廣數GSK- 928TC 系統數控車床四方刀架故障診斷方法

李洪聲，郭銅民

（陜西工商職業學院中德機電工程學院，陜西 西安 710061）

數控機床故障診斷方法直接影響設備使用效率及生產率。GSK-928TC 系統數控車床其控制梯形圖并不對外顯示，通過分析梯形圖理解換刀原理也較困難。文章根據CNC 與刀架電氣系統接線硬件原理圖，分析了廣數GSK-928TC 數控車床電動刀架換刀工藝過程，并通過GSK-928TC 數控系統提供的診斷功能確定換刀輸入輸出開關量的實時狀態，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 數控車床刀架接口功能及刀架反轉時間控制參數

（1）刀架接口。掌握刀架換刀系統與外圍信息傳遞關系對故障診斷分析非常重要。CNC 內置PLC起中間橋梁作用，在外圍設備和CNC 系統之間進行信息傳遞，它接收機床操作面板按鍵信號及刀架到位信號，輸出刀架正反轉控制信號TZL/TFL。

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

機床數控系統CNC 內置PLC 控制刀架X4 接口輸出信號TZL/TFL 分別接入刀架正反轉控制線路直流繼電器線圈。刀架正反轉時CNC 側相應的ULN2803 導通，驅動相應的微型直流繼電器線圈帶電，從而相應的主電路交流接觸器吸合、電機旋轉帶動刀架正反轉。當刀架不能正反轉主要檢查系統是否輸出TZL、TFL 信號及相應的信號連接線是否導通，檢查相應的直流繼電器線圈及其常開觸點，相應的主電路及交流接觸器是否正常吸合。

（2）刀架反轉時間控制參數。刀架機械旋轉部件主要是蝸輪蝸桿副、具有自鎖功能，刀架正轉目的使刀具到達刀架磁鋼定位檢測位置；刀架反轉目的是通過蝸輪蝸桿副反轉鎖緊刀架。P14 參數確定電動刀架在換刀時，刀架電機反轉信號（TFL）的鎖緊持續時間（單位：0.1 秒）。P14 參數的值在配不同的電動刀架時應作相應調試，并調到合適的值。

2 數控車床電動刀架發信盤的工作原理

機床電動刀架旋轉選刀時刀架安裝有定位有磁鋼、當刀架帶動發信盤旋轉時霍爾元件內部磁感應三級管與磁鋼位置重合接近時來檢測刀具的位置。

（1）發信盤工作原理。四工位發信盤共有六個接線端子，直流電源端子分別有正負標記，其余四個端子分別接4 個霍爾元件的4 個輸出端，這4 個輸出端子分別按PLC 檢測刀號順序與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傳送至CNC，系統將此信號作為刀架對應刀具正轉到位結束信號。

發信盤霍爾元件內部三級管為集電極開漏門需外接上拉電阻，換刀時、當刀架帶動發信盤旋轉時霍爾元件內部磁感應三級管與磁鋼位置重合時，磁感應強度驅動三極管導通，集電極導通輸出（T）。CNC 內置 PLC 根據收到接口 X4 端子 T1、T2、T3、T4 的信號，確定刀具旋轉已到達確定相應刀位位置。

（2）發信盤檢測方法。如果發信盤內元件失效，刀架無法正常換刀。檢測發信盤霍爾開關器件時，將發信盤的正負引腳分別接到直流穩壓電源（24V）的正負極，指針式萬用表在直流電壓檔（50V）上，黑表筆接0V 引腳，紅表筆接輸出端（T）引腳，此時萬用表的指針顯示24V，當用一磁鐵貼近發信盤內霍爾器件標志面時，電壓由24V 變到0V 說明發信盤T 腳內元件完好，否則損壞。

3 GSK- 928TC 系統數控車床四方刀架換刀電氣原理過程分析

四工位電動刀架，主要由電動機、機械換刀機構蝸輪蝸桿副、發信盤等組成。當系統收到換刀指令時，PLC 通過X4 刀架接口發出換刀正轉信號TZL 時，刀架電機正轉，通過內部機構將上刀體上升至一定位置，帶動上刀體旋轉到所選擇刀位，發信盤發出刀位到位信號T 傳送至CNC 內置PLC，PLC收到到位信號T 后、停止輸出正轉信號TZL，完成初定位后上刀體下降，輸出反轉信號TFL、刀架電機反轉，并通過升降機構鎖緊刀架，完成精確定位。參數P14 中設置刀架的反轉鎖緊時間。

