13換刀異常故障診斷與維修

1、第4章 學習情境三換刀異常故障診斷與維修41 刀架的結構及控制411 刀架的作用、結構及工作原理數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多種加工工序，以縮短輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。數(shù)控車床上的回轉刀架就是一種簡單的自動換刀裝置，屬于數(shù)控車床上的關鍵功能部件，一旦出現(xiàn)問題，整個設備將無法工作，而且刀架故障在數(shù)控車床故障中占有很大比例，雖然各廠家所生產的刀架結構、尺寸各異，不同數(shù)控車床生產廠家安裝的刀架也有所不同，但無論是哪一類刀架，故障原因大多雷同，維修方法也可以互相參考。為此，及時排除刀架故障，懂得部分維修手段是必要的。但如何才能盡快地解決刀架故障呢？首先我們要

2、了解刀架的結構，熟悉其機械結構和電氣控制原理，才能快速判斷故障所在。1刀架的作用及結構刀架主要用來裝夾多把不同的車刀，在數(shù)控車床零件加工生產過程中，有些零件需要多把車刀來同一零件的加工，數(shù)控車床裝電動刀架可以實現(xiàn)在零件加工過程中，通過編寫加工程序，由數(shù)控系統(tǒng)自動控制車床煥刀來完成零件加工。如圖41為立式四方電動刀架結構： 圖41 立式四方電動刀架結構1、17軸 2蝸輪 3刀座 4密封圈 5、6齒盤 7、24壓蓋8刀架 9、21套筒 10軸套 11墊圈 12螺母 13銷 14底盤15軸承 16聯(lián)軸器 18套 19蝸桿 20、25開關 22彈簧 23電動機2電動刀架的工作原理（1）松開：刀架電動機

3、與刀架內一蝸桿相連，刀架電動機轉動時與蝸桿配套的渦輪轉動，此渦輪與一條絲杠為一體的（稱為“渦輪絲杠”）當絲杠轉動時會上升（與絲杠旋合的螺母與刀架是一體的，當松開時刀架不動作，所以絲杠會上升），絲杠上升后使位于絲杠上端的壓板上升即松開刀架；（2）換刀：刀架松開后，絲杠繼續(xù)轉動刀架在摩擦力的作用下與絲杠一起轉動即換刀；（3）定位:在刀架的每一個刀位上有一個用永磁鐵做的感應器，當轉到系統(tǒng)所需的刀位時，磁感應器發(fā)出信號，刀架電動機開始反轉：、（4）鎖緊：刀架是用類似于棘輪的機構裝的只能沿一個方向旋轉，當絲杠反轉時刀架不能動作，絲杠就帶著壓板向下運動將刀架鎖緊，換刀完成。電動機的反轉時間是系統(tǒng)參數(shù)設定的

4、，設置時間不能太長也不能太短，反轉鎖緊時間過長損壞電機；反轉鎖緊時間過短刀架可能鎖不緊。檢驗刀架是否鎖緊的方法為：用百分表靠緊刀架，人為的扳動刀架，百分表指針浮動不應超出0.01mm。412 刀架接口與控制1gsk980td數(shù)控系統(tǒng)通過xs40接口與刀架控制信號連接，接口定義如圖42所示。圖42 xs40機床輸入接口2換刀控制相關信號 t01t04：14號刀刀位信號，機床cnc； t05t08：58號刀刀位信號，機床cnc，標準plc程序定義的t05t08信號接口為復用接口，t05與spen信號共用同一接口，t07與m41i、 wqpj信號共用同一接口，t08與m42i、nqpj信號共用同一接

5、口；復用接口同時只能一個功能有效；tcp：刀架鎖緊信號，標準plc程序定義的tcp信號接口為復用接口，tcp與pres（壓力檢測信號）信號共用同一接口； tl+、tl-：刀架正轉、反轉信號。 3換刀方式 換刀的控制時序、控制邏輯由plc程序定義。標準plc程序定義了四種換刀方式，具體如下： （1）換刀方式a 在手動、mdi或自動方式下，執(zhí)行換刀，cnc輸出刀架正轉信號（tl+），并開始檢測刀位信號，在檢測到刀位信號后關閉刀架正轉信號（tl+），并開始檢測刀位信號是否有跳變，若有跳變則輸出刀架反轉信號（tl-），刀架反轉信號（tl-）輸出后開始檢測鎖緊信號tcp，當接收到此信號后，延遲數(shù)據(jù)參數(shù)0

