經濟型數控車床電動方刀架常見故障的診斷

段明忠+王小華

摘要： 文章通過介紹經濟型數控車床電動方刀架的結構和工作原理，對常見數控系統的數控車床中電動方刀架常見故障進行詳細的分析與診斷，并找到解決此類故障的有效方法和手段。

Abstract： This paper is introducing the structure and operational principle of economical CNC lathe square rotary tool. And the analysis and diagnosis of the common faults of CNC lathe square rotary tool is made in detail. Finally the solutions to the similar faults are found.

關鍵詞： 數控車床；方刀架；霍爾元件；故障

Key words： CNC lathe；square rotary tool；hall element；faults

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0230-02

0 引言

隨著經濟的飛速發展，數控機床的應用越來越廣泛，數量已占到機床總量的三分之一以上，已經成為了各企業不可或缺的一個關鍵設備，不僅有效保證了產品質量，還大大提高了生產效益。數控機床融合了多項技術，包括液壓與氣動技術、可編程控制技術、檢測技術、控制技術、機械制造技術等，是典型的機電一體化的高科技產品。數控機床種類繁多，且融合了多項技術，使得其維修面臨較大困難，甚至因為維修困難直接影響到了數控機床的有效使用。數控機床中較為常見的一類有數控車床，它機械傳動結構較簡單，故障的多發部位集中在刀架系統、CNC裝置和伺服系統等。據統計數控車床刀架系統故障占整個數控車床故障的大約40%。由此可知，數控車床的故障處理必須在充分掌握數控車床刀架系統的維修規律和特點的基礎上。

1 方刀架的結構和工作原理

數控車床使用的刀架是數控機床中最為常見的一種自動換刀裝置，包括轉塔刀架、六角刀架、四方刀架等，即在其上裝有超過六把、六把或四把的刀具。數控車床對刀架具有一定要求，一方面為了能夠承受足夠的切削力，其剛度和強度必須良好，另一方面，回轉刀架在每次轉位的重復定位精度必須符合規范要求。刀架對于數控車床的重要性不言而喻，其結構形式多樣，本文重點分析了四方刀架（以下簡稱方刀架）的結構和工作原理。

數控車床方刀架能夠同時安裝四把不同的刀具，由加工程序指定轉位信號。LD4B型刀架內部結構如圖1所示，其工作原理是蝸輪蝸桿傳動，三齒盤嚙合螺桿鎖緊。具體工作程序是：當主機系統發出轉位信號后，刀架電動機轉動，從而帶動蝸桿11轉動，然后蝸桿11又帶動蝸輪7轉動，用鍵連接蝸輪7與螺桿9，夾緊輪14會由于螺桿9的轉動而逐漸往上抬，進而使三齒圈都松開，此時離合銷進入離合盤16的槽中，反靠盤10的槽子和反靠銷26這時也實現了脫離，上刀體15開始轉動，一旦其轉動到相應的刀位時，發訊盤24上的霍爾元件會對應磁鋼22，并發出到位信號。系統接收到該信號后，會做出一系列相應的動作，完成動作后，主機系統指令下一道工序。

在數控車床刀架安裝和調試完成后，刀架的工作順序應按照如圖2所示的步驟完成工作要求，同時要相應的輔助機構來實現。

2 方刀架常見故障的分析與診斷

多種原因都可能會導致數控車床刀架故障，故障現象常見的有以下幾種。通過這幾種故障現象的分析和診斷，我們可以找到方刀架故障維修的一般規律。

故障現象一：刀架鎖不緊。出現這種故障現象的原因可能是控制電路故障或刀架內部鎖刀反靠定位銷磨損，或者是機床參數中的刀架反鎖時間設置的太短、發信盤位置不準等。

面對此類故障，措施方法主要包括以下幾種：一若故障是由于系統反鎖時間不夠造成的，只需合理調整系統反鎖時間即可；二若是鎖緊機構故障，應將刀架拆開，調整機械，同時檢查反靠定位銷是否存在異常；三若是刀架強電控制部分中控制電機反鎖的接觸器故障，應檢查接觸器的線圈和各觸點是否異常；四若是存在發訊盤位置沒對正問題，應將刀架的頂蓋拆開，旋動并調整發訊盤位置，確保刀位停留在指定位置。

