數(shù)控車床自動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)停不下來的故障檢修

韋麗

摘要：現(xiàn)代制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床以先進(jìn)的加工技術(shù)取代傳統(tǒng)的加工技術(shù)，有效地降低生產(chǎn)和管理成本，提高了加工工件的精度和質(zhì)量。隨著數(shù)控機(jī)床的普及化應(yīng)用，機(jī)床維護(hù)也成了機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生必須掌握的重要技能。在對(duì)數(shù)控機(jī)床故障分析和盤查過程中，通過GSK980TA系統(tǒng)提供PMC維修界面的信號(hào)狀態(tài)查詢、系統(tǒng)提供的各種監(jiān)控診斷方法，分析自動(dòng)換刀裝置電氣控制原理和電動(dòng)刀架停不下來的常見故障，達(dá)到最快捷、最有效的機(jī)床維修效果。

關(guān)鍵詞：GSK980TA系統(tǒng)；LDB4型立式自動(dòng)換刀裝置；霍爾傳感器；發(fā)信盤；人機(jī)界面；刀架旋轉(zhuǎn)停不下來 故障檢修

前言

掌握數(shù)控機(jī)床的原理及應(yīng)用、快速地排除加工過程中機(jī)床的機(jī)械和電氣故障，可以保證數(shù)控機(jī)床安全、可靠、有效地進(jìn)行自動(dòng)化加工。本文以GSK980TA系統(tǒng)的CKA6150型數(shù)控車床為例，主要從介紹LDB4型立式自動(dòng)換刀裝置的組成結(jié)構(gòu)、換刀動(dòng)作過程、電動(dòng)機(jī)的電氣控制原理、霍爾傳感器的作用等基礎(chǔ)知識(shí)，通過GSK980TA系統(tǒng)提供PMC維修界面的信號(hào)狀態(tài)查詢，分析自動(dòng)換刀裝置電氣控制原理和電動(dòng)刀架停不下來的故障，來達(dá)到快捷最有效的機(jī)床維修效果，保障機(jī)械加工的順利進(jìn)行。

一、GSK980TA系統(tǒng)的自動(dòng)換刀裝置

刀架是數(shù)控車床加工過程中非常重要的部件，加工各種不同的零件必須安裝不同切削加工的刀具，CKA6150型數(shù)控車床中的LDB4型立式電動(dòng)刀架是一種自動(dòng)換刀裝置。

1.自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)

LDB4型立式電動(dòng)刀架利用蝸桿傳動(dòng)、三齒盤嚙合、螺桿鎖緊的機(jī)械傳動(dòng)原理，刀體轉(zhuǎn)動(dòng)到位信號(hào)由磁鐵與發(fā)詢盤的霍爾元件發(fā)出，LDB4型立式電動(dòng)刀架是機(jī)電一體化緊密結(jié)合一種典型裝置。

LDB4型立式電動(dòng)刀架有四個(gè)不同的刀位，可以安裝4把不同功能的刀具，四方刀架轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，刀具交換一個(gè)刀位。自動(dòng)刀架采用三相交流電壓為380V的電動(dòng)機(jī)控制，在刀架連續(xù)運(yùn)行時(shí)，換刀的次數(shù)要求每分鐘不能超過6次，否則會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。

LDB4型立式電動(dòng)刀架的結(jié)構(gòu)如下圖

圖2所示，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)信盤、霍爾元件、蝸桿、渦輪、絲桿套連接、絲桿套與動(dòng)齒盤連接，動(dòng)齒盤與上下齒盤嚙合，動(dòng)齒盤的傳動(dòng)銷外圓與傳動(dòng)盤相接觸，動(dòng)齒盤通過連接盤與四方刀架的磁鋼相連。

2.電動(dòng)刀架工作原理

LDB4型立式電動(dòng)刀架與系統(tǒng)相互作用，換刀動(dòng)作如下圖圖5所示：從CNC控制面板按下手動(dòng)換刀鍵----接到系統(tǒng)的換刀信號(hào)----電動(dòng)機(jī)控制線路動(dòng)作----刀架正轉(zhuǎn)----上刀體轉(zhuǎn)位----刀體到位----霍爾元件發(fā)出到位信號(hào)----系統(tǒng)收到刀位到位信號(hào)，發(fā)送電動(dòng)機(jī)換向轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)----電動(dòng)機(jī)控制線路動(dòng)作----刀架反轉(zhuǎn)----粗定位----精準(zhǔn)定位---刀具夾緊----電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)----回答信號(hào)----按工序順序繼續(xù)加工的一系列動(dòng)作過程。