6、85設置的時間，關閉刀架反轉信號(tl-)，換刀結束。（2）換刀方式a(帶到位檢測) 換刀過程基本同換刀方式a，僅增加了刀位確認這一環(huán)節(jié)，cnc停止輸出刀架反轉信號的瞬間檢測確認刀位信號（即當前的刀位輸入信號是否與當前的刀號一致），若一致，換刀過程完成，若不一致，cnc出現(xiàn)“換刀未完成”報警。（3）換刀方式b 1）執(zhí)行換刀操作后，系統(tǒng)輸出刀架正轉信號tl并開始檢測刀具到位信號，檢測到刀具到位信號后，關閉tl輸出，延遲數(shù)據(jù)參數(shù)082設定的時間后輸出刀架反轉信號tl-。然后檢查鎖緊信號tcp，當接收到此信號后，延遲數(shù)據(jù)參數(shù)085設置的時間，關閉刀架反轉信號(tl-)，換刀結束； 2）當系統(tǒng)輸出刀架

7、反轉信號后，在數(shù)據(jù)參數(shù)083設定的時間內，如果系統(tǒng)沒有接收到tcp信號，系統(tǒng)將產生報警并關閉刀架反轉信號； 3）若刀架無刀架鎖緊信號，可把狀態(tài)參數(shù)011的bit0(tcps)設定為0，此時刀架鎖緊信號一直有效（一直與+24v斷開）。（4）換刀方式b(帶到位檢測) 換刀過程基本和換刀方式b相同，僅增加了刀位確認這一環(huán)節(jié)：cnc停止輸出刀架反轉信號tl-的瞬間檢測確認刀位信號（即當前的刀位輸入信號是否與當前的刀號一致），若一致，換刀過程完成，若不一致，cnc出現(xiàn)“換刀未完成”報警。4刀架調試廣州gsk980td數(shù)控系統(tǒng)可支持各種刀架，具體參數(shù)設定由機床的說明書為準；如該刀架是48工位電動刀架，刀位

8、信號直接輸入，正向旋轉選刀，反向旋轉鎖緊。 首次上電進行換刀時，如果刀架不轉動，可能是由于刀架電機的三相電源的相序連接不正確，此時應立即按復位鍵，切斷電源并檢查接線，如為三相電源的相序連接不正確造成，可調換三相電源中的任意兩相。 刀架到位信號高/低電平選擇由狀態(tài)參數(shù)011的bit1位（tsgn）設置，診斷信息no.005的bit7（tl-）和bit6（tl+）檢查刀架的正/反轉輸出信號是否有效， 診斷信息no.000的bit0bit3位（t01t04）檢查t01t04刀位信號是否有效。 413 數(shù)控系統(tǒng)刀架參數(shù)1刀架控制信號參數(shù)011bdecbd8zniktsgnbit71：反向間隙補償方式b

9、，補償數(shù)據(jù)以升降速方式輸出，設置頻率無效；0：反向間隙補償方式a，以設置頻率（狀態(tài)參數(shù)no.010設置）或設置頻率的1/8輸出。bit61：反向間隙補償以設置頻率的1/8進行補償； 0：反向間隙補償以設置頻率進行補償。bit21：執(zhí)行回零操作時方向鍵自鎖，按一次方向鍵回零繼續(xù)直至結束；0：執(zhí)行回零操作時方向鍵不自鎖，必須一直按住方向鍵。bit11：刀位信號低電平（與+24v斷開）有效；0：刀位信號低電平（與+24v接通）有效。182pb6pb5bit21：換刀結束時檢查刀位信號；0：換刀結束時不檢查刀位信號。bit01：換刀方式a；0：換刀方式b。2刀架時間參數(shù)076t1maxt換刀時，移動一

10、刀位所需的時間上限；設定范圍：1005000（單位；毫秒）078tlmaxt換刀時，移動最多刀位的時間上限；設定范圍：100060000（單位；毫秒）082t1time換刀t1時間：刀架正轉停止到刀架反轉鎖緊開始的延遲時間；設定范圍：04000（單位：毫秒）083tcpwrnt2：未接收到刀架鎖緊tcp信號的報警時間；設定范圍：04000（單位：毫秒）084tmax總刀位數(shù)選擇；設定范圍：132085tcptime刀架反轉鎖緊時間；設定范圍：040000（單位：毫秒）3刀架診斷參數(shù)000tcpdiqpxdecbdtt04t03t02t01腳號xs39.12xs39.11xs40.1xs40.2

11、xs40.3xs40.4xs40.5xs40.6tcp：刀架鎖緊信號/壓力低檢測信號（機床plc）diqp：卡盤控制信號（機床plc）xdec：x軸回參考點減速信號（機床cnc）bdt：程序選跳信號（機床plc）t04：刀位信t03：刀位信號t3（機床plc）t03：刀位信號t3（機床plc）t02：刀位信號t2（機床plc）t01：刀位信號t1（機床plc）005tl-tl+doqpsdotwss04s03s02s01腳號xs40.13xs40.12xs39.10xs39.9xs39.8xs39.14xs39.1xs39.5tl+：刀架反轉信號（plc機床）tl-：刀架正轉信號（plc機床）

