龍門刨床無走刀維修案例分析

馬慧張軍宋杰

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽621900）

0 引言

龍門刨床主要用于精加工各種機械的大中型零件，刨削水平面、垂直面、傾斜面及各種平面的導軌面。該機床具有牢固的剛度，工作臺切削和返回行程的速度可以獨立無極調整，調整時不必停車，電氣化程度較高，其電氣系統采用一套全數字直流調速系統。在控制設計時，對受控對象進行研究分析，采用與之相匹配的控制器件，大大提高了整個系統的穩定性，降低了系統故障率。

1 故障現象

龍門刨床在使用過程中，左刀架進刀機構無法進刀。

2 故障分析及處理

從龍門刨床的結構、功能出發，對整個故障進行了分析，并提出了解決方案，最終解決了問題。

2.1 機床結構、功能及控制原理

機床結構如圖1所示，垂直進刀和側刀架進刀結構和工作原理基本上是相同的。進刀量分為兩檔，當六爪撥叉的撞塊碰到固定制子時進刀停止，雙向超越離合器外環空轉，直到電機停止。進刀電機反轉以使進刀機構復位，快速移動時，進刀電機連續運轉，不經過雙向超越離合器，而是由靠近渦輪爪型離合器直接傳動，為了防止由于誤操作導致設備損壞，離心摩擦離合器和快速移動進刀等有聯鎖開關。

采用PLC（可編程控制器）進行電氣邏輯控制，保證機床可靠地自動工作，工作臺往復一次后，刀架自動進給，后退行程中，刀架自動抬起，工作臺在行程末尾進行減速、反向等運動的自動變換。

圖1 機床結構圖

圖2 梯形圖

此龍門刨的電氣系統采用了一套全數字直流調速系統，用于將直流電供給給它勵式直流電動機的電樞和磁場，從而實現四象限運行的控制；交流控制采用了PLC邏輯控制，其中進刀控制是由PLC的輸出點Y2，經過交流接觸器KM5控制電機實現的。

龍門刨床刀架工作過程中，需要承受較大切削力，且經常承受沖擊，摩擦較快，由于磨損增大了配合面間隙，刀架剛度會大大降低，影響加工精度，甚至導致機構不能工作。為此，檢查刀架消隙裝置，通過調整鑲條間隙已經達到最小，但還是不能進刀。因此，進一步檢查進刀機構控制邏輯。

2.2 故障分析及處理

進刀裝置不進刀原因有很多，根據原理，如圖2所示，包括輸入點X17是否未輸入，工作臺自動聯鎖Y20是否準備就緒，Y3互鎖是否復位，最終PLC內部輸出M5是否有輸出等等，這些因素都會影響進刀控制。若M5有輸出，Y3也在停止位置，工作臺聯鎖Y20有輸出，輸出點Y2就應該有輸出，然后KM5得電（圖3），進刀有動作。

圖3 電氣原理圖

通過對元件及線路檢查，各點狀態正常，接線也未發現問題，這時檢查PLC，表面上看PLC輸出點Y2有指示燈亮，但接觸器KM5無動作，試著更換新接觸器進行觀察動作，依舊沒有進刀。然后對PLC在線進行監控，PLC程序正常，Y2輸出正常，檢查線圈電壓還是沒有220 V（此接觸器線圈電壓為220 V），懷疑PLC輸出點有問題，檢查輸出點沒有電壓，說明Y2點實際并未輸出。初步確定，不進刀故障系PLC內部輸出模塊損壞導致。

針對自動化較強的機電設備，在進行整體方案設計時，要考慮到后續故障的排查，同樣要有適當的I/O備用點，針對這次故障，將輸出點Y2更換到備用點Y70，問題即可解決。但是，該機床在今后的使用中還有可能燒毀PLC輸出點，日后潛在的故障還有可能發生，如果頻繁燒點，只有更換整機，成本很高，加上此設備承擔重要的科研任務，時間上或許更是麻煩。那么我們試著分析故障原因：PLC輸出端對電源有具體要求，根據輸出負載的性質，它有不同的保護電路，回路中存在感性負載時，頻繁啟停，電流瞬間很大，產生一個尖峰，就可能損壞輸出模塊。為了有效防止類似故障再發生，加裝一個小型交流繼電器KA，使PLC的輸出直接控制其動作，再由繼電器控制KM5（圖4），進而控制進刀電機動作。這樣就改變了負載大小，減輕了輸出模塊的負擔，能減少故障的發生。

3 結語

圖4 改進后原理圖

根據進刀控制頻繁動作的特點，改進機床原設計，將PLC輸出負載由大電流接觸器改為小電流繼電器過渡下控制接觸器，降低了PLC負荷，從而保護了PLC模塊，降低了機床故障概率。

對任何設備，出現故障及時維修是必要的，但分析故障發生的原因，必要時對設備進行合理的調整和改進，消除故障隱患，避免故障的重復發生，才真正是維修好了設備，才能使設備發揮出最大效能。本文根據機床結構、控制原理、實踐經驗對故障檢修過程及檢修過程中的測試數據進行故障原因分析，在故障原因分析的基礎上找到具體故障點，然后得出了故障處理的技術路線及方法。