數控車床自動刀架旋轉停不下來的故障檢修

韋麗

摘要：現代制造業中，數控機床以先進的加工技術取代傳統的加工技術，有效地降低生產和管理成本，提高了加工工件的精度和質量。隨著數控機床的普及化應用，機床維護也成了機電一體化專業學生必須掌握的重要技能。在對數控機床故障分析和盤查過程中，通過GSK980TA系統提供PMC維修界面的信號狀態查詢、系統提供的各種監控診斷方法，分析自動換刀裝置電氣控制原理和電動刀架停不下來的常見故障，達到最快捷、最有效的機床維修效果。

關鍵詞：GSK980TA系統；LDB4型立式自動換刀裝置；霍爾傳感器；發信盤；人機界面；刀架旋轉停不下來 故障檢修

前言

掌握數控機床的原理及應用、快速地排除加工過程中機床的機械和電氣故障，可以保證數控機床安全、可靠、有效地進行自動化加工。本文以GSK980TA系統的CKA6150型數控車床為例，主要從介紹LDB4型立式自動換刀裝置的組成結構、換刀動作過程、電動機的電氣控制原理、霍爾傳感器的作用等基礎知識，通過GSK980TA系統提供PMC維修界面的信號狀態查詢，分析自動換刀裝置電氣控制原理和電動刀架停不下來的故障，來達到快捷最有效的機床維修效果，保障機械加工的順利進行。

一、GSK980TA系統的自動換刀裝置

刀架是數控車床加工過程中非常重要的部件，加工各種不同的零件必須安裝不同切削加工的刀具，CKA6150型數控車床中的LDB4型立式電動刀架是一種自動換刀裝置。

1.自動換刀裝置的結構

LDB4型立式電動刀架利用蝸桿傳動、三齒盤嚙合、螺桿鎖緊的機械傳動原理，刀體轉動到位信號由磁鐵與發詢盤的霍爾元件發出，LDB4型立式電動刀架是機電一體化緊密結合一種典型裝置。

LDB4型立式電動刀架有四個不同的刀位，可以安裝4把不同功能的刀具，四方刀架轉動90°時，刀具交換一個刀位。自動刀架采用三相交流電壓為380V的電動機控制，在刀架連續運行時，換刀的次數要求每分鐘不能超過6次，否則會燒毀電動機。

LDB4型立式電動刀架的結構如下圖

圖2所示，由驅動電動機、發信盤、霍爾元件、蝸桿、渦輪、絲桿套連接、絲桿套與動齒盤連接，動齒盤與上下齒盤嚙合，動齒盤的傳動銷外圓與傳動盤相接觸，動齒盤通過連接盤與四方刀架的磁鋼相連。

2.電動刀架工作原理

LDB4型立式電動刀架與系統相互作用，換刀動作如下圖圖5所示：從CNC控制面板按下手動換刀鍵----接到系統的換刀信號----電動機控制線路動作----刀架正轉----上刀體轉位----刀體到位----霍爾元件發出到位信號----系統收到刀位到位信號，發送電動機換向轉動信號----電動機控制線路動作----刀架反轉----粗定位----精準定位---刀具夾緊----電動機停轉----回答信號----按工序順序繼續加工的一系列動作過程。

霍爾元件作為刀體轉動到位后，發送信號到系統，系統接收信號后發出停止轉動指令，同時發送電動機延時反轉指令，起到了承上啟下的關鍵轉換性作用。一旦霍爾元件反應不靈敏、失靈或者損壞，這種關鍵性的轉換會被打破，電動機和整個系統的加工工序會被打亂、失控。

電動刀架換刀的電氣控制，一是控制自動刀架正反轉的三相異步電動機，通過電動機的正反轉動作，來控制刀架的轉位和鎖緊；二是霍爾傳感器與磁鋼組成的發信盤，刀具轉動到位后，霍爾傳感器檢測信號后發送給系統處理。

二、LDB4型立式電動刀架停不下來的典型故障與分析

機床的自動化程度提高后，使用了大量的電氣控制，特別是自動換刀裝置，使用頻繁，故障發生率多，利用GSK980TA系統提供PMC維修界面，對LDB4型立式電動刀架停不下來的典型故障進行分析，排除故障，減少故障停機時間，提高設備的無故障運行時間。