12、doqps：卡盤松開信號（plc機床）dotws：尾座退信號（plc機床）s04：主軸轉速開關量控制信號s04（plc機床）s03：主軸轉速開關量控制信號s03（plc機床）s02：主軸轉速開關量控制信號s02（plc機床）s01：主軸轉速開關量控制信號s01（plc機床）42 刀架的具體控制電路1刀架控制主電路刀架控制主電路如圖43所示，刀架電動機的三相電源通過開關qf3接入，由接觸器km3和km4分別控制刀架電動機的正反轉，從而實現(xiàn)電動刀架的換刀與鎖緊：圖43 刀架控制主電路2刀架的控制電路刀架的控制電路如圖44和45所示： 圖44 數(shù)控系統(tǒng)上電控制圖圖45 數(shù)控機床刀架控制電路3數(shù)控刀架

13、工作原理分析：（1）刀位檢測部分刀位檢測電路是由霍爾元件、上拉電阻和相關的輔助電路、刀架定位感應磁鐵等組成。系統(tǒng)xs40接口23腳輸出24v電壓通過r1、r2、r3、r4上拉電阻接到xs40接口的第6、5、4、3腳，作為1、2、3、4號刀位的檢測電平，當系統(tǒng)上電工作時刀架上的磁鐵對應著相應的刀號檢測霍爾元件，相應的霍爾元件導通，把相應的檢測端口電平拉低。（2）換刀過程數(shù)控系統(tǒng)解析程序如果有換刀指令則向plc發(fā)出換刀指令，plc接受到換刀指令后檢測xs40接口的刀位信號，如果當前刀位是系統(tǒng)所需的刀位，則plc把信號反饋給系統(tǒng)顯示當前刀位，系統(tǒng)不再發(fā)出換刀指令執(zhí)行下一段程序。如果當前刀位不是系統(tǒng)所

14、需的刀位則向plc作出換刀指令，xs40接口的12腳為低電平，繼電器ka3吸合交流接觸器km3吸合，刀架電機帶動刀架正轉換刀，當?shù)都苻D動時到達相應的刀位時相應的霍爾元件為低電平，plc檢測到相應的刀位電平的變化把信號發(fā)給系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出停止換刀命令，xs40接口第12腳為高電平ka3斷電、km3斷電刀架停止換刀，接著系統(tǒng)發(fā)出刀架反夾緊轉命令，xs40接口的第13腳為低電平，繼電器ka4吸合交流接觸器km4吸合，刀架電機反轉到達系統(tǒng)參數(shù)設定的時間后，sx40接口13腳為高電平，ka4斷電、km4斷電，換刀結束。43 數(shù)控車床刀架常見故障維修實例4.3.1 典型故障分析例1 故障現(xiàn)象：電動刀架鎖不緊

15、故障分析與處理：（1）發(fā)信盤位置沒對正 :拆開刀架的頂蓋，旋動并調整發(fā)信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁鋼，使刀位停在準確位置。（2）系統(tǒng)反鎖時間不夠:調整系統(tǒng)反鎖時間數(shù)即可（新刀架反鎖時間.2即可）。（3）鎖緊機構故障 :拆開刀架，調整機械，并檢查定位銷是否折斷.例2 故障現(xiàn)象：電動刀架某一位刀號轉不停，其余刀位可以轉動故障分析與處理：（1）此位刀的霍爾元件損壞:確認是哪個刀位使刀架轉不停，在系統(tǒng)上輸入轉動該刀位，用萬用表量該刀位觸點對+24v觸點是否有變化，若無變化，可判定為該位刀霍爾元件損壞，更換發(fā)信盤或霍爾元件（2）此刀位信號線斷路，造成系統(tǒng)無法檢測到位信號:檢查該刀位信號與系統(tǒng)的連線是

16、否存在斷路，正確連接即可（3）系統(tǒng)的刀位信號接收電路有問題:當確定該刀位霍爾元件沒問題，以及該刀位信號與系統(tǒng)的連線也沒問題的情況下更換主板例3 故障現(xiàn)象：刀架連續(xù)運轉、到位不停故障分析與處理：由于刀架能夠連續(xù)運轉，所以，機械方面出現(xiàn)故障的可能性較小，主要從電氣方面檢查：檢查刀架到位信號是否發(fā)出，若沒有到位信號，則是發(fā)訊盤故障?？蓹z查：發(fā)訊盤彈性觸頭是否磨壞、發(fā)訊盤地線是否斷路或接觸不良或漏接。此時需要更換彈性片觸頭或重修，針對其線路中的繼電器接觸情況、到位開關接觸情況、線路連接情況相應地進行線路故障排除。4.3.2 其它故障分析1電動刀架的每個刀位都轉不停電動刀架的每個刀位都轉不停故障分析與處

