數(shù)控車床電動(dòng)刀架故障分析與排除

廣州市輕工高級(jí)技工學(xué)校 （廣東 510220） 任志華

電動(dòng)刀架工作原理

一般電動(dòng)刀架采用的是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，齒盤嚙合螺桿鎖緊的工作原理。轉(zhuǎn)位時(shí)采用無觸點(diǎn)霍爾元件發(fā)信，具體工作過程為：系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)后，刀架電動(dòng)機(jī)電源接通，開始動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，蝸輪與螺桿用鍵聯(lián)接，當(dāng)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)把上刀體抬起來，使其與下刀體的齒盤脫開，這時(shí)離合銷進(jìn)入離合盤的槽內(nèi)，同時(shí)反靠銷離開反靠盤的槽子，然后帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到所需的刀位后，發(fā)詢盤上的霍爾元件與磁鋼對(duì)準(zhǔn)，發(fā)出到位信號(hào)給系統(tǒng)，然后系統(tǒng)發(fā)出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)信號(hào)，讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上刀體稍有反轉(zhuǎn)，反靠銷進(jìn)入反靠盤的槽子，離合銷退出離合盤的槽子，上刀體隨之下落與下刀體嚙合并鎖緊，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)結(jié)束。這樣，刀架完成了換刀過程，主機(jī)便可以執(zhí)行下一道工序。

刀架故障實(shí)例分析

1. 實(shí)例一

某技術(shù)學(xué)院一臺(tái)數(shù)控車床電動(dòng)刀架出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

（1）故障分析。從故障現(xiàn)象分析，引起故障的可能性如下。

機(jī)械方面：①刀架部件機(jī)械卡死。②刀架預(yù)緊力過大。

電氣方面：①供電給刀架電動(dòng)機(jī)的380V電壓不正常。②380V電壓正常，但是電動(dòng)機(jī)相序接反。③電動(dòng)機(jī)自身故障。

根據(jù)老師的描述和現(xiàn)場(chǎng)的觀察，換刀那一刻，刀架電動(dòng)機(jī)能正常帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)，只是一轉(zhuǎn)動(dòng)就造成機(jī)械卡死，由此可見，可以排除電氣故障的可能性。接著從刀架的機(jī)械部分（見圖1）進(jìn)行分析，當(dāng)用六角扳手插入蝸桿端部旋轉(zhuǎn)時(shí)，還是不能讓刀架轉(zhuǎn)動(dòng)起來，基本可確定故障原因是機(jī)械卡死造成的。經(jīng)過檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)刀架的零部件損壞或變形，為了更深入了解情況，重新安裝了刀架，發(fā)現(xiàn)情況與老師所描述一樣，只要一運(yùn)行刀架就機(jī)械卡死。后來通過進(jìn)一步排查，終于發(fā)現(xiàn)問題在于離合銷反靠銷之間的兩根彈簧（見圖2），長(zhǎng)度不一致。

圖1 刀架內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 彈簧

（2）故障處理。故障原因是該學(xué)院老師對(duì)刀架進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)時(shí)，在拆下刀架的零部件后，沒作好區(qū)分，擺放在同一個(gè)地方，就造成了原本不屬于同一個(gè)刀架的彈簧，混裝在一起。不同刀架的彈簧長(zhǎng)度略有差別，即使以正確的方法安裝刀架，每當(dāng)系統(tǒng)收到刀架到位信號(hào)，發(fā)出反轉(zhuǎn)延時(shí)信號(hào)時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)就執(zhí)行反轉(zhuǎn)，在反鎖那一刻，彈簧長(zhǎng)度不同，它們產(chǎn)生彈力也不一樣，造成離合銷作用于離合盤的力度不同，最后導(dǎo)致離合盤發(fā)生輕微傾斜，刀架內(nèi)部空間不大，微小的傾斜就讓刀架很難再轉(zhuǎn)動(dòng)，從而造成刀架卡死。后來經(jīng)過對(duì)彈簧進(jìn)行調(diào)整，重新安裝刀架，試運(yùn)行恢復(fù)正常。

