数控车床电动刀架典型故障诊断与维修

【摘要】针对数控车床在使用过程中电动刀架经常出现的常见典型故障，以LEB4系列电动刀架为例，通过对数控车床刀架的结构与工作原理的阐述，并以其在日常生产中遇到的常见故障为依据，剖析了生产中刀架出现的故障，并提出相应的维修方案。

【关键词】数控车床；电动刀架；典型故障；维修

数控车床越来越被广泛的应用于机械加工行业，数控车床的大量使用带来了更大的问题：故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。数控车床常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等，其中刀架故障占有相当大的比例，常常包括电器方面、机械方面以及液压方面的问题。

一、LDB4系列电动刀架工作原理

操作者向数控机床输入换刀指令，指令传递给微机，微机发出换刀信号，由此控制刀架继电器动作，电动机继电器闭合，刀架电动机18正转，电动机通过蜗杆24、涡轮23、螺杆4将刀架销盘3上升至一定高度时，离合销15进入离合盘5槽中，离合盘带动离合销、离合销带动销盘、销盘带动上刀架体14转位，当上刀体转到所需到位时，霍尔元件发出刀位信号，电动机反转，反靠销16进入反靠盘17槽中，离合销15从离合盘5槽中爬出，刀架完成粗定位。同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。（15T）刀架反转时间到，继电器断开动作，电动机停止。（3/5T）延时继电器动作，切断电源、电动机停转，向微机发出回答信号，加工程序开始。

二、电动刀架发信盘工作原理

（1）发信盘内部结构和工作原理。四工位发信盘共有六个接线端子，两个端子为直流电源端，其余四个端子按顺序分别接四个刀位所对应的霍尔元件的控制端，根据霍尔传感器的输出信号来识别和感知刀具的位置状态。当程序指令刀架更换2号刀具时，刀架电机驱动刀架旋转；当在刀架上的磁钢到达发信盘的2号位置时，霍尔元件就会发出开关信号给CNC系统刀架位置控制接口，确定刀具已到达确定位置并锁住刀架，发信盘的主要器件构成是霍尔器件。（2）霍尔器件结构和检测。刀架发信盘内部核心元件是霍尔器件（Hall-effect devices），它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级集成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压信号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适合于在矩形或者柱形磁体下工作。数控车床电动刀架的发信盘通常采用3020型霍尔开关器件，采用TO-92T封装，标识面为磁极工作面。检测霍尔开关器件时，将器件的1、2引脚分别接到直流稳压电源（可选20 V）的正负极，指针式万用表在电阻档（0）上，黑表笔接3引脚，红表笔接2引脚，此时万用表的指针没有明显偏转。当用磁铁贴近霍尔器件标志面时，指针有明显的偏转（若无偏转可将磁铁调换一面再试），磁铁离开指针又恢复原来位置，表明该器件完好，否则该器件已坏。

三、典型故障诊断与维修

（1）故障现象：刀架转不到位。故障检查与分析：发讯盘触点与弹簧片触点错位，应检查发讯盘夹紧螺母是否松动。排除措施：重新调整发寻盘与弹簧触点位置，锁紧螺母。（2）故障现象：刀架定位不准。故障检查与分析：电动刀架旋转后不能正常定位，且选择刀号出错。根据检查判断，怀疑是电动刀架的定位检测元件――霍尔开关损坏。拆开电动刀架的端盖，检查霍尔元件开关时，发现该元件的电路板松动。排除措施：重新将松动的电路板按刀号调整好，即将4个霍尔元件开关与感应元件逐一对应，然后锁紧螺母，故障排除。（3）故障现象：电动刀架锁不紧。故障检查与分析：一是发信盘位置没对正：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。二是系统反锁时间不够：调整系统反锁时间数即可（新刀架反锁时间t＝1.2s即可）。三是锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。四是故障现象：刀架不转位（一般系统会提示架位置信号错误）。

故障检查与分析：刀架继电器过载后断开。刀架电动机380V相位错误。由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。刀架电动机三相电缺相。刀架位置信号所用的24V电源故障。刀架体内中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动机不能带动刀架转动。拆下零件检查原因，发现由于刀架转位带来的震动，使得螺钉松动，定位键长时间承受正反方向的切向力，得寸进尺定位键损坏，螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴向力，使其转动不得。控制系统内的“系统位置板”故障，刀架到位后，“系统位置板”应能检测到刀架位置信号。 排除措施：检查机床强电线路，拆开刀架，调整推力球轴承向间隙，更换损坏零件，检查24V电源，更换“系统位置板”。

数控机床的故障多种多样，电动刀架的控制涉及机械、低压电器、PLC\传感器等多科知识，这给维修带来了困难。维修人员应熟知刀架的机械结构与控制原理以及常用测量工具的使用方法，根据故障现象，剖析原因，确定合理的诊断与检测步骤，以便迅速排除故障。

参 考 文 献

[1]朱仕学．数控系统故障诊断与维修[M]．北京：清华大学出版社，2007

[2]陈仕华，段文艳．数控车床刀架发信盘的故障诊断与维修[J]．机床电器．2010（4）