數控車床四工位刀架故障與維修方法探究

周成東

（鹽城機電高等職業技術學校，江蘇鹽城 224005）

0 引言

數控機床故障可以在不同位置發生，一旦發生故障將直接影響機床的正常使用，通過本文的研究可以對常見故障問題進行總結，引起相關人員的重視。陳安安等［1］在數控車床刀架常見故障診斷與分析中對四工位刀架的重要性進行了明確，由于故障問題比較復雜，還存在研究不完善的問題，因此本研究在其他學者研究的基礎上，進行了進一步的探討，明確指出在進行四工位刀架故障維修時，必須做好調查，仔細觀察，確定故障的位置，通過本文對故障問題的研究，可以快速解決故障，減少維修難度，使故障可以在第一時間順利解決，盡快恢復數控車床的正常運行，避免故障產生更大范圍的影響。

1 數控刀架及其功能分析

數控刀架是保證數控車床良好運行的重要基礎，可以對生產效率提升產生積極的影響，使車床可以順利完成加工工作，以提高加工效率，減少加工誤差，進一步保證加工精度［1］。

數控機床上的刀架是提高生產穩定性的重要基礎，在保證刀具合理安放的同時，直接參與切削，承受切削產生的壓力，所以其也是工藝系統中比較脆弱的環節。隨著自動化技術的不斷發展和完善，機床刀架發生了不同程度的變化，回轉刀盤數量增加，有效滿足了生產方面的需要。換刀機械手的出現，不僅滿足了自動換刀的需要，同時可以為刀具存儲提供便利，即使刀具數量較多，也可以得到良好的存儲。也可以從根本提升自動換刀的時間，避免影響數控機床的運行。因此，也可以說機床切削功能和切削速度會受到刀架性能的影響［2］。

2 四工位數控刀架的結構和控制原理

圖1所示為四工位數控刀架的結構圖。四工位數控刀架接收到選刀指令后，在電動機的作用下，使蝸桿沃蝸輪絲可以不斷轉動，在轉動的過程中動齒盤會逐漸離開原本的位置，徹底松開刀架，定位銷從定位位置脫離，傳動盤與刀架在同一時間發生轉動。當轉動到選刀工位時，工位感應到永磁體，并發出信號。數控系統以發出的信號為依據準確發出指令，對三相異步交流電動機反轉，使渦輪發生轉動，通過彈簧，定位銷可以回到定位槽，進入后刀臺會停止運動，動齒盤在電動機的幫助下逐漸向下部位置移動，確定位置后，會自動發出信號，代表選刀已經順利完成［3］。

圖1 四工位數控刀架結構圖

3 數控機床故障診斷的基本步驟

如果數控機床在運行過程中出現異常，維修人員切記不要慌亂，需要進行全方位的觀察，開展針對性的試驗，不要在不了解情況的基礎上盲目維修，避免錯誤維修引發更加嚴重的故障問題，延長故障維修時間。在故障發生時必須第一時間停止機床的運行，并做好現場保護，使機床可以保持最初的工作狀態，并準確記錄信號和故障現象，與其他維修人員進行緊密的溝通和交流，使維修人員可以針對故障問題進行深入的探究，盡快制定科學、完善的維修方案，合理開展維修工作［4］。

（1）當故障發生時，必須馬上與操作者取得聯系，針對故障問題展開針對性的詢問，使維修人員可以對故障發生時的情況有清楚的了解。故障現場調查是維修人員分析故障原因的重要基礎，只有做好現場調查才能保證故障得到順利解決。因此，維修人員必須更加重視故障調查工作。

（2）對故障原因進行進行深入的分析和研究，使故障范圍可以進一步確定。在全面了解故障現象后，需要以故障現象為基礎，對故障位置進行明確。有些故障相對比較獨立，查找故障也會更加容易，而有些故障形成原因比較復雜，單一的方法很難確定故障源的方向，這就需要結合數控機場的相關材料，對故障相關因素進行全面的梳理，確定故障查找的具體方向，并開展針對性的查找［5］。

（3）以故障診斷原則為依據查找故障源。在對故障進行查找時，需要從外部開始，逐漸向內部拓展，復雜和重要位置需要在最后進行查找［6］。在故障診斷的過程中，需要以現場具體情況為依據，對故障原因進行深入分析，然后結合診斷原則對故障點進行規范性地查找，并開展維修工作。

