數(shù)控立床自動(dòng)轉(zhuǎn)位四方刀臺(tái)換刀原理及故障診斷

關(guān)進(jìn)良，陳宏亮，戰(zhàn)祥鑫，李成龍，楊天宇

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

0 引言

數(shù)控立式車床（簡(jiǎn)稱為“數(shù)控立車”）可對(duì)各種黑色金屬、有色金屬和部分非金屬材料進(jìn)行車削加工，具有車內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、平面、圓弧曲面、以及車螺紋等功能。自動(dòng)轉(zhuǎn)位四方刀臺(tái)（簡(jiǎn)稱“四方刀臺(tái)”）是數(shù)控立車的關(guān)鍵部件，一般設(shè)置在機(jī)床的垂直刀架滑枕上，起到節(jié)約手動(dòng)換刀時(shí)間，提高加工效率的作用。但是，四方刀臺(tái)在機(jī)床運(yùn)行中頻繁轉(zhuǎn)位換刀，且工作環(huán)境比較惡劣，故障率較高，約占整臺(tái)機(jī)床的60%，直接影響著機(jī)床正常工作，以CK5116 系列型號(hào)數(shù)控立車為例，研究機(jī)床四方刀臺(tái)（圖1）換刀原理和故障診斷方法，提高維修效率和設(shè)備利用率。

1 自動(dòng)轉(zhuǎn)位四方刀臺(tái)介紹

該刀臺(tái)可安裝4 把刀具，既能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)換刀，又可通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀控制。采用液壓放松，液壓轉(zhuǎn)位，液壓夾緊來完成刀臺(tái)轉(zhuǎn)位的全過程，其中由電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4 來進(jìn)行液壓系統(tǒng)的油路控制，每通電1 次，自動(dòng)轉(zhuǎn)換1 個(gè)刀位。開機(jī)且當(dāng)液壓系統(tǒng)正常后，壓力繼電器SP1（四方刀臺(tái)加緊壓力檢測(cè)）觸電閉合，指示燈亮，表明刀臺(tái)處于夾緊狀態(tài)，這時(shí)4 個(gè)刀臺(tái)相對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)SQ15、SQ16、SQ17、SQ18 其中1 個(gè)被壓下，同時(shí)，夾緊行程開關(guān)SQ20 被壓合。

2 自動(dòng)轉(zhuǎn)位四方刀臺(tái)換刀原理

2.1 手動(dòng)換刀原理

手動(dòng)刀臺(tái)轉(zhuǎn)位，可按壓轉(zhuǎn)位按鈕，當(dāng)PMC 接到此信號(hào)后，即控制電磁閥YV2、YV4 得電動(dòng)作（見表1），刀臺(tái)開始放松，當(dāng)被壓下的刀位行程開關(guān)SQ20（夾緊檢測(cè)）釋放后，經(jīng)過PMC 內(nèi)部延時(shí)3 s 后，控制電磁閥YV1 得電動(dòng)作，刀臺(tái)開始轉(zhuǎn)位，當(dāng)旋轉(zhuǎn)90°后，齒條油缸的齒棒推動(dòng)撞塊壓合行程開關(guān)SQ19（撞塊行程到位檢測(cè)），這時(shí)PMC 輸出信號(hào)使YV2 失電，整個(gè)刀臺(tái)轉(zhuǎn)位過程完成，并為下1 次循環(huán)做好準(zhǔn)備。按壓1 次按鈕轉(zhuǎn)1 個(gè)刀位。在刀臺(tái)轉(zhuǎn)位過程中，按鈕站上的指示燈滅，轉(zhuǎn)位完成后亮。

