數(shù)控車床螺旋型四工位電動刀架的換刀原理及故障診斷

彭永忠 永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 425000

1、前言

目前我國的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床刀架以電動刀架為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。電動刀架是數(shù)控車床重要的組成部分之一，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與精度的一致性等；另外，加工工藝的適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高，尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活、方便地完成各種復(fù)雜零件的加工。

2、電動刀架的換刀原理

圖1 螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)圖

圖2 螺旋型四工位刀架控制原理圖

圖1所示為螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)，主要由上刀體、蝸輪、下刀體、轉(zhuǎn)盤、蝸桿等組成；圖2所示為螺旋型四工位刀架控制原理。四工位電動刀架一般采用單相交流電動機(jī)作為其控制電機(jī)，刀位檢測信號為四個霍爾元件。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時，首先繼電器K1動作，換刀電動機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使上刀體上升。當(dāng)上刀體上升到一定的高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。刀架上方的發(fā)信盤中對應(yīng)的每個刀位都安裝有一個霍爾開關(guān)，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某刀位時，該刀位的霍爾開關(guān)向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號進(jìn)行比較，當(dāng)兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合，換刀電動機(jī)反轉(zhuǎn)，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下，蝸桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤咬合，完成精定位，并通過蝸輪和蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。此時，數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放，換刀電動機(jī)停轉(zhuǎn)，從而完成換刀動作。

3、數(shù)控車電動床刀架故障及診斷

現(xiàn)以目前使用較多的螺旋型四工位自動刀架可能出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象加以分析，確定其排除方法。其它類型的刀架，雖其結(jié)構(gòu)、尺寸、元器件型號等各有差異，但故障原因大多雷同，也可參照此法加以排除。

3.1 刀架不能啟動

（1）機(jī)械方面的原因

①刀架預(yù)緊力過大

當(dāng)用六角扳手插入蝸桿端部旋轉(zhuǎn)時不易轉(zhuǎn)動，而用力時，可以轉(zhuǎn)動，但下次夾緊后刀架仍不能啟動。此種現(xiàn)象出現(xiàn)，可確定刀架不能啟動的原因是預(yù)緊力過大，可通過調(diào)小刀架電機(jī)夾緊電流排除之。

②刀架內(nèi)部機(jī)械卡死

當(dāng)從蝸桿端部轉(zhuǎn)動蝸桿時，順時針方向轉(zhuǎn)不動，其原因是機(jī)械卡死。首先，檢查夾緊裝置反靠定位銷是否在反靠棘輪槽內(nèi)，若在，則需將反靠棘輪與螺桿連接銷孔回轉(zhuǎn)一個角度重新打孔連接；其次，檢查主軸螺母是否鎖死，如螺母鎖死，應(yīng)重新調(diào)整；再次，由于潤滑不良造成旋轉(zhuǎn)件研死，此時，應(yīng)拆開，觀察實際情況，加以潤滑處理。

（2）電器方面的原因

①電源不通、電機(jī)不轉(zhuǎn)

檢查溶芯是否完好、電源開關(guān)是否良好接通、開關(guān)位置是否正確。當(dāng)用萬用表測量電容時，電壓值是否在規(guī)定范圍內(nèi)，可通過更換保險、調(diào)整開關(guān)位置、使接通部位接觸良好等相應(yīng)措施來排除。除此以外，電源不通的原因還可考慮刀架至控制器斷線、刀架內(nèi)部斷線、電刷式霍爾元件位置變化導(dǎo)致不能正常通斷等情況。

②電源通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，可確定為電機(jī)相序接反

通過檢查線路，變換相序排除之。手動換刀正常、機(jī)控不換刀，應(yīng)重點檢查NC與刀架控制器引線、通訊I/O接口及刀架到位回答信號等。

3.2 刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、到位不停

由于刀架能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，機(jī)械方面出現(xiàn)故障的可能性較小，主要從電氣方面檢查：檢查刀架到位后NC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等。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(guān)接觸情況、線路連接情況相應(yīng)地進(jìn)行線路故障排除。

