數控車床電動刀架故障分析與排除

廣州市輕工高級技工學校 （廣東 510220） 任志華

電動刀架工作原理

一般電動刀架采用的是蝸輪蝸桿傳動，齒盤嚙合螺桿鎖緊的工作原理。轉位時采用無觸點霍爾元件發信，具體工作過程為：系統發出轉位信號后，刀架電動機電源接通，開始動作，電動機帶動蝸桿轉動，并由蝸桿帶動蝸輪，蝸輪與螺桿用鍵聯接，當螺桿的轉動把上刀體抬起來，使其與下刀體的齒盤脫開，這時離合銷進入離合盤的槽內，同時反靠銷離開反靠盤的槽子，然后帶動上刀體旋轉，當轉到所需的刀位后，發詢盤上的霍爾元件與磁鋼對準，發出到位信號給系統，然后系統發出電動機反轉延時信號，讓電動機反轉，上刀體稍有反轉，反靠銷進入反靠盤的槽子，離合銷退出離合盤的槽子，上刀體隨之下落與下刀體嚙合并鎖緊，電動機反轉延時結束。這樣，刀架完成了換刀過程，主機便可以執行下一道工序。

刀架故障實例分析

1. 實例一

某技術學院一臺數控車床電動刀架出現不能轉動的現象。

（1）故障分析。從故障現象分析，引起故障的可能性如下。

機械方面：①刀架部件機械卡死。②刀架預緊力過大。

電氣方面：①供電給刀架電動機的380V電壓不正常。②380V電壓正常，但是電動機相序接反。③電動機自身故障。

根據老師的描述和現場的觀察，換刀那一刻，刀架電動機能正常帶動刀架轉動，只是一轉動就造成機械卡死，由此可見，可以排除電氣故障的可能性。接著從刀架的機械部分（見圖1）進行分析，當用六角扳手插入蝸桿端部旋轉時，還是不能讓刀架轉動起來，基本可確定故障原因是機械卡死造成的。經過檢查，并沒有發現刀架的零部件損壞或變形，為了更深入了解情況，重新安裝了刀架，發現情況與老師所描述一樣，只要一運行刀架就機械卡死。后來通過進一步排查，終于發現問題在于離合銷反靠銷之間的兩根彈簧（見圖2），長度不一致。

圖1 刀架內部結構

圖2 彈簧

（2）故障處理。故障原因是該學院老師對刀架進行常規保養時，在拆下刀架的零部件后，沒作好區分，擺放在同一個地方，就造成了原本不屬于同一個刀架的彈簧，混裝在一起。不同刀架的彈簧長度略有差別，即使以正確的方法安裝刀架，每當系統收到刀架到位信號，發出反轉延時信號時，刀架電動機就執行反轉，在反鎖那一刻，彈簧長度不同，它們產生彈力也不一樣，造成離合銷作用于離合盤的力度不同，最后導致離合盤發生輕微傾斜，刀架內部空間不大，微小的傾斜就讓刀架很難再轉動，從而造成刀架卡死。后來經過對彈簧進行調整，重新安裝刀架，試運行恢復正常。

2. 實例二

某加工廠一臺數控車在換刀時，漏電保護開關出現跳閘現象，有時候半小時內跳閘幾次，有時候可以正常工作一整天，故障出現頻率十分不穩定，已經嚴重影響到正常生產。

（1）故障分析。從故障現象分析，引起這故障的可能性有以下兩種：①刀架電動機電源線的絕緣外皮損壞，在換刀過程中損壞部分可能會接觸到金屬部件而造成漏電，導致保護開關跳閘。②電動機電源線的接線端子防護做得不好，有切屑或者切削液飛濺進去，造成漏電保護開關跳閘。

為了找出故障原因，在現場觀察機床運行的10min內，多次換刀也沒出現跳閘，基本可以把第二種可能性排除，這類故障現象應該是連續性出現的。后來更換成外形和尺寸差別較大的零件，沒多久，漏電開關果然動作，在當前位置用萬用表對電源線進行檢測，便找出引起漏電的那根電源線。

（2）故障處理。從故障現象和排查情況來看，可以確定是電源線的絕緣外皮出現損壞而造成的。在加工個別零件的時候，X軸和Z軸移動距離很短，電源線的移動未讓破損部分接觸到其他金屬部件，也就未造成漏電。當換成尺寸較大的零件時，電源線隨刀架的移動距離增大，破損部分接觸到金屬部件的可能性也隨之提高，繼而引起漏電跳閘。這樣也解釋了故障出現的頻率為什么如此不穩定。

