自动回转刀架典型故障的分析与排除

摘 要：数控车床是目前使用量最大，最广泛的数控机床，在机械制造中占有非常重要的位置，其自动回转刀架是数控车床的关键部件之一，直接影响数控车床的切削性能和工作效率，掌握数控车床自动回转刀架的结构及常见故障的分析与排除十分重要。

关键词：数控车床；自动回转刀架；故障

中图分类号：TG51 文献标识码：A

一、概述

数控车床是目前国内外使用量最大，最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%，在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。

自动回转刀架是数控车床的关键部件之一，它用来安装各种切削加工刀具，直接影响数控车床的切削性能和工作效率。自动回转刀架是普遍采用的换刀方式，常用方刀架和转塔式回转刀架，一般采用4-12工位自动回转刀架。

二、自动回转刀架的基本结构原理

1. 结构组成与动作循环

典型的数控转塔刀架一般有动力源（电极或油缸，液压马达）、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台（刀盘）、动力刀座等组成。

数控转塔刀架的动作循环为：

T指令（换刀指令）刀盘放松（抬起）转位 刀位检测预分度精确定位刀具锁紧结束，答复信号。

2.回转刀架的基本结构原理

当数控系统发出换刀指令后，通过接口电路使电机正转， 经传动装置2、驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8 ，将刀盘松开并抬起，直至两定位多齿盘4、5 脱离啮合状态，然后由插销带动刀盘转位，数控装置发出的换刀指令使霍尔开关10 中的某一个选通，当磁性板11 与被选通的霍尔开关对齐后，霍尔开关反馈信号使电机反转，插销7 向预分度盘上的分度槽6 反靠实现预分度， 刀盘停止转动， 电机继续反转， 通过丝杆机构8使刀盘移到多齿盘4、5 重新啮合， 实现精确定位。多齿盘啮合精确定位后， 电机应能停止反转。例如， 四位自动回转刀架回转电机反转1. 5s 后， 由数控装置自动停止， 防止电机不停反转而过载毁坏。

图1 自动回转刀架结构

1.涡轮蜗杆机构 2.传动轴 3.挡屑板 4.下齿盘 5.上齿盘 6.预分度槽 7.插销 8.丝杠螺母 9.反靠槽 10.霍尔开关 11.磁铁板

三、自动回转刀架故障分析与排除

对于刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠工作。刀架一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也有可能是电气、控制系 统方面的原因。因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。

故障现象一：刀架不能启动

1.机械方面的原因

（1）刀架预紧力过大。

（2）刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以处理。

2. 电器方面的原因

（1）电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，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。

（2）电源通，电机反转。可确定为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除。

（3）手动换刀正常、机控不换刀。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。

故障现象二：刀架连续运转、到位不停

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。

1.检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。

此时可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接，是否需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。

2. 当仅出现某号刀不能定位时，则一般是由于该号刀位线断路所至。

故障现象三：刀架越位过冲或转不到位

刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起征作用。

1.检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。

2.检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。

3. 出现刀架运转不到位（有时中途位置突然停留），主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所至。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。

4.若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。

故障现象四：刀架不能正常夹紧

出现该故障时应当:

1.检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置。

2. 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，则应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。

其它故障现象

除以上故障外，有时还出现：无法机控选刀、夹紧后无回答信号、启动或松开手控按纽刀架返原来位置等故障现象。出现这些故障的主要原因是电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对所致，可分别读其加以调整、修复，使故障排除。

结语

在数控机床使用过程中，难免会出现各种故障，在日常故障中，我们常见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。维修数控机床结构和控制电路比较复杂。掌握一些数控设备维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间， 以降低维修成本。

参考文献

[1]郑小年.数控机床故障诊断与维修[M].武汉:华中科技大学出版社.2005.

[2]田宏宇.数控机床与数控技术[M].北京:希望电子出版社.2006.

[3]吴海燕.数控机床机械维修[M]. 北京.中国电力出版社.2008.