2.2 自動(dòng)換刀原理

當(dāng)機(jī)床處于自動(dòng)加工（AUTO）方式時(shí)，可在程序中輸入T**代碼對(duì)到位進(jìn)行預(yù)選，代 碼 T01、T02、T03、T04 分別對(duì)應(yīng)1、2、3、4號(hào)刀位，當(dāng)程序執(zhí)行到“換刀”段時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)CNC 一旦讀入T 代碼后經(jīng)過80 ms 延時(shí)，向PMC 發(fā)出“TF”信號(hào)，則PMC 輸出信號(hào)控制刀臺(tái)完成放松、旋轉(zhuǎn)、夾緊循環(huán)，直到選到予選的“刀位”。當(dāng)?shù)杜_(tái)轉(zhuǎn)位完成后，則PMC 向CNC 發(fā)出換刀完成信號(hào)“FIN”則CNC 繼續(xù)執(zhí)行其它程序，T 代碼一直保持到重新指定新的內(nèi)容為止。

3 典型故障診斷分析

（1）故障現(xiàn)象：某CK5116E 數(shù)控單柱立式車床，四方刀臺(tái)在手動(dòng)（JOG）方式下?lián)Q刀時(shí)，刀臺(tái)“放松”動(dòng)作完成后沒有轉(zhuǎn)位，造成換刀失敗，且無任何報(bào)警。

（2）故障分析及解決方案：該機(jī)床采用FANUC 0-T 數(shù)控系統(tǒng)，帶有能裝4 把刀的自動(dòng)轉(zhuǎn)位四方刀臺(tái)，沒有轉(zhuǎn)位動(dòng)作的可能原因是放松不到位或者刀臺(tái)轉(zhuǎn)位條件不滿足。借助FANUC 系統(tǒng)中的PMC，查看刀臺(tái)放松檢測(cè)開關(guān)地址（X18.7）信號(hào)，結(jié)果為1，說明放松已到位，已排除此種原因。

圖1 四方刀臺(tái)

表1 四方刀臺(tái)轉(zhuǎn)位換刀動(dòng)作順序表

從表1 得知，刀臺(tái)轉(zhuǎn)位的前提是電磁閥YV1 得電，而YV1得電的前提是繼電器KA24 的常開觸點(diǎn)吸合（見圖2），檢查KA24 常開觸點(diǎn)沒有吸合，線圈沒有得電。同時(shí)，通過查閱機(jī)床電氣說明書得知，PMC 的輸出信號(hào)Y53.2 控制繼電器KA24 的線圈，通過四方刀臺(tái)相關(guān)PMC 控制程序（見圖3）發(fā)現(xiàn)Y53.2 不通（信號(hào)狀態(tài)為0），才導(dǎo)致KA24 繼電器線圈沒有得電，Y53.2為0 是因?yàn)镽456.0 為0，以此類推（R456.0 為0←R402.5 為1←X22.7 為1），找出最終原因是因?yàn)樾谐涕_關(guān)（SQ17）對(duì)應(yīng)的X22.7 信號(hào)為1，但是在刀臺(tái)放松狀態(tài)下X22.7 本應(yīng)該為0（夾緊后才變?yōu)?），故障定位是行程開關(guān)損壞，更換該行程開關(guān)后故障順利排除。

圖2 四方刀臺(tái)轉(zhuǎn)位控制電氣原理

（3）改進(jìn)措施：在圖3 的PMC 程序中增加報(bào)警程序（虛線矩形框中），其中X18.7 刀臺(tái)放松時(shí)后續(xù)再出現(xiàn)此類故障時(shí)，系統(tǒng)顯示器上便彈出相應(yīng)報(bào)警，可起到快速定位故障的作用，從而節(jié)省大量的排查故障時(shí)間。

圖3 四方刀臺(tái)PMC 控制程序

4 結(jié)語

數(shù)控立車換刀裝置（如：自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀臺(tái)、斗笠式刀庫(kù)等）是典型的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)，在排除此類故障時(shí)，清楚換刀過程和換刀原理能起到事半功倍的作用。四方刀臺(tái)故障主要出現(xiàn)在液壓閥、電磁閥、各類行程開關(guān)以及傳感器等幾個(gè)方面，可利用相關(guān)PMC 程序和地址信號(hào)狀態(tài)分析比較復(fù)雜的故障，逐步化繁為簡(jiǎn)，各個(gè)擊破，直到把故障縮小到某一步上，從而提高故障診斷和維修效率。