根據數控機床CNC 系統內置PLC 與刀架發信盤電氣連接線路，Q 為發信盤內磁敏電路驅動的三級管，刀架轉動時，與刀架一同旋轉，當Q 轉至PLC測試刀位與刀架定位磁體位置重合時，其基級導通，CNC 接收各刀具的到位信號T 由高電平變為低電平（T1、T2、T3、T4，低電平有效）。此信號 T 輸入給PLC 用于判斷刀架正轉到位。

刀具由T1 刀位換至T2 刀位工作過程分析：①當系統接收到手動或自動換刀指令T2 后，CNC 系統輸出TZL 信號，圖3 中直流繼電器上電、刀架電機正轉；②CNC 等待刀架旋轉到位信號T2。當刀架轉位至T2 刀位后，磁敏電路驅動Q2 三級管飽和導通、Q2 三極管集電極電位為零、即低電平，此時光敏二極管D2 陰極低電平、其導通發光，驅動光敏三極管G2 基級導通，CNC 收到T2 到位信號。如果發信盤磁敏三極管Q2 發射級零線斷及Q2 燒損；供給刀架的+24V 電源線斷；4.7K 電阻燒損；則T2 端子不能變為低電平，CNC 中內置PLC 收不到刀具到位信號T2，故障現象刀架轉動多圈后停止。電動刀架發生故障，系統會在屏幕上顯示T2 刀位號報警表示在規定時間內找不到相應刀號。③刀架反轉鎖緊。CNC 收到T2 到位信號后，斷開刀架正轉驅動信號TZL、接通反轉驅動信號TFL，刀架反轉鎖緊，反轉達到P14 參數中設定的時間后，信號TFL 斷開、停止反轉。反轉時間在參數P14 中設定，注意反轉時間設置過長，蝸桿副反轉行程過量，導致反轉扭矩過大，電機輸出扭矩大、易發熱燒毀。

4 四工位電動刀架故障診斷

（1）數控系統自診斷功能。GSK-928TC 數控系統提供的診斷方式顯示畫面實時顯示更新PLC 換刀輸入輸出開關量狀態，為維修人員確定故障范圍、檢查、查詢、確定輸入輸出信號狀態帶來了極大的便利。

（2）輸入刀位信號接口診斷說明見表1。

表1 輸入刀位信號接口診斷說明

表2 刀架正反轉輸出接口診斷顯示

在輸入接口診斷的顯示中，T 信號為負邏輯，當某刀位T 到位時、診斷顯示畫面中對應刀位號狀態顯示0，其余刀位號狀態均顯示1。

（3）刀架正反轉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，相應的位輸出有效。顯示為0 時相應的位輸出無效。

查看診斷方式顯示畫面如果TZL 狀態為1，說明系統輸出了刀架正轉信號TZL；否則反之。

5 四工位電動刀架常見故障診斷方法

（1）T1 刀位至T2 時刀架一直旋轉。原因：系統收不到T2 到位信號，所以刀架一直旋轉。查看診斷顯示畫面如果T2 狀態一直為1，說明故障在外圍線路不再系統。檢查刀架側與CNC 側T2 相應端子，測試T2 導線是否斷線；檢查刀架側Q2 發射級至CNC 側零線是否斷線、測試24V 及0V 電源線、檢查開關電源是否輸出24V；檢查測試發信盤在刀具到位后T2 端子是否變為低電平，否則發信盤內三極管燒損；測量4.7K 電阻、判斷是否燒損。查看診斷顯示畫面如果T2 狀態為0，檢查換刀條件是否回零點，否則就是系統問題。

（2）刀架鎖不緊、或刀架電機發熱。刀架鎖不緊主要原因機床P14 參數中的刀架反轉時間設置的太短、蝸輪蝸桿副裝配不當；刀架電機發熱主要原因機床P14 參數中的刀架反轉時間設置的太長，或刀架電機主電路缺相；蝸輪蝸桿副機械卡死。

（3）刀架在任何刀位都不停止。刀架側至CNC側零線或24V 線斷；發信盤內三級管均燒損；檢查四個4.7K 電阻。

（4）刀架不正轉。查看診斷顯示畫面TZL 狀態，如果為0 則輸入的換刀號與目前刀位號同；如果為1 檢查CNC 刀架轉動控制線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 語

在實際使用中數控系統很少出現故障，當PLC控制軟件用戶無法打開時，只要按規范使用電動刀架機械及電氣元件即可有效降低故障率。實際中刀架控制硬件線路：如端子接線螺絲松動、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雜的PLC 換刀控制梯形圖，通過換刀工藝過程結合故障診斷顯示畫面，可高效快捷地排除故障。