霍爾元件作為刀體轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，發(fā)送信號(hào)到系統(tǒng)，系統(tǒng)接收信號(hào)后發(fā)出停止轉(zhuǎn)動(dòng)指令，同時(shí)發(fā)送電動(dòng)機(jī)延時(shí)反轉(zhuǎn)指令，起到了承上啟下的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換性作用。一旦霍爾元件反應(yīng)不靈敏、失靈或者損壞，這種關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)換會(huì)被打破，電動(dòng)機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)的加工工序會(huì)被打亂、失控。

電動(dòng)刀架換刀的電氣控制，一是控制自動(dòng)刀架正反轉(zhuǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，來控制刀架的轉(zhuǎn)位和鎖緊；二是霍爾傳感器與磁鋼組成的發(fā)信盤，刀具轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，霍爾傳感器檢測(cè)信號(hào)后發(fā)送給系統(tǒng)處理。

二、LDB4型立式電動(dòng)刀架停不下來的典型故障與分析

機(jī)床的自動(dòng)化程度提高后，使用了大量的電氣控制，特別是自動(dòng)換刀裝置，使用頻繁，故障發(fā)生率多，利用GSK980TA系統(tǒng)提供PMC維修界面，對(duì)LDB4型立式電動(dòng)刀架停不下來的典型故障進(jìn)行分析，排除故障，減少故障停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的無故障運(yùn)行時(shí)間。

故障案例：2015年初，我校從大連機(jī)床廠引進(jìn)了6臺(tái)GSK980TA系統(tǒng)的CKA6150型數(shù)控車床，投入數(shù)車加工專業(yè)的實(shí)習(xí)教學(xué)使用，經(jīng)過調(diào)試后的機(jī)床一直正常地進(jìn)行加工。2016年5月12日，學(xué)生在5號(hào)機(jī)床進(jìn)行零件車削加工時(shí)，需要更換刀具，在MDI方式下按下手動(dòng)換刀鍵，啟動(dòng)換刀程序T0103更換刀，數(shù)控車床電動(dòng)刀架一直旋轉(zhuǎn)停不下來，PMC界面出現(xiàn)代碼為05的報(bào)警內(nèi)容，輸入其他換刀程序指令，其余刀位T0101、T0102、T0104均能正常換刀。

故障分析：自動(dòng)換刀裝置的刀架能夠正轉(zhuǎn)，其他刀位均能正常換刀，初步可以判斷刀架內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分沒有卡賭現(xiàn)象，排除機(jī)械方面原因引起的故障，引起刀架T0103一直旋轉(zhuǎn)停不下來的原因，主要在電氣控制部件上。

依據(jù)外部信息報(bào)警代碼05，查詢資料可知：報(bào)警的原因是由于換刀時(shí)間過長(zhǎng)，系統(tǒng)收不到刀架的到位信號(hào)，因而發(fā)出超時(shí)報(bào)警。刀架在尋找刀位信號(hào)的過程中，只有在目標(biāo)刀位3號(hào)刀信號(hào)與當(dāng)前刀位一致時(shí)，霍爾傳感器發(fā)送刀位信號(hào)至系統(tǒng)，系統(tǒng)才會(huì)使刀架停止正轉(zhuǎn)，開始換方向反轉(zhuǎn)。如果刀架停不下，說明指定的3號(hào)刀信號(hào)丟失，霍爾傳感器沒有接收到位信號(hào)，引起刀架持續(xù)找刀，PMC程序始終進(jìn)行目標(biāo)刀位與前刀位比較，沒有刀位停止信號(hào)發(fā)出，導(dǎo)致刀架在三相異步電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下連續(xù)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)間超過系統(tǒng)設(shè)定的10秒鐘后，刀架發(fā)出報(bào)警并且停止。

檢測(cè)方法與維修步驟：

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，打開PMC診斷畫面，到PMC維護(hù)，觀察刀位的變化情況。正常狀態(tài)下的刀架有一位是低電平0，其余三個(gè)位高電平1。如果四位相同，那么刀架信號(hào)異常，會(huì)產(chǎn)生不能換刀的故障，則需要檢查發(fā)信盤與電氣控制線路。按照系統(tǒng)電路圖與機(jī)床電路圖的工作原理，對(duì)電動(dòng)刀架電動(dòng)機(jī)的控制線路進(jìn)行檢測(cè)，檢查刀架線路。

1.觀察PMC診斷畫面的刀位輸入信號(hào)