很多人認為，既然找出引起故障的電源線，只要更換即可。其實刀架電源線與刀架電動機是相連的，在加工過程中，電源線隨著刀架的移動，很容易與其他機床部件發生碰撞而出現危險。所以機床廠家在裝配機床時，為了讓電源線得到更好的保護，往往安裝得比較隱蔽，這樣也給維修增加一定難度，在處理這一過程的時候，很多維修人員會有兩個誤區：①在刀架控制器和電動機之間增加一條電源線，取代損壞那根，并且為了方便，不作任何保護處理，讓新增加的電源線外露。這樣的做法表面看起來可行，其實沒有考慮到在加工過程中電源線是不斷移動的，不對電源線進行適當的保護處理，很快就會再次損壞，在嚴重的時候會對操作人員造成危險。②用地線取代已損壞的電源線，即把相線和地線互換。這種做法是不少維修人員習慣采用的方法，看似能解決問題，其實已經是違反安全規程。當刀架再出現故障的時候，技術人員在維修過程中不了解情況，有可能會造成誤操作和危險。

正確的處理方法是，除了更換新的電源線外，必須按照機床廠家出廠時的標準對電源線做好防護處理，如電源線一定要放在蛇皮管內，另外蛇皮管也要安裝隱蔽且固定好，不能對加工造成任何影響等等。這樣操作起來比較復雜，為了更好地解決問題和保證以后加工的安全是不能忽視的。

3. 實例三

某機械廠一臺在保修期內的數控車換刀正常，當所選刀具到位之后，刀架總是不能完全鎖緊，存在微小的松動，這故障很容易造成車刀損壞或者加工尺寸不準。

（1）故障分析。從故障現象分析，引起這故障的可能性有以下幾種：①刀架內部零件的損壞或者磨損等。②刀架反鎖時間不夠長。③發訊盤的霍爾元件位置沒對正磁鋼。

根據操作人員的描述，該刀架出現同樣故障已經不止一次，上次維修人員在檢修時，沒有拆開刀架內部檢查，只是調整了刀架反鎖時間的參數，還教操作人員，再出現這種情況，只需把該參數繼續調大就可以。在調整后沒幾天，同樣的問題又出現了，再調整該參數，已不能解決問題。

（2）故障處理。當刀架出現反鎖后不能完全鎖緊的現象時，通過延長反鎖時間來解決這故障，在這里未必適用，原因有兩個：①刀架反鎖時間參數在出廠時，廠家根據刀架型號已經設定好，通常是不用修改的，更不應該隨意修改。②機床還在保修期內，刀架內部的零件不可能磨損到那種程度，需要增加反鎖時間來讓刀架鎖得更緊。

從以上兩點可知，故障的原因并非參數問題造成，之前延長反鎖時間，能暫時解決問題，也可以排除霍爾元件沒對正磁鋼的因素，由此可見，問題應該出在刀架內部零件的損壞或者磨損。

為了深入了解故障的原因，對刀架內部進行仔細檢查，發現離合盤與螺桿間的定位銷（見圖3）已經出現變形，讓刀架在換刀后不能完全鎖緊。之前把反鎖時間延長，只會暫時解決問題，當定位銷變形更加嚴重甚至斷裂的時候，即使調整反鎖時間，也不能解決問題。在出現類似故障的時候，不能盲目延長反鎖時間，應該根據具體故障原因，找出適當的處理方法。解決這個問題的方法很簡單，更換定位銷，并重新安裝刀架即可。

圖3 定位銷

結語

數控車床電動刀架在數控加工中的重要性是不可置疑的，對于電動刀架的故障檢測與維修看似簡單，在很多情況下，不對整個刀架的工作原理作充分的理解與分析，照搬以往的一些處理方式，未必能真正排除故障。因此在維修過程中，應該多注意分析與總結，每次維修之后做好相關記錄，這樣才能在遇到故障的時候，做出準確的判斷，以最快、最有效的方法把故障排除。

[1] 劉利劍. 數控機床調試診斷與維修［M］. 北京：機械工業出版社，2011.

[2] 胡旭蘭. 數控機床電氣裝調［M］. 北京：中國勞動社會保障出版社，2010.

[3] 余仲裕. 數控機床維修［M］. 北京：機械工業出版社，2011.