數控車床換刀時無法識別刀具故障診斷與維修

威海職業學院 （山東 264210） 韓鴻鸞

威海某單位一臺數控車床在換刀時出現了刀架轉動不停，但找不到所換刀具的故障。據機床操作者描述，該故障已經持續近半年時間了，最初幾個月出現一次故障，后來一個月出現幾次故障，而最近發展到每次換刀都會出現這種故障。據了解，維修人員前幾次維修也沒有做什么實質性的維修，只要關機一段時間再開機故障就消除了；有時也打開機床檢查，并沒有發現故障，但把數控機床重新裝好后，故障就有可能解決。最近機床出現故障，采用上述方式故障并沒有解決。筆者應邀參與了故障的診斷與維修，現將維修過程講述出來，供讀者參考。

圖1 就近選刀

表1 局布變量定義

1. 檢查用戶程序

用戶程序若編寫成了一個死循環就有可能出現這樣的故障，該機床加工的零件不是很復雜，只用三把刀，分別是外圓刀、切斷刀和螺紋刀。通過反復檢查，該用戶程序沒有問題，但是當場編寫了一個換刀程序，故障雖然沒有解決，但該故障變成了時有時無的情況。

懷疑這種故障是針對固定的某把刀具，就把原先的T1、T2和T3換成了T4、T5和T6，故障雖然沒有完全消除，但有時能找到所要換的刀具。因根本原因沒有找到，若用12把刀的話，故障肯定還會出現，所以需要進一步進行維修。

2. 檢查PLC程序

該機床是二手機床，最初配置為SIEMENS 810C系統，后來由于配件買不到換成了802D系統，該機床的PLC控制如下：

（1）就近選刀。就近選刀如圖1所示，選刀流程如圖2所示，就近選刀子程序梯形圖如圖3所示，局布變量定義如表1所示。

圖2 選刀流程圖

圖3 就近選刀子程序梯形圖

（2）換刀。換刀流程如圖4所示，其子程序梯形圖如圖5所示，局布變量定義如表2所示，全局變量定義如表3所示。

表2 局布變量定義

表3 全局變量定義

通過檢查各種信號，發表信號狀態與理論值一樣（見圖5中標紅與標綠部分）。這就確定故障不在PLC部分。

3. 檢查機械部分

圖6所示為數控本車床用的臥式回轉刀架結構簡圖，其轉位換刀過程為：

（1）刀盤脫開。接收到數控系統的換刀指令→活塞9右腔進油→活塞推動軸承12連同刀架主軸6左移→動、靜鼠牙盤脫開，刀盤解除定位、夾緊。

（2）刀盤轉位。液壓馬達2起動→推動平板共軛分度凸輪→推動齒輪副5、4→刀架主軸6連同刀盤旋轉，刀盤轉位。

（3）刀盤定位夾緊活塞9左腔進油→刀架主軸6右移→動、靜鼠牙盤嚙合，實現定位夾緊。

該回轉刀架的夾緊與松開、刀盤的轉位均由液壓系統驅動、PLC順序控制來實現。11是安裝刀具的刀盤，它與刀架主軸6固定聯接。當刀架主軸6帶動刀盤旋轉時，其上的鼠牙盤13和固定在刀架上的鼠牙盤10脫開，旋轉到指定刀位后，刀盤的定位由鼠牙盤的嚙合來完成。

活塞9支承在一對推力球軸承7和12及雙列滾針軸承8上，它可帶動刀架主軸移動。當接到換刀指令時，活塞9及軸6在壓力油推動下向左移動，使鼠牙盤13與10脫開，液壓馬達2起動帶動平板共軛分度凸輪1轉動，經齒輪5和齒輪4帶動刀架主軸及刀盤旋轉。刀盤旋轉的準確位置，通過開關PRS1、PRS2、PRS3和PRS4的通斷組合來檢測確認。當刀盤旋轉到指定的刀位后，開關PRS7通電，向數控系統發出信號，指令液壓馬達停轉，這時壓力油推動活塞9向右移動，使鼠牙盤10和13嚙合，刀盤被定位夾緊。開關PRS6確認夾緊并向數控系統發出信號，于是刀架的轉位換刀循環完成。

圖4 換刀流程圖

圖5 換刀子程序梯形圖

圖6 數控車床回轉刀架結構簡圖

在數控車床的回轉刀架裝置中，采用了平板共軛分度凸輪機構，該機構將液壓馬達的連續回轉運動轉換成刀盤的分度運動。

經過仔細檢查沒有發現故障，運行換刀程序，有一個凸輪的凸起有點斜(見圖6b中標紅的部分)，檢查發現是用膠粘貼上的。

把同一型號廢舊的機床上的凸輪換上后，故障排除。同時筆者還總結出以下解決方法：①把檢測軸上的凸輪等換為圓光柵或光電編碼器等周向檢測元件，此方法雖然可以排除故障，但修改比較大。②買新的同型號的檢測凸輪換上即可。③加工一個凸輪換上，因為多個凸輪在一起，加工時要注意各個凸起的周向角度應與原件一樣（見圖6b中標綠的部分），同時要保證凸起的高度也要與原件一樣（見圖6b中標藍的部分）。

4. 結語

其實引起本文中描述的故障原因并不多見，在日常使用過程中，檢測元件與凸輪接觸不到（見圖6a中標紅的部分）更容易起本換刀時找不到刀的故障。若是在新機床驗收時出現此故障，一般是PLC故障或電氣故障造成的，在極少數情況下是機械故障與接近開關的原因。對于普通機床改造的數控機床，出現此類故障大都是機械方面造成的。對于正常應用的數控機床，也就是在偶發故障期出現的此類故障，一般是接近開關造成的。這類故障不是指接近開關壞了，而是接近開關到凸輪的距離太遠了，只要進行調整一下即可。

[1] 韓鴻鸞. 圖解數控機床機械結構維修從新手到高手[M]. 北京：化學工業出版社，2015.