2. 實(shí)例二

某加工廠一臺(tái)數(shù)控車在換刀時(shí)，漏電保護(hù)開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，有時(shí)候半小時(shí)內(nèi)跳閘幾次，有時(shí)候可以正常工作一整天，故障出現(xiàn)頻率十分不穩(wěn)定，已經(jīng)嚴(yán)重影響到正常生產(chǎn)。

（1）故障分析。從故障現(xiàn)象分析，引起這故障的可能性有以下兩種：①刀架電動(dòng)機(jī)電源線的絕緣外皮損壞，在換刀過程中損壞部分可能會(huì)接觸到金屬部件而造成漏電，導(dǎo)致保護(hù)開關(guān)跳閘。②電動(dòng)機(jī)電源線的接線端子防護(hù)做得不好，有切屑或者切削液飛濺進(jìn)去，造成漏電保護(hù)開關(guān)跳閘。

為了找出故障原因，在現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)床運(yùn)行的10min內(nèi)，多次換刀也沒出現(xiàn)跳閘，基本可以把第二種可能性排除，這類故障現(xiàn)象應(yīng)該是連續(xù)性出現(xiàn)的。后來更換成外形和尺寸差別較大的零件，沒多久，漏電開關(guān)果然動(dòng)作，在當(dāng)前位置用萬用表對(duì)電源線進(jìn)行檢測(cè)，便找出引起漏電的那根電源線。

（2）故障處理。從故障現(xiàn)象和排查情況來看，可以確定是電源線的絕緣外皮出現(xiàn)損壞而造成的。在加工個(gè)別零件的時(shí)候，X軸和Z軸移動(dòng)距離很短，電源線的移動(dòng)未讓破損部分接觸到其他金屬部件，也就未造成漏電。當(dāng)換成尺寸較大的零件時(shí)，電源線隨刀架的移動(dòng)距離增大，破損部分接觸到金屬部件的可能性也隨之提高，繼而引起漏電跳閘。這樣也解釋了故障出現(xiàn)的頻率為什么如此不穩(wěn)定。

很多人認(rèn)為，既然找出引起故障的電源線，只要更換即可。其實(shí)刀架電源線與刀架電動(dòng)機(jī)是相連的，在加工過程中，電源線隨著刀架的移動(dòng)，很容易與其他機(jī)床部件發(fā)生碰撞而出現(xiàn)危險(xiǎn)。所以機(jī)床廠家在裝配機(jī)床時(shí)，為了讓電源線得到更好的保護(hù)，往往安裝得比較隱蔽，這樣也給維修增加一定難度，在處理這一過程的時(shí)候，很多維修人員會(huì)有兩個(gè)誤區(qū)：①在刀架控制器和電動(dòng)機(jī)之間增加一條電源線，取代損壞那根，并且為了方便，不作任何保護(hù)處理，讓新增加的電源線外露。這樣的做法表面看起來可行，其實(shí)沒有考慮到在加工過程中電源線是不斷移動(dòng)的，不對(duì)電源線進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)處理，很快就會(huì)再次損壞，在嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)對(duì)操作人員造成危險(xiǎn)。②用地線取代已損壞的電源線，即把相線和地線互換。這種做法是不少維修人員習(xí)慣采用的方法，看似能解決問題，其實(shí)已經(jīng)是違反安全規(guī)程。當(dāng)?shù)都茉俪霈F(xiàn)故障的時(shí)候，技術(shù)人員在維修過程中不了解情況，有可能會(huì)造成誤操作和危險(xiǎn)。

正確的處理方法是，除了更換新的電源線外，必須按照機(jī)床廠家出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源線做好防護(hù)處理，如電源線一定要放在蛇皮管內(nèi)，另外蛇皮管也要安裝隱蔽且固定好，不能對(duì)加工造成任何影響等等。這樣操作起來比較復(fù)雜，為了更好地解決問題和保證以后加工的安全是不能忽視的。