17、理如表41所示：表41 電動刀架的每個刀位都轉不停故障分析與處理故障原因處理方法系統(tǒng)無+24v、com輸出用萬用表測量系統(tǒng)出線端，看這兩端輸出電壓是否正常存在，若電壓不存在，則為系統(tǒng)故障，需更換主板或送廠維修系統(tǒng)有+24v、com輸出，但與刀架發(fā)信盤連接斷路；或是+24v對com地短路用萬用表檢查刀架上的+24v、com地與系統(tǒng)的接線是否存在斷路；檢查+24v是否對com地短路，將+24v電壓降低系統(tǒng)有+24、com輸出，連接正常，發(fā)信盤的發(fā)信電路板上+24v和com接地回路有斷路發(fā)信盤長期處于潮濕環(huán)境造成線路氧化斷路，用焊錫或導線重新連接刀位上+24v電壓低偏，電路上的上拉電阻開路用萬用表測

18、量每個刀位上的電壓是否正常，如果偏低，檢查上拉電阻，若是開路，則更換1/4w2k上拉電阻系統(tǒng)反轉控制信號tl-無輸出用萬用表測量系統(tǒng)出線端，看這一端的輸出 電壓是否正?；虼嬖冢綦妷翰淮嬖?，則為系統(tǒng)故障，需更換主板或關廠維修系統(tǒng)有反轉信號tl-輸出，但與刀架電機之間的回路存在問題檢查各中間連線是否存在斷路，檢查各觸點是否接觸不良，檢查強電柜內直流繼電器和交流接觸器是否損壞刀位電平信號參數(shù)未設置好檢查系統(tǒng)參數(shù)刀位高電平檢測參數(shù)是否正常，修改參數(shù)霍爾元件損壞在對刀位無斷路的情況下，若所對的刀位線有低電平輸出，則霍爾元件無損壞，否則需要更換刀架發(fā)信盤或其上的霍爾元件。一般四個霍爾元件同時損壞的機率很

19、小磁塊故障，磁塊無磁性或磁性不強更換磁塊或增強磁性。若磁塊在刀架抬起時位置太高，則需調整磁塊的位置，使磁塊對正霍爾元件2電動刀架不轉電動刀架不轉故障分析與處理如表42所示：表42 電動刀架不轉故障分析與處理故障原因處理方法刀架電機三相反相或缺相將刀架電機線中兩條互調或檢查外部供電系統(tǒng)的正轉控制信號tl+無輸出用萬用表測量系統(tǒng)出線端，量度+24v和tl+兩觸點，同時手動換刀，看這兩點的輸出電壓是否有+24v，若電壓不存在，則為系統(tǒng)故障，需送廠維修或更換相關ic元器件系統(tǒng)的正轉控制信號tl-輸出正常，但控制信號這一回路存在斷路或元件損壞檢查正轉控制信號線是否斷路，檢查這一回路各觸點接觸是否良好；檢

20、查直流繼電器或交流接觸器是否損壞刀架電機無電源供給檢查刀架電機電源供給回路是否存在斷路，各觸點是否接觸良好，強電電氣元件是否有損壞；檢查熔斷器是否熔斷上拉電阻未接入將刀位輸入信號接上2k上拉電阻，若不接此電阻，刀架似乎表現(xiàn)為不轉，實際上的動作為先進行正轉后立即反轉，使刀架看似不動機械卡死手搖使刀架轉動，通過松緊程度判斷是否卡死，若是，則需拆開刀架，調整機械，加入潤滑液反鎖時間過長造成的機械卡死在機械上放松刀架，然后通過系統(tǒng)參數(shù)調節(jié)刀架反轉時間刀架電機損壞拆開好架電機，轉動刀架，看電機是否轉動，若不轉動，再確定線路沒問題時，更換刀架電機刀架電機進水造成電機短路烘干電機，加裝防護，做好絕緣措施3刀架鎖不緊刀架鎖不緊故障分析與處理如表43所示：表43 刀架鎖不緊故障分析與處理故障原因處理方法發(fā)信盤位置沒對正拆開刀架蓋，旋動并調整發(fā)信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁塊，使刀位停在準確位置系統(tǒng)反鎖時間不夠長調整系統(tǒng)反鎖時間參數(shù)機械鎖緊機構故障拆開刀架，調整鎖緊機構，檢查定位銷是否折斷4刀架某一位刀轉不停刀架某一位刀轉不停故障分析與處理如表44所示：表44 刀架某一位刀轉不停故障分析與處理故障原因處理方法此刀位的霍