淺談CKA6150數控車床電動刀架撞刀后故障分析及排除

宋雪梅

摘 要：CKA6150數控車床在使用過程中，由于操作失誤，經常會出現刀架撞刀現象。本文以LDB4-125（C6150）型四工位的三端齒定位機構方刀架為例，主要以數控車床在教學過程中一次嚴重的撞刀現象引發的刀架故障為切入點，分析刀架結構及工作原理，進行故障分析、故障判斷、故障維修。

關鍵詞：電動刀架；撞刀；霍爾元件；互換法

隨著科技技術的迅猛發展，自動化技術以其勢不可擋的態勢被應用到了各行行業當中，由此也推動了數控技術的廣泛應用。作為高精度高效率的數控設備之一，數控車床是綜合了自動控制、機械加工以及檢測與計算機和微電子技術于一身而形成的自動化設備，數控加工技術受到了制造業的青睞。然而，盡管當前數控車床不論是在效率、品質還是加工水平上都得到了較大的提升，然而隨著時間的推移，數控車床同樣存在著各種故障，而給數控車床的正常使用和操作人員的安全造成一定的威脅。我校的實訓車間使用的是CKA6150數控車床，在使用過程中經常會由于操作失誤，出現刀架撞刀現象。故障的大小程度不一，嚴重時會損壞刀架內部元件。雖然各廠家所生產的刀架的結構、尺寸各不相同，但無論是哪一類電動刀架，故障原因大多雷同，維修方法也可以互相參考。但如何才能盡快地解決刀架故障呢？首先要了解刀架的機械結構，熟悉其機械原理；其次要了解電氣原理，熟悉其電氣接線。這樣才能迅速判斷故障屬于機械故障還是電氣故障？下面我們就以此次故障中的LDB4-125（C6150）型四工位電動刀架為例進行論述。

1 故障起因

學生在實習加工過程中，粗心大意將程序編寫錯誤，導致在精加工時，造成在執行換刀過程中，刀具飛速撞上卡盤，致使主軸撞停，刀架扭轉近45度、卡死。

2 故障分析

故障分析前，我們先了解刀架結構及機械原理。

2.1 LDB4-125型刀架的結構

LDB4-125型刀架為典型的三端齒定位機構四工位自動回轉刀架，是經濟型數控車床普遍采用的類型，由銷盤、內端齒、外端齒盤組合成， 采用國際先進的三端齒精定位，蝸桿傳動，螺紋升降夾緊的工作原理。實現了上刀體轉位時無需抬起，從而排除了冷卻液及切削對刀架轉位時的侵擾，徹底可靠地解決了刀架的密封問題。同時電氣方面采用無觸點霍爾開關發訊，使用壽命長。

2.2 LDB4-125型刀架換刀過程及原理（FANUC系統）

該刀架可安裝四把不同的刀具，轉位信號由加工程序指定。程序中出現換刀指令，微機就發出換刀信號送給PMC，控制繼電器動作，電機正轉，通過蝸輪、蝸桿、螺桿將銷盤上升至一定高度時，離合銷進入離合盤槽，離合盤帶動離合銷，離合銷帶動銷盤，銷盤帶動上刀體轉位，當上刀體轉到程序中指定的刀位時，霍爾元件電路發出到位信號送給PMC，控制繼電器動作，電機反轉，反靠銷進入反靠盤槽，離合銷從離合盤槽中爬出，刀架完成粗定位。同時銷盤下降端齒嚙合，完成精定位，刀架鎖緊。反轉時間到，繼電器動作電機停止，并向微機發出回答信號，換刀結束。

2.3 故障原因分析

2.3.1 觀察并檢測

（1）觀察刀架體與刀架底座之間的四周間隙均勻。

（2）用手擺動刀架，無明顯的晃動現象。

（3）啟動換刀程序，電機啟動但刀架不能回轉，紋絲不動。

（4）用內六角扳手正轉蝸杠，刀架運動不靈活；反轉蝸桿，刀架不動。

2.3.2 故障判斷

刀架體與刀架底座之間四周間隙均勻，說明刀架中心軸無彎曲損壞；故障發生前正在執行換刀程序，電機正常工作沒有問題，且啟用換刀功能時，電機有啟動聲，可大膽排除電機故障；根據刀架抬升一段距離并扭轉近45度、啟動換刀功能刀架無回轉、用內六角扳手正轉蝸杠時刀架運動不靈活，反轉蝸桿，刀架不能轉動這幾方面的綜合現象，根據其內部機械結構，結合其機械工作原理，可初步判定為刀架內部機械發生故障。

3 故障維修

根據故障判斷，懷疑是刀架內部機械裝置損壞，進行刀架拆裝檢查。打開上蓋，拆下發信盤、霍爾元件、磁鋼、大螺母，發現機械內部有斷裂的反靠銷和螺栓。由此可診斷出刀架卡死的原因是因為撞刀后，在強大的外力作用下導致刀架內部的反靠銷發生斷裂，卡在粗定位盤槽和刀架體內。

4 故障排除及相應調試

由于沒有相應的零件可以用于維修，而現場有其他能正常使用的相同刀架，故采取了互換法，將其他正常使用的刀架拆下來，安裝到這臺數控車床上。安裝后，啟動換刀功能檢查回轉刀架，出現刀架旋轉不停，直至出現1012號報警（1002：T00L RUN OVERTIME OR NO SIGNAL），查看PMC的狀態，發現刀位信號沒有變化，也就是沒有到位信號輸出，懷疑霍爾元件損壞；重新換好霍爾元件，啟動換刀功能，刀架仍然旋轉不停，故障沒有排除，懷疑是I/O板的刀位信號出現問題，用萬用表檢測，發現電壓過低，沒有達到要求，重新換好I/O板，啟動換刀功能，檢查刀架是否正常，發現刀架不定期過位或不到位，調整霍爾元件與磁鋼的相對位置，換刀正常，刀架故障解除。最后，在加工之前采用試切的方式檢查，刀架的鎖緊力度正常，可以正常投入使用。此次維修則成功完成。

此次撞刀后刀架的故障既有機械故障也有電氣故障，大多數情況下，機械故障就是定位銷、反靠銷發生斷裂；電氣故障就是霍爾元件和I/O板上的接口發生故障，維修起來比較方便。

總之，數控車床在使用過程中，我們常見的故障有刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統顯示類、驅動類、通信類等故障，而其中刀架故障占有很大的比例。故障后機床暫時不能使用，這就造成了在時間上的人力、物力資源浪費。如果我們能對其進行一些基本的維修，便可節約成本，節省時間，創造一定的經濟效益。此次對刀架的維修時間較短，且維修過程也涉及了刀架的其他問題，為以后的刀架維修奠定了基礎。

參考文獻

[1]王敘.數控臥式車床立式回轉刀架的故障診斷維修及保養[J].建材發展導向，2013，（2）：7-8.

（作者單位：大連市技師學院）