3. 實(shí)例三

某機(jī)械廠一臺(tái)在保修期內(nèi)的數(shù)控車換刀正常，當(dāng)所選刀具到位之后，刀架總是不能完全鎖緊，存在微小的松動(dòng)，這故障很容易造成車刀損壞或者加工尺寸不準(zhǔn)。

（1）故障分析。從故障現(xiàn)象分析，引起這故障的可能性有以下幾種：①刀架內(nèi)部零件的損壞或者磨損等。②刀架反鎖時(shí)間不夠長(zhǎng)。③發(fā)訊盤的霍爾元件位置沒對(duì)正磁鋼。

根據(jù)操作人員的描述，該刀架出現(xiàn)同樣故障已經(jīng)不止一次，上次維修人員在檢修時(shí)，沒有拆開刀架內(nèi)部檢查，只是調(diào)整了刀架反鎖時(shí)間的參數(shù)，還教操作人員，再出現(xiàn)這種情況，只需把該參數(shù)繼續(xù)調(diào)大就可以。在調(diào)整后沒幾天，同樣的問題又出現(xiàn)了，再調(diào)整該參數(shù)，已不能解決問題。

（2）故障處理。當(dāng)?shù)都艹霈F(xiàn)反鎖后不能完全鎖緊的現(xiàn)象時(shí)，通過延長(zhǎng)反鎖時(shí)間來解決這故障，在這里未必適用，原因有兩個(gè)：①刀架反鎖時(shí)間參數(shù)在出廠時(shí)，廠家根據(jù)刀架型號(hào)已經(jīng)設(shè)定好，通常是不用修改的，更不應(yīng)該隨意修改。②機(jī)床還在保修期內(nèi)，刀架內(nèi)部的零件不可能磨損到那種程度，需要增加反鎖時(shí)間來讓刀架鎖得更緊。

從以上兩點(diǎn)可知，故障的原因并非參數(shù)問題造成，之前延長(zhǎng)反鎖時(shí)間，能暫時(shí)解決問題，也可以排除霍爾元件沒對(duì)正磁鋼的因素，由此可見，問題應(yīng)該出在刀架內(nèi)部零件的損壞或者磨損。

為了深入了解故障的原因，對(duì)刀架內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)離合盤與螺桿間的定位銷（見圖3）已經(jīng)出現(xiàn)變形，讓刀架在換刀后不能完全鎖緊。之前把反鎖時(shí)間延長(zhǎng)，只會(huì)暫時(shí)解決問題，當(dāng)定位銷變形更加嚴(yán)重甚至斷裂的時(shí)候，即使調(diào)整反鎖時(shí)間，也不能解決問題。在出現(xiàn)類似故障的時(shí)候，不能盲目延長(zhǎng)反鎖時(shí)間，應(yīng)該根據(jù)具體故障原因，找出適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?。解決這個(gè)問題的方法很簡(jiǎn)單，更換定位銷，并重新安裝刀架即可。

圖3 定位銷

結(jié)語

數(shù)控車床電動(dòng)刀架在數(shù)控加工中的重要性是不可置疑的，對(duì)于電動(dòng)刀架的故障檢測(cè)與維修看似簡(jiǎn)單，在很多情況下，不對(duì)整個(gè)刀架的工作原理作充分的理解與分析，照搬以往的一些處理方式，未必能真正排除故障。因此在維修過程中，應(yīng)該多注意分析與總結(jié)，每次維修之后做好相關(guān)記錄，這樣才能在遇到故障的時(shí)候，做出準(zhǔn)確的判斷，以最快、最有效的方法把故障排除。

[1] 劉利劍. 數(shù)控機(jī)床調(diào)試診斷與維修［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 胡旭蘭. 數(shù)控機(jī)床電氣裝調(diào)［M］. 北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

[3] 余仲裕. 數(shù)控機(jī)床維修［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.