本文以配置FANUC 0i-TB系統的數控車床為例進行說明。在完成換刀指令后，該車床雖然能夠準確定位刀架，但是無法鎖緊反轉，且沒有收到報警指示，嚴重影響了機床的正常運行。為此，首先懷疑可能是存在機械故障，針對這類故障，維修人員拆卸刀架上的刀體，檢查反靠定位銷，發現定位銷存在一定磨損，但是并不影響機床的正常運行。之后懷疑可能是發訊盤與磁鋼之間沒有對好，拆下刀架的頂蓋后，多次調整發訊盤的位置，發現都無濟于事。然后開始懷疑是否是系統的反鎖時間不夠，并針對反鎖時間不夠采取了應對措施，但是問題并沒有因此得到解決。最后檢查刀架的控制電路，工作人員還繪制了機床的控制電路圖，如圖3所示，對各電器元件進行全面檢查，發現控制電機反轉的接觸器KM6線圈燒壞，從而造成了刀架無法反轉鎖緊。故障處理：更換燒壞的電器元件后，排除了故障，機床恢復了正常運行。

故障現象二：不換刀。若出現這種故障，首先應分析故障原因，判斷故障出現在機械部分還是電氣部分，具體的操作是換刀時，用手觸摸電機，感受是否存在振動，從而判斷是否為電機故障，若由此排除了電力故障，那么就確定是機械問題，通常都是刀架內部機械卡死或損壞問題，處理方式是將損壞零件更換掉即可。

下面以配置SAG210/2NC系統的數控車床為例進行說明。該車床在執行換刀指令時上刀架抬起但不轉動。與之配套的刀架為常州生產的LD4四工位電動方刀架。結合刀架的相關工作原理分析，導致上刀體無法轉動的原因很可能是粗定位銷在錐孔中卡死或斷裂。針對這種故障，具體的處理措施是：將電動機架拆開，更換新的定位銷，然后恢復刀架的正常運行，故障即可排除。此類故障屬于比較容易被診斷和排除的故障，在此不進行過多著墨。

故障現象多種多樣，除了上述幾種，還可能存在執行換刀指令時系統發出電動機過載報警、夾緊后無回答信號、機床無法控制選刀動作等故障現象，這些故障現象主要是由于機械卡死、電源相序不對所致、電路中繼電器接觸不良造成的，可分別加以調整、修復，使故障排除。

故障現象三：刀架不動。

若出現這種故障，針對不同原因應采取不同的排除方法，具體如下：

①電源無電或控制箱開關位置不對，檢查電動機是否存在異常；

②電動機相序反，檢查電動機是否反轉；

③夾緊力過大，應用6mm六角扳手插入蝸桿端部，順時針旋轉，若用力可轉動，但下一次仍出現了相同問題，可將電動機夾緊電流稍調?。ㄒ凑照f明書調整）；

④當用6mm六角扳手插入蝸桿端部順時針轉不動時，當屬機械卡死，應對癥下藥：1）觀察夾緊位置，檢查反靠定位銷是否在指定位置，若其不在指定位置，應采取必要的修正措施；2）檢查主軸螺母是否鎖死，若發現鎖死問題，應重新進行調整；3）檢查潤滑油情況，若存在潤滑不良問題，很容易造成旋轉零件研死，此時應進行拆開處理。

3 結論

刀架對于數控車床的正常運行而言至關重要，它是數控車床的一個重要裝置，其是否存在故障對于數控車床正常運行具有決定性影響，其一旦出現故障很容易造成設備事故，并可能造成人身傷害。分析以上幾例故障的排查過程，發現機械部分與普通機床相類似，其故障相對較容易排除，而電氣控制部分線路較為復雜，診斷和排除故障難度相對較大。因此，在具體的排除故障的過程中應綜合考慮機械和電氣兩方面，盡快將故障排除。

參考文獻：

[1]數控機床數控系統維修技術與實例[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]蔡厚道.數控機床構造[M].北京：北京理工大學出版社，2011.

[3]彭永忠.電動刀架的換刀原理及故障診斷[J].中國科技信息，2010（7）：121-123.

[4]朱仕學.數控機床系統故障診斷與維修[M].北京：清華大學出版社，2007.

[5]羅永順，曾偉民，甄任賀.普通機床數控化改造設計中關鍵問題的研究[J].機床與液壓，2005（06）.endprint