1 刀架電機反轉時間不夠。查看并調整系統反鎖時間參數，一般時間設定為0.5s即可。

3.4.2 刀架不能反轉。按照刀架不能旋轉的檢查方法，排查刀架電機反轉控制線路。

3.4.3 刀架機械鎖緊機構故障。拆開刀架，檢查機械部件，尤其是查看定位銷是否損壞。

3.5刀臺換刀時不到位或過沖太大

3.5.1 磁鋼在圓周方向相對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，若錯位，則進行相應調整。

3.5.2 機床動作控制程序中，在刀架電機正傳停止和反轉開始之間，插入了較長的延時（如本系統在接收到刀位信號到位后延時100ms）。調整PLC參數中換刀刀位延時時間，一般在正常使用期的機床，由此引起的故障較少見。

結束語

數控車床電動刀架的控制涉及機械、低壓電器、PLC、傳感器等多學科知識，維修人員應熟知刀架的機械結構以及電氣控制原理，并熟練掌握常用工具的使用，根據故障現象，從控制原理著手，確定合理的診斷與檢測步驟，才能快速排除故障。

[l]龔仲華．數控機床故障診斷與維修500例[M]．北京：機械工業出版社．2004．

[2]向華．華中數控系統操作、編程及故障診斷與維修[M]．北京：機械工業出版社，2007．

[3]龔中華．數控機床維修技術與典型實例[M]．人民郵電出版社，2006．

[4]朱仕學．數控機床系統故障診斷與維修[M]．北京：清華大學出版社．2007．