當(dāng)僅出現(xiàn)某號刀不能定位時，則是由于該號刀位線斷路所至。其故障判斷如下：

（1）此刀位的霍爾元件損壞：確認(rèn)是哪個刀位使刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不停，在系統(tǒng)上輸入轉(zhuǎn)動該刀位信號，用萬用表測量該刀位觸點對+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(dāng)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。

3.3 刀架越位過沖或轉(zhuǎn)不到位

刀架越位過沖故障的機(jī)械原因可能性較大，主要是后靠裝置不起作用。首先檢查后靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞，此時應(yīng)修復(fù)定位銷使其靈活或更換彈簧；其次，檢查后靠棘輪與蝸桿連接是否斷開，若斷開，需更換連接銷；若仍出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，則可能是由于刀具太長過重，應(yīng)更換彈性模量稍大的定位銷彈簧。

出現(xiàn)刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不到位（有時中途位置突然停留），主要是由于發(fā)訊盤觸點與彈性片觸點錯位，即刀位信號膠木盤位置固定偏移所致。此時，應(yīng)重新調(diào)整發(fā)訊盤與彈性片觸頭位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，則可能是發(fā)訊盤夾緊螺母松動，造成位置移動。

3.4 刀架不能正常夾緊

其故障原因如下：

（1）發(fā)信盤位置沒對正：拆開刀架的頂蓋，旋動并調(diào)整發(fā)信盤位置，使刀架的霍爾元件對準(zhǔn)磁鋼，使刀位停在準(zhǔn)確位置。

（2）系統(tǒng)反鎖時間不夠：調(diào)整系統(tǒng)反鎖時間參數(shù)即可（新刀架反鎖時間t＝1.2s即可）。

（3）鎖緊機(jī)構(gòu)故障：拆開刀架，調(diào)整機(jī)械，并檢查定位銷是否折斷。出現(xiàn)該故障時，首先檢查夾緊開關(guān)位置是否固定不當(dāng)，并調(diào)整至正常位置；其次，用萬用表檢查其相應(yīng)線路繼電器是否能正常工作，觸點接觸是否可靠。若仍不能排除，則應(yīng)考慮刀架內(nèi)部機(jī)械配合是否松動，有時會出現(xiàn)由于內(nèi)齒盤上有碎屑造成夾緊不牢而使定位不準(zhǔn)，此時，應(yīng)調(diào)整其機(jī)械裝配并清潔內(nèi)齒盤。

3.5 其它故障現(xiàn)象

除以上故障外，有時還出現(xiàn)：無法機(jī)控選刀、夾緊后無回答信號、啟動或松開手控按鈕刀架返原來位置等故障現(xiàn)象。出現(xiàn)這些故障的主要原因是電路中繼電器接觸不良、膠木盤位置不正、電源相序不對所致，可分別加以調(diào)整、修復(fù)，使故障排除。

4、結(jié)束語

數(shù)控機(jī)床的電動刀架是一個有機(jī)整體，機(jī)械、電氣的控制存在相互聯(lián)系和相互影響。因此分析解決刀架故障時，應(yīng)有整體概念和經(jīng)驗，這樣才能有效解決實際問題。如果故障既有機(jī)械部件的原因，又有電氣方面的原因，而且很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，就要進(jìn)行多方面的檢測，耐心細(xì)致地分析和診斷，直至找出故障根源。

[1]韓鴻鸞，榮維芝.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與維修.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8

[2]蔣洪平.數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修.北京：北京理工大學(xué)出版社.2006.8

[3]黃衛(wèi).數(shù)控機(jī)床及故障診斷技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.6

[4]數(shù)控車床綜合實訓(xùn)系統(tǒng)使用說明書及實驗指導(dǎo)書

[5]孫漢卿.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008.5