故障案例：2015年初，我校從大連機床廠引進了6臺GSK980TA系統的CKA6150型數控車床，投入數車加工專業的實習教學使用，經過調試后的機床一直正常地進行加工。2016年5月12日，學生在5號機床進行零件車削加工時，需要更換刀具，在MDI方式下按下手動換刀鍵，啟動換刀程序T0103更換刀，數控車床電動刀架一直旋轉停不下來，PMC界面出現代碼為05的報警內容，輸入其他換刀程序指令，其余刀位T0101、T0102、T0104均能正常換刀。

故障分析：自動換刀裝置的刀架能夠正轉，其他刀位均能正常換刀，初步可以判斷刀架內部傳動機構部分沒有卡賭現象，排除機械方面原因引起的故障，引起刀架T0103一直旋轉停不下來的原因，主要在電氣控制部件上。

依據外部信息報警代碼05，查詢資料可知：報警的原因是由于換刀時間過長，系統收不到刀架的到位信號，因而發出超時報警。刀架在尋找刀位信號的過程中，只有在目標刀位3號刀信號與當前刀位一致時，霍爾傳感器發送刀位信號至系統，系統才會使刀架停止正轉，開始換方向反轉。如果刀架停不下，說明指定的3號刀信號丟失，霍爾傳感器沒有接收到位信號，引起刀架持續找刀，PMC程序始終進行目標刀位與前刀位比較，沒有刀位停止信號發出，導致刀架在三相異步電動機的帶動下連續正轉運行，當正轉時間超過系統設定的10秒鐘后，刀架發出報警并且停止。

檢測方法與維修步驟：

結合現場情況，打開PMC診斷畫面，到PMC維護，觀察刀位的變化情況。正常狀態下的刀架有一位是低電平0，其余三個位高電平1。如果四位相同，那么刀架信號異常，會產生不能換刀的故障，則需要檢查發信盤與電氣控制線路。按照系統電路圖與機床電路圖的工作原理，對電動刀架電動機的控制線路進行檢測，檢查刀架線路。

1.觀察PMC診斷畫面的刀位輸入信號

打開PMC診斷畫面，到PMC信號診斷界面，輸入刀號，觀察X3.2刀位有無變化，如圖3所示：

如果X3.2刀位有輸入刀位信號變化，檢查PMC程序或參數設定，說明是PMC程序或參數設定超出設定范圍，將程序或參數設定為正常值即可。可以判斷系統收不到刀架的到位信號造成，或者Ta的時間不合理，重新設置診斷參數DGM.076—DGM.079的換刀時間。

沒有刀位輸入信號變化，則可判斷刀位輸入信號沒有輸入PMC程序做處理，則需要根據電氣控制原理圖，用萬用表對外部信號電路作進一步的檢測。經觀察X3.2刀位如上圖，一直處于1的狀態，故需要仔細檢查主機系統以外的電氣控制回路。

2.檢查外圍信號電路

·控制刀架反轉的主電路中，交流接觸器KM6不動作，檢查外部電路元件和刀架反轉的控制元件KM6。用萬用表測量三相電源進線端電壓，電源電路正常值為AC380V。

·控制刀架反轉的控制線路，中間繼電器KA5不動作。用萬用表測量中間繼電器KA5的線圈兩端電壓，電源電路正常值為DC24V。

·測量發信盤3號故障刀位與DC24V之間的電壓值。

如圖10所示打開發信盤，松開螺母，取下塑料護罩，使磁鋼接觸到傳感器霍爾元件的3號故障刀位，觀察PMC信號診斷界面刀位輸入信號變化狀態。如圖4所示，用萬用表檢測該故障刀位信號觸點與+24V觸點之間的電壓值。

如果有24V電壓值，說明發信盤與霍爾元件沒有故障，則是此刀位的信號線----系統----系統輸出信號電路----刀架輸入信號這個環節中有斷路現象，致使系統無法檢測到刀位到位信號，或者系統已發出轉位信號刀架接收不到反轉信號。根據電氣原理圖，檢查該故障刀位點與系統連接的連接、系統輸出線----KA5----KM6線圈回路的斷線點，將斷線正常連接好即可。

如果沒有24V電壓值，可以判斷此刀位沒有發送到位信號，檢查發信盤中的霍爾元件和磁鋼。

3. 故障處理方法

經過測量，發信盤3號故障刀位與DC24V之間沒有電壓值，可以判斷此刀位沒有發送到位信號。檢查發信盤中的霍爾元件，霍爾元件周圍有油污，在加工過程中的冷卻液與油污沒有及時清理，導致油污阻斷了霍爾元件接收和傳送信號的能力，進而影響了3號刀位在對應位置也不能發出到位信號，系統無法接收到刀架的到位轉換信號而一直旋轉尋找信號。

