数控车床电动刀架故障分析及处理方法

摘要：以西门子802C经济型数控车床为例，对其常见的刀架故障进行原因分析及处理，并着重指出了电动刀架的故障分析要从系统、电气、机械、参数等方面综合考虑，达到快速有效的排除故障。

关键词：四工位刀架；PLC及电气；参数；故障分析

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2012）13019001

1引言

数控刀架属于数控车床上的关键功能部件，一旦出现问题，整个设备将无法工作，而且刀架故障在数控车床故障中占有很大比例，虽然各厂家所生产的刀架结构、尺寸各异，但无论是哪一类刀架，故障原因大多相同，维修方法也可以互相参考。下面我们以西门子802C刀架常见故障为例来进行分析，也可以为其它型号的刀架故障分析及处理提供参考。

2常见故障现象

（1）无论是手动换刀还是指令换刀，刀架不转。

（2）电动刀架换刀时，某一刀位到位不停，不能完成换刀，其余刀位换刀正常。

（3）电动刀架锁不紧。

3相关知识

3.1电动刀架的动作过程

刀架由电动机、蜗轮蜗杆机构，传动轴，蜗杆，下齿盘，上齿盘，定位槽，插销，丝杠螺母机构，反靠槽，霍尔开关，磁性板霍尔元件电路或干簧管、微动开关电路等组成。

电动刀架的动作过程是：

（1）松开：刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架；

（2）换刀：刀架松开后，丝杠继续转动刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动即换刀；

（3）定位:在刀架的每一个刀位上有一个用永磁铁做的感应器，当转到系统所需的刀位时，磁感应器发出信号，刀架电动机开始反转；

（4）锁紧：刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，当丝杠反转时刀架不能动作，丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成（电动机的反转时间是系统参数设定的，不能过长不能太短，太短刀架不能锁紧，太长电动机容易烧坏）。

3.2电动刀架的电气控制

图1 强电电路图2接触器电路

图3PLC的输入输出刀架的换刀过程是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算，实现刀架的顺序控制。西门子802C数控车床采用的电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；如图1所示。图2是刀架控制的交流控制回路，主要是通过KA3、KA4的闭合与断开来控制两个交流接触器KM3、KM4的导通和关闭，来实现图1中的强电控制；弱电部分主要由位置传感器——发讯盘采用霍尔传感器发讯，如图3所示，这个模块是PLC的输入输出控制回路，整个过程的控制是由这个模块来完成的。该电动刀架的电动机采用三相异步电机。

3.3PLC刀架程序

当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床控制面板得到换刀指令后，控制刀架电机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。如果刀架的实际位置等于指令刀具的位置，PLC应用程序控制刀架电机反转锁紧，并启动延时控制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。换刀子程序如下：

作者简介：李忠慧（1958-），女，吉林辽源人，工程师，1989年毕业于阜新矿业学院矿山机械专业，现就职于吉林省辽源矿业（集团）兴达公司，从事技术工作。本子程序控制由霍尔元件作为位置检测的简易车床刀架。子程序的两个输出控制两个接触器实现刀架电机的正转和反转。刀架正转为寻找刀具，刀架反转为锁紧定位。

在自动或者MDA方式下可以通过T编程指令启动自动换刀，也可在手动方式下，利用手动换刀键启动换刀。一个短绌的按键可以换相邻的一个刀具。在刀架转动过程中，接口信号“读入禁止”（V32000006.1），“进给保持”（V32000006.1）自动置位。直到换刀结束。这样在换刀过程没有完成时，加工程序停止等待换刀结束。在急停、刀架电机过载、或程序测试生效等情况下，换刀被禁止。

3.4有关刀架参数说明

另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。

Tmax：刀架刀位数（只允许输入4工位或6工位，其他数值均被认为刀架无效）。

M-time：选刀时间（刀架电机顺时针旋转时为选刀过程）。

C-time：刀架锁紧时间（逆时针旋转时为锁紧过程，一般根据具体刀架，可设为1～1.6s左右）。

T-key：手动换刀键

Ovload：刀架电机过载

T-cw：刀架正转输出

T-ccw刀架反转输出

T-LED：刀架工作状态显示

4故障分析与维修

4.1对于故障现象1，故障分析与维修

正常情况下换刀指令发出后，由PLC输出的信号Q0.4或Q0.5应输出为1，此信号使接触器KM3或KM4吸合，刀架应开始动作，那么出现这种刀架不转的主要原因有以下几种:

（1）刀架内部机械卡死。

（2）电机三相电压不平衡或绕组不平衡，或绕组对地短路，三相电源某处松动，引起电机电流过大，使保护的电机QS跳闸。

（3）PLC正转输出Q0.4和反转Q0.5无输出。

（4）PLC正常输出，检查相关接口电路接线端子是否松脱或断路。

4.2对于故障现象2，故障分析与维修

由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查。正常情况下换刀指令发出后，刀架应开始换刀，换到所需刀位后，由检测元件发出刀具到位信号，刀架反转锁紧。那么出现这种到位不停故障的，故障应锁定在检测输入电路。主要原因有以下几种:

（1）此位刀的霍尔元件损坏——确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入转动该刀位，用万用表量该刀位触点对+24V触点是否有变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换霍尔元件。

（2）此位刀信号线断路，造成系统无法检测到位信号——检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。

4.3对于故障现象3，故障分析与维修

（1）发信盘位置没对正:拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。

（2）系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间t＝1.2s即可）。

（3）机械锁紧机构故障:拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。

5总结

本文从西门子802C电动刀架的动作过程、电气原理、刀架的PLC控制以及参数等方面分析了数控车床的换刀控制过程，要迅速排除数控车床的刀架故障，维修人员首先必须熟练掌握刀架相关的知识，根据故障现象仔细分析、检查，就果循因，便能及时、有效地找到故障源，对症下药，迅速排除故障。

参考文献

［1］李善术主编 .数控机床及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［2］西门子802C简明调试手册［Z］. 机床生产厂商文献，2000.

［3］刘树青主编.数控机床故障诊断与维修［M］.北京：人民邮电出版社，2010.