数控车床自动刀架常见故障诊断与维修

经济型数控车床一般都配有自动回转刀架，现有的刀架结构主要是插销式和端齿盘式。由于刀架使用频繁，且各种型号规格的刀架质量参差不齐，所以故障率较高。一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也可能是电气、控制系统方面的原因。因此，根据不同的故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。本文以目前使用较多的端齿盘式四工位自动刀架为例，将可能出现的各种故障现象加以分析，并提出了对应的维修步骤和方法。 1 数控车床刀架工作原理     图1所示为经济型数控车床常用的四方刀架结构，其刀具转位信号由加工程序指定。其工作过程为：刀架抬起一刀架转位一刀架定位一夹紧刀架。     (1)刀架抬起     当数控机装置发出换刀指令后，电动机1启动正常，通过套筒连轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有螺纹，与蜗轮丝杠旋合，蜗轮与丝杠为整体结构。蜗轮丝扛内孔与刀架中心轴式间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，因此刀架体7抬起。     (2)刀架转位     当刀架体抬至一定距离后，刀架底座5和刀架体7的端面齿脱开，转位套9用销钉与蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动， 当端面齿完全脱开时转位套正好转过160。(如图所示)，球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。     (3)刀架定位     刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销15在弹簧力的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电动机1翻转。由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。     (4)夹紧刀架     电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，涡杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电动机1停止转动。译码装置由发信体13、14组成，电刷13负责发信号，电刷14负责位置判断，当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好发信体11与电刷14的相对位置。 2 刀架常见故障及其诊断维修     2.1刀架不能启动     (1)机械方面的原因     ① 刀架预紧力过大。当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。     ② 刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。     (2)电气方面的原因     ① 电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。     ② 变频器的正转输入端子和反转输入端子断线。     ③ 手动换刀正常、机控不换刀，应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I／0接口及刀架到位回答信号。     ④ 梯形图中正转输出信号Y0.0和反转输出信号Y0.1在输入有信号的情况下，输出为低电平，导致对应的继电器无输出。 2.2 刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动故障原因分析及维修方法：     ① 此位刀的霍尔元件损坏：确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输人指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对24V触点是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。     ② 此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号：检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。     ③ 系统的刀位信号接收电路有问题：当确定该刀位霍尔元件没问题， 以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。     2.3刀架锁不紧     故障原因分析及维修方法：     ① 发信盘位置没对正：拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。     ② 系统反锁时间不够长：调整系统反锁时间参数即可(新刀架反锁时间t=1.2s即可)。     ③ 机械锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。     2.4 刀架连续运转、到位不停     故障原因分析及维修方法：     ① 由于刀架能够连续运转 所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查；     ② 检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障；     ③ 可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。此时需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。     2.5刀架越位过冲或转不到位     (1)刀架越位过冲     此故障的机械原因可能性较大，主要是后靠装置不起征作用。     ① 首先检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧；     ② 其次，检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销；     ③ 若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。     (2)刀架运转不到位(有时中途位置突然停留)     此故障主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所至。     ① 首先重新调整发讯盘与弹性片触头位置并 定牢靠；     ②若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。     2.6输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动故障原因分析及维修方法：     ① 霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面， 手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架到位信号，然后马上反转刀架。此时，应检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置，调整发信盘位置使霍尔元件对正磁块。     ② 手动换刀键失灵，此时可直接更换手动换刀键。     2．7刀具的刀号与车床系统中显示的刀号不是同一把刀     故障原因分析及维修方法：     ① 这种情况一般发生在刀架被维修以后，因为维修而导致的新问题。一种可能是磁块位置不对；另外一种可能是刀架内电路的连接问题。     ② 部分刀架的磁块是在刀架的上盖中，此时修理后上盖的位置不能随便安装，一般在修理前为后面的安装作好记号， 当然也可以在维修后更换上盖位置寻找其正确的位置。     ③ 刀架电路问题一般不能通过简单的变换磁块位置来解决故障，现在只能变换接线头位置，作为维修者在维修前一定要注意刀架内各接线头的正确位置，有的维修者认为看到刀架内印有说明，搞清楚标明的各线色接线顺序，其实这还是不够的，除了顺序还要注意接头接在哪个线桩上才好，一般在知道各线顺序的情况下，将对应的两个线头用扣线等手段作好标号。     熟悉上面介绍的原因分析、检查方法及解决措施，有助于我们及时、有效地找到病源、对症下药，并迅速排除故障。经济型数控车床是比较常用的机床，在维修过程中要讲究的不仅是要修得好，而且还要修得快。要把机床维修工作做好，不仅仅是掌握好理论，更重要的是还要在实践中不断地总结提高，以积累丰富的维修实际经验，这样才能做到既快速又高效地对数控车床刀架问题进行维修。