打開PMC診斷畫面，到PMC信號(hào)診斷界面，輸入刀號(hào)，觀察X3.2刀位有無變化，如圖3所示：

如果X3.2刀位有輸入刀位信號(hào)變化，檢查PMC程序或參數(shù)設(shè)定，說明是PMC程序或參數(shù)設(shè)定超出設(shè)定范圍，將程序或參數(shù)設(shè)定為正常值即可?？梢耘袛嘞到y(tǒng)收不到刀架的到位信號(hào)造成，或者Ta的時(shí)間不合理，重新設(shè)置診斷參數(shù)DGM.076—DGM.079的換刀時(shí)間。

沒有刀位輸入信號(hào)變化，則可判斷刀位輸入信號(hào)沒有輸入PMC程序做處理，則需要根據(jù)電氣控制原理圖，用萬用表對(duì)外部信號(hào)電路作進(jìn)一步的檢測(cè)。經(jīng)觀察X3.2刀位如上圖，一直處于1的狀態(tài)，故需要仔細(xì)檢查主機(jī)系統(tǒng)以外的電氣控制回路。

2.檢查外圍信號(hào)電路

·控制刀架反轉(zhuǎn)的主電路中，交流接觸器KM6不動(dòng)作，檢查外部電路元件和刀架反轉(zhuǎn)的控制元件KM6。用萬用表測(cè)量三相電源進(jìn)線端電壓，電源電路正常值為AC380V。

·控制刀架反轉(zhuǎn)的控制線路，中間繼電器KA5不動(dòng)作。用萬用表測(cè)量中間繼電器KA5的線圈兩端電壓，電源電路正常值為DC24V。

·測(cè)量發(fā)信盤3號(hào)故障刀位與DC24V之間的電壓值。

如圖10所示打開發(fā)信盤，松開螺母，取下塑料護(hù)罩，使磁鋼接觸到傳感器霍爾元件的3號(hào)故障刀位，觀察PMC信號(hào)診斷界面刀位輸入信號(hào)變化狀態(tài)。如圖4所示，用萬用表檢測(cè)該故障刀位信號(hào)觸點(diǎn)與+24V觸點(diǎn)之間的電壓值。

如果有24V電壓值，說明發(fā)信盤與霍爾元件沒有故障，則是此刀位的信號(hào)線----系統(tǒng)----系統(tǒng)輸出信號(hào)電路----刀架輸入信號(hào)這個(gè)環(huán)節(jié)中有斷路現(xiàn)象，致使系統(tǒng)無法檢測(cè)到刀位到位信號(hào)，或者系統(tǒng)已發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)刀架接收不到反轉(zhuǎn)信號(hào)。根據(jù)電氣原理圖，檢查該故障刀位點(diǎn)與系統(tǒng)連接的連接、系統(tǒng)輸出線----KA5----KM6線圈回路的斷線點(diǎn)，將斷線正常連接好即可。

如果沒有24V電壓值，可以判斷此刀位沒有發(fā)送到位信號(hào)，檢查發(fā)信盤中的霍爾元件和磁鋼。

3. 故障處理方法

經(jīng)過測(cè)量，發(fā)信盤3號(hào)故障刀位與DC24V之間沒有電壓值，可以判斷此刀位沒有發(fā)送到位信號(hào)。檢查發(fā)信盤中的霍爾元件，霍爾元件周圍有油污，在加工過程中的冷卻液與油污沒有及時(shí)清理，導(dǎo)致油污阻斷了霍爾元件接收和傳送信號(hào)的能力，進(jìn)而影響了3號(hào)刀位在對(duì)應(yīng)位置也不能發(fā)出到位信號(hào)，系統(tǒng)無法接收到刀架的到位轉(zhuǎn)換信號(hào)而一直旋轉(zhuǎn)尋找信號(hào)。

拆卸自動(dòng)刀架裝置的頂蓋，發(fā)現(xiàn)霍爾元件上有油污和臟物，清理霍爾元件周圍的臟物，重新裝上霍爾元件。

三、LDB4型立式電動(dòng)刀架停不下來的故障原因與維修方法

通過以上典型故障分析與檢測(cè)，LDB4型立式電動(dòng)刀架停不下來的故障原因與維修方法總結(jié)如下：

1.主機(jī)系統(tǒng)的PMC程序或參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤

在PMC維護(hù)畫面的狀態(tài)表中，相應(yīng)刀位有輸入刀位信號(hào)變化，即正常狀態(tài)下的刀架有一位是低電平0，其余三個(gè)位高電平1，輸入刀位信號(hào)正常，主機(jī)系統(tǒng)接收到霍爾傳感器的到位信號(hào)。則需要檢查PMC程序或參數(shù)設(shè)定，故障原因是PMC程序或參數(shù)設(shè)定超出設(shè)定范圍，Ta的時(shí)間設(shè)置不合理。