拆卸自動刀架裝置的頂蓋，發現霍爾元件上有油污和臟物，清理霍爾元件周圍的臟物，重新裝上霍爾元件。

三、LDB4型立式電動刀架停不下來的故障原因與維修方法

通過以上典型故障分析與檢測，LDB4型立式電動刀架停不下來的故障原因與維修方法總結如下：

1.主機系統的PMC程序或參數設定錯誤

在PMC維護畫面的狀態表中，相應刀位有輸入刀位信號變化，即正常狀態下的刀架有一位是低電平0，其余三個位高電平1，輸入刀位信號正常，主機系統接收到霍爾傳感器的到位信號。則需要檢查PMC程序或參數設定，故障原因是PMC程序或參數設定超出設定范圍，Ta的時間設置不合理。

維修方法：到PMC程序的參數設定界面，將程序或參數設定為正常值，重新設置診斷參數DGM.076—DGM.079的換刀時間。

2.主機系統外圍信號電路故障

故障分析：在PMC維護畫面的狀態表中，如果故障刀位沒有輸入刀位信號變化，四個刀位信號都是處于高電平1狀態，那么刀架信號異常，則需要按照系統電路圖與機床電路圖的工作原理，使用萬用表，需要依據電氣控制圖逐一檢測發信盤與電氣控制線路外部電路。

檢測方法：使用萬用表測量，檢測故障刀位點與DC+24V之間的電壓變化值。

（1）故障刀位點與+24V直流電之間有24V電壓

故障分析：說明發信盤能檢測到刀架到位信號，并且能發送到位信號。故障可能會在電路中，即刀位信號線到主機系統、主機系統----刀架正反轉控制的電動機回路----發信盤電路均可能有斷路。

檢測方法：三相異步電動機正反轉正常有否，檢查外部電路元件KM6的主電路，測量三相電源進線端和交流接觸器輸出端電壓，正常值是AC380V。中間繼電器的控制電路動作正常有否，檢查中間繼電器的控制電路，測量KA5線圈電壓，正常值是24V；刀架至發信盤的連接是否有斷路情況。

處理方法：找到故障點，將導線與連接點按規定作正確的連接。

（2）故障刀位點對+24V直流電之間沒有電壓

故障分析：說明主機系統沒有接收到發信盤的刀位到位信號，發信盤沒有接收和發出信號，發信盤的霍爾傳感器檢測不到信號或者不能發送信號。

處理方法：如上面的典型故障的檢測法，拆卸刀架發信盤的頂蓋，檢查霍爾傳感器和磁鋼。

霍爾元件故障

故障分析：霍爾傳感器的檢測和傳送信號的能力出了問題，進而影響了3號刀位在對應位置也不能檢測到信號，系統接收到刀架的到位轉換信號而一直旋轉尋找信號。

處理方法：霍爾元件損壞則需更換新元件；如果沒有損壞，只是有油污臟物，清理元件，恢復原樣即可。

磁鋼位置不合適

故障分析：檢查磁鋼位置，磁鋼正確的位置應在霍爾元件附件，磁鋼與霍爾元件對應才能檢查到刀位信號，如果位置錯開、不對應，則霍爾元件將檢測不到信號。

處理方法：拆開發信盤，在刀架轉動過程中，移動磁鋼至霍爾元件旁邊，觀察PMC界面發信盤的刀位信號有否發生變化。如果PMC界面發信盤的刀位信號有變化，調整磁鋼在正確的位置上。（磁鋼拆卸后，重新裝上時，要注意磁鋼的極性。）

磁鋼沒有磁性或者磁性不夠強

故障分析：如果磁鋼與霍爾元件的位置對應，也沒有檢測到信號，說明磁鋼有問題，應測試磁鋼的磁力強弱。

處理方法：用鐵磁物質靠近磁鋼，如果不能相互吸引，可以確定磁鋼沒有磁性；如果能吸引但吸引力不大，可以確定磁鋼磁性太弱，更換磁鋼即可。

參考文獻

[1]李宏盛編寫 高等教育出版社 《機床數控技術及其應用》ISBN 7-04-009961-6 .

[2]周成東 朱玉娥編寫 北京理工大學出版社 《數控機床裝調維修技術》ISBN 978-7-5682-1409-4 .

（作者單位：廣西壯族自治區桂林技師學院）