数控车床四工位回转刀架的故障诊断与维护

摘 要：分析了数控车床四工位回转刀架的工作原理，机械传动原理，发信盘的原理及应用，深刻总结了故障检查与排除分析的方法以及一般四工位刀架的故障诊断与维修实例和刀架的维护。

关键词：数控车床；四工位回转刀架；维修

数控车床是机电一体化的高技术产品，是在机械制造业要求产品高精度、高质量、高生产率、低消耗、多品种产品生产实现自动化生产的结果。机械制造业是国民经济的支柱产业之一，在机械加工中，产品是经过一道道工序、多次换刀与一系列动作逐步累加而成型的。随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。数控刀架作为数控车床必须的功能部件，其直接影响机床的性能和可靠性。发生故障是难免的，如机械锈蚀、机械磨损，电子元器件老化、插件接触不良，软件丢失或本身有隐患、灰尘等，我们在日常生活中做好刀架的维护，可提高刀架的使用寿命。

一、四工位回转刀架的工作原理

1.四工位回转刀架的传动简图和换刀过程

本刀架采用蜗轮蜗杆转动，上下齿盘啮合螺杆锁紧，转位时采用无触点霍尔元件发信的工作原理。

换刀过程：

（1）松开 刀架电机与刀架内一蜗杆连接，刀架电机转动时与蜗杆配套的蜗轮转动，当丝杠转动时刀架会上升，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，丝杠继续转动，刀架在与丝杠一起转动即换刀。

（3）定位 在刀架的每个刀位上有一个永磁铁做的感应器，当转到系统所需要的刀位时，磁感应器就发出信号，刀架电动机开始反转。

（4）锁紧 刀架用类似与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。

2.四工位刀架发信盘

发信盘上有4只霍尔元件，每只霍尔元件开关都有三个引脚，第一脚接+12V电源，第二脚接地，第三脚为输出。转位是刀架带动磁铁旋转，当磁铁对准某一个霍尔元件开关时，其第三脚输出低电平，当磁铁离开时输出高电平。4只霍尔元件开关输出的4个刀位信号T1～T4分别送到4只光耦合进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片。

刀架上每个霍尔元件都正对一个刀位，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通，将刀架位置发送到PLC的数字输入。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器连通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。

二、四工位回转刀架的故障诊断方法

我们要学习车床刀架的诊断首先要明白一个概念：故障是指系统在规定时间和规定的条件内失去规定的功能。根据四工位回转刀架的工作原理，其主要由系统控制，机械传动和电机传动来完成一系列的动作。那我们就可以根据这几个方面来诊断故障。

1.诊断内容

动作诊断：监视刀架动作部分，判定动作不良的部位；

状态诊断：当刀架运行时，观察运行状态；

操作诊断：监视操作错误和程序错误；

数控系统故障自诊断；

2.故障的总结与分析

通过对故障的诊断，结合对整个刀架的工作的组成和工作原理。分析出故障发生的原因以及大概有哪些零件不正常工作而导致故障的产生。

3.故障的排查

得出故障产生的原因，总结经验根据自己所学的知识，自己所拥有的经验排查问题；选择合适的维修方法；找到问题的所在，在一定范围内考虑经济条件，生产条件，现阶段的工作环境采取最适当的方法去解决问题。

三、数控车床回转刀架的诊断与维修案例

例1、 故障现象：刀架不能启动

故障分析：根据故障现象结合四工位回转刀架的工作原理。能引发此类故障的原因大概分三个方面：一是软件方面，由于刀架的控制是有数控机床plc与参数一同控制，plc与参数的改变都可能导致此类现象的产生。二是机械方面，刀架预紧力过大能导致刀架内部机械卡死。三是电器方面，电源不通电机不转。

故障排除：通过了对故障的分析之后我们当适当的总结，根据分析的内容总结出简单而有效的方案来排除故障，最终查出故障的来源。根据以上故障分析：应当先排查软件也就是plc与参数控制，软件的排查方便、快速、准确。我们可通过查维修手册看出参数的变化。如果参数是正确的，我就会想到是不是电器的问题，去检测熔芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。

手动换刀正常、不能自动换刀。此时应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号。如果电器也没问题那就检测机械，当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动， 而用力时可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。

例2、 故障现象：刀架不能正常夹紧

故障分析：出现此故障时， 首先检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置。其次从电路分析，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，我们则应从机械方面考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。

故障排除：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铁，使刀位停在准确位置；系统反锁时间不够长：调整系统反锁时间参数即可；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；系统的刀位信号接收电路有问题：如果该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。

四、数控车床四工位回转刀架的维护

维修不能单纯的理解为发生故障时，及时的排除故障，使其尽早投入使用，而且还包括正确使用和日常维护，其中包括：每次上下班清扫散落在刀架表面上的灰尘和切屑；及时清理刀架体上的异物，防止其进入刀架内部；严禁撞击、挤压和刀架的连线；保持刀架的良好；刀架的预紧力大小要调节适度；定期检查刀架内部机械以防止其不能正常夹紧或机械卡死。我们在日常的使用过程中按照以上要求去做，则可增加刀架的使用寿命。■

参考文献

[1] 《数控机床装调维修工》 化学工业出版社 主编 韩鸿鸾 出版日期2011

[2] 《数控机床调试、使用与维护 》 化学工业出版社 主编 王刚 出版日期2006

[3] 《数控机床床故障诊断与维修》 机械工业出版社 主编 王爱玲 出版日期 2006

[4] 《数控机床故障检测与维修问答》 机械工业出版社 主编 郑国伟 出版日期 2003