4 工位刀架常見故障診斷與維修

當開機后系統可以正常開展工作，無論采取哪種方式換刀，刀架都存在問題，就可以判斷刀架出現了故障［7］。

強電控制電路故障、繼電器電路故障等都是經常出現的故障，體現在刀架方面就是刀架無法自主轉動，或者刀架轉動不能隨意停止兩種情況。下面對不同故障及其原因進行分析，并提出具體的故障維修方法。

（1）刀架不轉動故障排除思路

在手動狀態下，按下換刀按鈕，對繼電器工作狀態進行密切觀察，如果繼電器沒有開始工作，需要對刀架電源控制回路進行全面檢查，判斷PLC程序是否可以在正確位置輸出，如果繼電器可以正常工作并且觸點吸合，需要對交流接觸器情況進行查看［8］。如果交流接觸器無法吸合，需要對電壓輸出進行檢查，確定接觸器本身是否存在問題。如果可以吸合說明接觸器沒有任何問題，可能是刀架順序出現錯誤，或者刀架電機失去作用。如果控制線路可以正確連接，可以更改刀架三相電相序，如果故障問題仍然沒有得到及時的解決，說明可能是電機出現了問題。

（2）刀架不停止轉動故障原因及排除措施

如果出現某一刀架旋轉不停，其他刀架正常的問題，在對故障進行分析和處理時，只維修出現問題的刀架即可。如此即使刀位元件受到破壞，也可以在系統中通過輸入刀架號碼確定刀架的具體位置。測量電壓如果沒有出現變化，可以確定是因為元件原因導致的旋轉不停，只需要更換元件就可以順利解決故障問題。

（3）數控刀架的電氣故障

在實際工作中曾出現過手動刀架與自動刀架都不能換刀的問題，但是霍爾元件并沒有任何的問題，刀架電氣動作也沒有異常，松開接觸器，刀架沒有異常問題存在。經過調查得知，機床在使用過程中出現過刀架異常轉動問題。經密切觀察發現，三相異步在換刀時就發生了異常。從中可以確定，機床安裝時刀架電動機相序不正確，驗收人員沒有做好驗收工作也沒有進行測試，就直接進行安裝，導致安裝錯誤。為了使故障可以得到順利解決，需要調整刀架三相交流異步電動機相序。當數控刀架發生找不到某號刀位問題時，需要對霍爾元件狀態進行準確觀察。如果霍爾元件沒有信號存在，可能是線路連接出現了問題，或者霍爾元件無法發揮作用。在進行排除時沒有任何的復雜程序，可以快速判定。

（4）數控刀架的綜合故障

如果電氣與機械部分沒有任何故障存在，經過反復查找仍然無法確定故障位置時，需要將刀架機械電氣圖樣作為分析的重點。

在實際工作中曾出現過手動刀架換刀正常，自動換刀開始正常后續出現問題的故障，當該故障發生時機床加工程序也無法正常工作。在這種情況下，手動換刀沒有受到任何影響。重新啟動機床后，第一次自動換刀順利，但是后續再進行換刀就發生了異常問題。在手動和自動狀態下，霍爾元件均沒有問題，可以手動旋轉刀架。數控機床反饋信號檢測受到影響，而霍爾元件可以及時反饋信號。刀架在反饋信號時需要與微動開關配合，但是微動開關并沒有發出信號。經過深入的分析和研究可以確定，手動狀態下檢測反饋信號，可以滿足換刀方面的需要，順利完成換刀。在自動換刀狀態下，微動開關狀態檢測出現問題，微動開關發出信號時正是第一次動作完成時。在換刀過程中，機床等待信號出現中斷。測試微動開關與電路連接，沒有發現故障問題。微動開關在換刀過程中雖然執行動作，但并沒有發出信號。更換微動開關，經過試驗刀架可以良好運行，故障順利解決。

5 結束語

綜上所述，本文對數控刀架及其功能、四工位數控刀架的結構和控制原理為基礎，對數控機床故障進行了明確，其中刀架不轉動、刀架不停止轉動等故障最為常見，針對這些故障問題維修人員必須不斷加強學習，注重觀察，在實踐中靈活應用理論知識，結合以往經驗對具體故障進行科學分析，明確故障出現的準確原因，根據不同的原因采取正確的方法進行維修，使故障可以在短時間內順利解決，恢復車床的正常運轉。