CKA6150數(shù)控車床刀架工作原理和典型故障分析

史利娟

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，北京100042)

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)物，它綜合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和通信等先進(jìn)的技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在機(jī)床使用過程中，會(huì)發(fā)生多種多樣、各不相同的故障，故障的類型按照發(fā)生故障的部位有數(shù)控裝置的硬件故障和軟件故障、PLC 的硬件故障和軟件故障、伺服系統(tǒng)故障和機(jī)床主體部分故障;按照發(fā)生故障的類型有機(jī)械故障和電氣故障;按故障發(fā)生后有無報(bào)警顯示可以分為硬件報(bào)警顯示、軟件報(bào)警顯示和無報(bào)警顯示等。當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障后進(jìn)行故障原因分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)引起該故障的原因一般也都比較復(fù)雜，這給數(shù)控機(jī)床的故障診斷和維修帶來不少困難。

刀架在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程中起著重要的作用，若其出現(xiàn)故障，會(huì)給加工造成很大的影響;而且刀架故障在數(shù)控車床故障中占有很大的比例?；诖?，作者以CKA6150 數(shù)控車床的四方刀架為例，對(duì)其工作原理和常見故障進(jìn)行分析。

1 CKA6150 刀架工作原理

CKA6150 數(shù)控車床所用刀架是四方刀架，其實(shí)現(xiàn)換刀的過程主要由以下幾個(gè)過程組成:

(1)換刀指令的輸入和轉(zhuǎn)換

通過控制面板或程序向數(shù)控系統(tǒng)輸入換刀指令，數(shù)控系統(tǒng)分析處理后經(jīng)PLC 向控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)的繼電器、接觸器發(fā)出指令;繼電器接觸器觸點(diǎn)閉合，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)。這一部分主要是將輸入的指令信號(hào)通過數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床電氣控制回路轉(zhuǎn)換成刀架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

(2)刀架正向轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過渦輪、蝸桿、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀架開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)刀架反向鎖緊的實(shí)現(xiàn)

輸出刀架反向運(yùn)行或者說刀架正轉(zhuǎn)什么時(shí)候結(jié)束，是通過刀架上的霍爾元件將其到位信號(hào)傳到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)接收到該信號(hào)后，向控制電機(jī)反轉(zhuǎn)的繼電器、接觸器發(fā)出控制信號(hào)，使其動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反向運(yùn)行，再通過電機(jī)的反向鎖緊機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的反向鎖緊，電機(jī)反向運(yùn)行的時(shí)間是由數(shù)控系統(tǒng)的反向鎖緊時(shí)間確定的。鎖緊時(shí)間到后，控制其停止運(yùn)動(dòng)。

刀架換刀過程還可以如圖1所示。

圖1 刀架換刀過程

分析刀架工作原理可以看出:換刀過程的實(shí)現(xiàn)需要數(shù)控裝置、機(jī)床電氣控制回路和刀架機(jī)械機(jī)構(gòu)的配合共同完成，若某一部分有問題，都會(huì)造成刀架換刀故障。也就是說，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可能是某一方面的問題，也可能是多方面的問題，需要仔細(xì)地進(jìn)行故障的分析和診斷。

2 典型故障分析

(1)自動(dòng)換刀不能正常進(jìn)行

故障現(xiàn)象:當(dāng)在控制面板中輸入調(diào)刀指令控制刀架進(jìn)行換刀時(shí)，刀架沒有動(dòng)作。

故障分析:由前面工作原理可以看出，從控制面板輸入換刀指令到看到刀架的運(yùn)動(dòng)，需要數(shù)控車床的PLC、電氣、刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)等部分共同完成。由此可以分析出，發(fā)生此故障的原因:換刀指令未從控制系統(tǒng)輸出、換刀指令未傳到刀架電機(jī)、刀架電機(jī)故障、刀架機(jī)械故障。

(2)手動(dòng)換刀不能正常進(jìn)行，自動(dòng)換刀功能正常

故障現(xiàn)象:當(dāng)在手動(dòng)模式下，通過控制面板上“刀位選擇”和“刀位轉(zhuǎn)動(dòng)”按鍵進(jìn)行手動(dòng)換刀時(shí)，刀架沒有動(dòng)作;而當(dāng)通過控制面板輸入“TXXXX”換刀指令，進(jìn)行自動(dòng)換刀時(shí)，刀架能夠進(jìn)行正常換刀。

故障分析:從前面的故障現(xiàn)象可以看出，當(dāng)自動(dòng)換刀能夠進(jìn)行時(shí)，說明刀架電機(jī)和刀架機(jī)械機(jī)構(gòu)以及刀架上霍爾元件是沒有問題的;在進(jìn)行手動(dòng)換刀時(shí)是通過控制面板上的按鍵電路和PLC 進(jìn)行換刀指令的輸出，指令輸出信號(hào)的傳遞是和自動(dòng)換刀是相同的，從而可以分析出發(fā)生此故障的原因是:PLC 故障或者是按鍵電路故障。

(3)換刀過程中找不到某一刀位號(hào)

故障現(xiàn)象:在對(duì)某一刀位號(hào)刀具進(jìn)行調(diào)刀時(shí)，刀架轉(zhuǎn)到此刀具時(shí)，不會(huì)停止而繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而在進(jìn)行其他刀位號(hào)的換刀時(shí)則不會(huì)發(fā)生此現(xiàn)象。

故障分析:對(duì)刀位號(hào)所對(duì)應(yīng)刀具的尋找，主要是由刀架上的霍爾元件和PLC 共同完成的。當(dāng)?shù)都苄D(zhuǎn)到所需要的刀位號(hào)后，它所對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出狀態(tài)發(fā)生變化，此狀態(tài)經(jīng)連接電路傳到PLC 控制系統(tǒng)，從而完成刀位信號(hào)的尋找。由此分析出現(xiàn)此故障原因可能是:霍爾元件故障、信號(hào)傳遞線路故障或著是PLC 部分故障。

(4)換刀過程出現(xiàn)刀位號(hào)錯(cuò)誤

故障現(xiàn)象:在進(jìn)行換刀的過程中換刀能夠正常進(jìn)行，但當(dāng)換刀指令完成后，刀架端蓋上的刀位號(hào)與換刀指令輸入的刀位號(hào)不一致。

故障分析:在機(jī)床換刀過程中，從兩個(gè)地方可以看到刀位號(hào)的顯示:(1)輸入TXXXX 指令時(shí)顯示的刀位號(hào);(2)刀架的端蓋上有刀位號(hào)的顯示。當(dāng)機(jī)床換刀結(jié)束后，兩處刀位號(hào)的顯示保持一致。這兩者的一致性是由PLC 和霍爾元件線路共同保證的，而端蓋上的刀位號(hào)顯示順序是不能更改的。由此可以判斷發(fā)生此故障的原因是:PLC 刀位號(hào)定義與霍爾元件線路連接發(fā)生了沖突。

3 結(jié)論

數(shù)控車床刀架的換刀過程由PLC 控制部分、電氣元件和連接線路以及機(jī)械部分共同完成，當(dāng)其出現(xiàn)故障進(jìn)行分析和診斷時(shí)，要在充分了解其工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障分析，先確定故障具體發(fā)生的原因是機(jī)械方面還是電氣方面，然后再針對(duì)具體故障確定相對(duì)應(yīng)的排除方法。

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