數控車床電動刀架的故障維修措施分析

蔣國慶+尹新帥

摘 要：作為電動刀架維護管理的重要內容，故障維修對保證電動刀架運行的安全性和穩定性具有重要作用。介紹了電動刀架的機械結構和控制原理，具體探討了數控車床電動刀架常見故障診斷與維修措施，以期為相關技術與維修人員提供參考。

關鍵詞：數控車床；電動刀架；故障；維修

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0034-02

電動刀架的正常運轉直接關系著機床運行的穩定性和加工效率。當電動刀架發生故障時，可造成工件加工中斷，嚴重時甚至可能生產出廢品或引發碰撞等破壞性事故。因此，對有關數控車床電動刀架的故障維修措施進行分析，對提高數控車床的維修質量具有重要的理論和現實意義。

1 電動刀架的機械結構和控制原理

1.1 電動刀架的機械結構

按照一般機床的結構體系，電動刀架主要由下齒盤、蝸輪蝸桿機構、定位槽、電動機、反靠槽、傳動軸、霍爾開關、蝸桿、磁性板霍爾元件電路、上齒盤、絲杠螺母、微動開關電路和插銷組成。采用FANUC系統的數控機床通常使用PMC對電動刀架進行控制，以完成信號的輸入、輸出等。

1.2 電動刀架的控制原理

1.2.1 控制過程

數控系統傳輸選刀T代碼，在CW信號輸出時，經過交流接觸器和中間繼電器后，使刀架的電動機正常運轉。在檢查到霍爾元件的刀位信號后，電動機停止運轉。在輸出CCW信號后刀架電動機會反轉，待刀架鎖緊后即可完成整體控制過程。在數控系統出現異常現象時，可通過斷開刀架體與電動機的連通來判別是機械故障問題，還是電氣故障問題。利用數控系統的梯形圖動態顯示功能可檢測電動機正、反轉輸出控制狀況；利用數控系統的自診斷功能可判別發信盤信號狀況等。

1.2.2 機電一體化的動作過程

在接收到換刀信號后，刀架電動機開始正轉，利用升降機構和減速機構使上刀體到達指定位置，這時離合盤開始動作。傳動上刀體旋轉到預定位置后，發信盤立即傳輸相關刀位到位信息，刀架電動機開始反向運轉。在經過初定位后，上刀體開始下落，端齒盤完全嚙合，實現精定位過程，并利用升降機構對刀架進行鎖緊。

2 電動刀架常見故障診斷與維修措施

2.1 電動刀架換刀時運轉不停

2.1.1 整體霍爾元件出現損壞

在相應刀位連通正常的狀況下，如果對應的刀位線不再進行高電平輸出，則表明霍爾元件出現損壞，此時應及時更換刀架發信盤或發信盤上的所有霍爾元件。通常情況下，整體霍爾元件幾乎不可能同時出現損壞。

2.1.2 磁鋼問題

磁鋼問題主要包括霍爾元件與磁鋼高度位置不精確、磁鋼磁極裝反、磁性較低或無磁等。如果磁鋼在刀架升起過程中位置過高，則應控制磁鋼位置，將其與霍爾元件對正；如果磁極裝反，重新調整磁極方向即可；當磁性較低時，如果增強磁性后仍不能滿足要求，則要更換新的磁鋼。

2.1.3 發信盤電源故障

如果發信盤位置的霍爾元件電源斷路，則刀位到位的信號便無法傳輸，這時應對發信盤的接通電源進行檢查。具體檢查方法為：先使用萬用表對系統24 V出線端進行檢測，觀察輸出電源是否存在異常。如果電壓消失，則表明為系統電源故障，應對電源進行維修；如果電壓正常，則應檢查系統與刀架接線位置是否存在斷路。檢查刀架上的0 V與24 V間是否存在斷路，或由于兩者短路使24 V電壓降低，由于發信盤經常在濕度較高的環境下工作，使線路可能出現老化斷線，進而造成電源無法形成回路。

2.2 電動刀架換刀時不動作

2.2.1 電動機出現損壞

如果電源接通正常，空載條件下電動機仍不能運轉，則表明電動機損壞。繞組接地、缺相、匝間短路故障、過載運行和繞組相間等都會造成電動機損壞。這些故障相應的診斷方式為：對繞組短路故障可使用萬用表或兆歐表對不同相間的絕緣電阻進行檢測，檢測時要拆分開電動機引線的所有連線。如果絕緣電阻值低于0.2 MΩ或直接顯示為0，則表明出現相間短路；對三相繞組的電流分開測量，短路相的電流顯示會比較高；使用短路探測器對繞組件短路進行檢測；對三相繞組電阻進行電橋檢測，短路相的電阻值通常較小。針對接地故障，可對電動機繞組對地的絕緣電阻進行搖表探測。如果絕緣電阻值在0.2 MΩ以下，則表明電動機受潮嚴重。采用校驗燈或萬用表電阻檔分段檢查，如果校驗燈顯示過暗或電阻過低，則表明繞組受潮嚴重，應進行烘干維護；如果電阻顯示為0或校驗燈亮度正常，則表明繞組出現接地。繞組接地通常出現在繞組凸出槽口處、電源線進線孔處和電動機出線孔處。對繞組凸出槽口位置的接地可使用絕緣紙或竹片將繞組與鐵芯隔開，如果檢查接地失效后再涂層絕緣漆。

2.2.2 刀架電源相序混亂或缺相

刀架電動機的相序混亂通常發生在新裝刀架或機床維修后。處理時要斷開電源，調整電動機相序。電動機不動作但存在異常聲響，則可能是電源繞組一相出現斷路，檢查并修復接觸器或開關的動靜觸頭，使接觸恢復正常。

2.3 刀架鎖不緊

出現刀架鎖不緊的故障情況及其維修措施如下：①刀架機械鎖緊結構出現異常。將刀架拆分，檢查機械構件，特別是定位銷位置是否出現磨損破壞。②刀架反轉異常。根據刀架不動作時的檢查方式，對刀架電動機反轉控制回路進行檢修。③刀架電動機反轉

時間不足。檢查并重新整定系統反鎖周期參數，通常將時間設定在1.2 s左右。

2.4 電動機軸承故障

刀架電動機在使用熱斷路器時故障發生率通常很低。但是，如果平時缺少相應的維護保養，尤其是采用風槍除鐵屑或使用乳化液進行冷卻，則軸承很可能會因進水造成軸承潤滑環境差，軸承易出現損壞、生銹和卡殼等。故障處理時應對軸承進行全面檢查。如果軸承損壞程度較輕，則做好潤滑處理和保養維護即可；如果軸承損壞嚴重，則應當更換新的軸承。

3 結束語

電動刀架的故障維修質量將直接關系著數控機床運行的安全性和可靠性，因此，相關技術與維修人員應加強對有關數控機床電動刀架的故障維修分析，總結電動刀架常見故障問題及相應的處理措施，逐步提高電動刀架故障維修水平。

參考文獻

[1]范芳洪，石金艷.數控車床電動刀架的故障維修兩例[J].機械工程與自動化，2011，13（14）：74-75.

〔編輯：劉曉芳〕