維修方法：到PMC程序的參數(shù)設(shè)定界面，將程序或參數(shù)設(shè)定為正常值，重新設(shè)置診斷參數(shù)DGM.076—DGM.079的換刀時(shí)間。

2.主機(jī)系統(tǒng)外圍信號(hào)電路故障

故障分析：在PMC維護(hù)畫面的狀態(tài)表中，如果故障刀位沒有輸入刀位信號(hào)變化，四個(gè)刀位信號(hào)都是處于高電平1狀態(tài)，那么刀架信號(hào)異常，則需要按照系統(tǒng)電路圖與機(jī)床電路圖的工作原理，使用萬用表，需要依據(jù)電氣控制圖逐一檢測(cè)發(fā)信盤與電氣控制線路外部電路。

檢測(cè)方法：使用萬用表測(cè)量，檢測(cè)故障刀位點(diǎn)與DC+24V之間的電壓變化值。

（1）故障刀位點(diǎn)與+24V直流電之間有24V電壓

故障分析：說明發(fā)信盤能檢測(cè)到刀架到位信號(hào)，并且能發(fā)送到位信號(hào)。故障可能會(huì)在電路中，即刀位信號(hào)線到主機(jī)系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)----刀架正反轉(zhuǎn)控制的電動(dòng)機(jī)回路----發(fā)信盤電路均可能有斷路。

檢測(cè)方法：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)正常有否，檢查外部電路元件KM6的主電路，測(cè)量三相電源進(jìn)線端和交流接觸器輸出端電壓，正常值是AC380V。中間繼電器的控制電路動(dòng)作正常有否，檢查中間繼電器的控制電路，測(cè)量KA5線圈電壓，正常值是24V；刀架至發(fā)信盤的連接是否有斷路情況。

處理方法：找到故障點(diǎn)，將導(dǎo)線與連接點(diǎn)按規(guī)定作正確的連接。

（2）故障刀位點(diǎn)對(duì)+24V直流電之間沒有電壓

故障分析：說明主機(jī)系統(tǒng)沒有接收到發(fā)信盤的刀位到位信號(hào)，發(fā)信盤沒有接收和發(fā)出信號(hào)，發(fā)信盤的霍爾傳感器檢測(cè)不到信號(hào)或者不能發(fā)送信號(hào)。

處理方法：如上面的典型故障的檢測(cè)法，拆卸刀架發(fā)信盤的頂蓋，檢查霍爾傳感器和磁鋼。

霍爾元件故障

故障分析：霍爾傳感器的檢測(cè)和傳送信號(hào)的能力出了問題，進(jìn)而影響了3號(hào)刀位在對(duì)應(yīng)位置也不能檢測(cè)到信號(hào)，系統(tǒng)接收到刀架的到位轉(zhuǎn)換信號(hào)而一直旋轉(zhuǎn)尋找信號(hào)。

處理方法：霍爾元件損壞則需更換新元件；如果沒有損壞，只是有油污臟物，清理元件，恢復(fù)原樣即可。

磁鋼位置不合適

故障分析：檢查磁鋼位置，磁鋼正確的位置應(yīng)在霍爾元件附件，磁鋼與霍爾元件對(duì)應(yīng)才能檢查到刀位信號(hào)，如果位置錯(cuò)開、不對(duì)應(yīng)，則霍爾元件將檢測(cè)不到信號(hào)。

處理方法：拆開發(fā)信盤，在刀架轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，移動(dòng)磁鋼至霍爾元件旁邊，觀察PMC界面發(fā)信盤的刀位信號(hào)有否發(fā)生變化。如果PMC界面發(fā)信盤的刀位信號(hào)有變化，調(diào)整磁鋼在正確的位置上。（磁鋼拆卸后，重新裝上時(shí)，要注意磁鋼的極性。）

磁鋼沒有磁性或者磁性不夠強(qiáng)

故障分析：如果磁鋼與霍爾元件的位置對(duì)應(yīng)，也沒有檢測(cè)到信號(hào)，說明磁鋼有問題，應(yīng)測(cè)試磁鋼的磁力強(qiáng)弱。

處理方法：用鐵磁物質(zhì)靠近磁鋼，如果不能相互吸引，可以確定磁鋼沒有磁性；如果能吸引但吸引力不大，可以確定磁鋼磁性太弱，更換磁鋼即可。

參考文獻(xiàn)

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[2]周成東 朱玉娥編寫 北京理工大學(xué)出版社 《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修技術(shù)》ISBN 978-7-5682-1409-4 .

（作者單位：廣西壯族自治區(qū)桂林技師學(xué)院）