數(shù)控車床四工位刀架故障與維修方法探究

周成東

（鹽城機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇鹽城 224005）

0 引言

數(shù)控機(jī)床故障可以在不同位置發(fā)生，一旦發(fā)生故障將直接影響機(jī)床的正常使用，通過(guò)本文的研究可以對(duì)常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，引起相關(guān)人員的重視。陳安安等［1］在數(shù)控車床刀架常見(jiàn)故障診斷與分析中對(duì)四工位刀架的重要性進(jìn)行了明確，由于故障問(wèn)題比較復(fù)雜，還存在研究不完善的問(wèn)題，因此本研究在其他學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了進(jìn)一步的探討，明確指出在進(jìn)行四工位刀架故障維修時(shí)，必須做好調(diào)查，仔細(xì)觀察，確定故障的位置，通過(guò)本文對(duì)故障問(wèn)題的研究，可以快速解決故障，減少維修難度，使故障可以在第一時(shí)間順利解決，盡快恢復(fù)數(shù)控車床的正常運(yùn)行，避免故障產(chǎn)生更大范圍的影響。

1 數(shù)控刀架及其功能分析

數(shù)控刀架是保證數(shù)控車床良好運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，可以對(duì)生產(chǎn)效率提升產(chǎn)生積極的影響，使車床可以順利完成加工工作，以提高加工效率，減少加工誤差，進(jìn)一步保證加工精度［1］。

數(shù)控機(jī)床上的刀架是提高生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)，在保證刀具合理安放的同時(shí)，直接參與切削，承受切削產(chǎn)生的壓力，所以其也是工藝系統(tǒng)中比較脆弱的環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，機(jī)床刀架發(fā)生了不同程度的變化，回轉(zhuǎn)刀盤(pán)數(shù)量增加，有效滿足了生產(chǎn)方面的需要。換刀機(jī)械手的出現(xiàn)，不僅滿足了自動(dòng)換刀的需要，同時(shí)可以為刀具存儲(chǔ)提供便利，即使刀具數(shù)量較多，也可以得到良好的存儲(chǔ)。也可以從根本提升自動(dòng)換刀的時(shí)間，避免影響數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。因此，也可以說(shuō)機(jī)床切削功能和切削速度會(huì)受到刀架性能的影響［2］。

2 四工位數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)和控制原理

圖1所示為四工位數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)圖。四工位數(shù)控刀架接收到選刀指令后，在電動(dòng)機(jī)的作用下，使蝸桿沃蝸輪絲可以不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)齒盤(pán)會(huì)逐漸離開(kāi)原本的位置，徹底松開(kāi)刀架，定位銷從定位位置脫離，傳動(dòng)盤(pán)與刀架在同一時(shí)間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到選刀工位時(shí)，工位感應(yīng)到永磁體，并發(fā)出信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)以發(fā)出的信號(hào)為依據(jù)準(zhǔn)確發(fā)出指令，對(duì)三相異步交流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使渦輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)彈簧，定位銷可以回到定位槽，進(jìn)入后刀臺(tái)會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，動(dòng)齒盤(pán)在電動(dòng)機(jī)的幫助下逐漸向下部位置移動(dòng)，確定位置后，會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，代表選刀已經(jīng)順利完成［3］。

圖1 四工位數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)圖

3 數(shù)控機(jī)床故障診斷的基本步驟

如果數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常，維修人員切記不要慌亂，需要進(jìn)行全方位的觀察，開(kāi)展針對(duì)性的試驗(yàn)，不要在不了解情況的基礎(chǔ)上盲目維修，避免錯(cuò)誤維修引發(fā)更加嚴(yán)重的故障問(wèn)題，延長(zhǎng)故障維修時(shí)間。在故障發(fā)生時(shí)必須第一時(shí)間停止機(jī)床的運(yùn)行，并做好現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，使機(jī)床可以保持最初的工作狀態(tài)，并準(zhǔn)確記錄信號(hào)和故障現(xiàn)象，與其他維修人員進(jìn)行緊密的溝通和交流，使維修人員可以針對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行深入的探究，盡快制定科學(xué)、完善的維修方案，合理開(kāi)展維修工作［4］。

（1）當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，必須馬上與操作者取得聯(lián)系，針對(duì)故障問(wèn)題展開(kāi)針對(duì)性的詢問(wèn)，使維修人員可以對(duì)故障發(fā)生時(shí)的情況有清楚的了解。故障現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查是維修人員分析故障原因的重要基礎(chǔ)，只有做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查才能保證故障得到順利解決。因此，維修人員必須更加重視故障調(diào)查工作。

（2）對(duì)故障原因進(jìn)行進(jìn)行深入的分析和研究，使故障范圍可以進(jìn)一步確定。在全面了解故障現(xiàn)象后，需要以故障現(xiàn)象為基礎(chǔ)，對(duì)故障位置進(jìn)行明確。有些故障相對(duì)比較獨(dú)立，查找故障也會(huì)更加容易，而有些故障形成原因比較復(fù)雜，單一的方法很難確定故障源的方向，這就需要結(jié)合數(shù)控機(jī)場(chǎng)的相關(guān)材料，對(duì)故障相關(guān)因素進(jìn)行全面的梳理，確定故障查找的具體方向，并開(kāi)展針對(duì)性的查找［5］。

（3）以故障診斷原則為依據(jù)查找故障源。在對(duì)故障進(jìn)行查找時(shí)，需要從外部開(kāi)始，逐漸向內(nèi)部拓展，復(fù)雜和重要位置需要在最后進(jìn)行查找［6］。在故障診斷的過(guò)程中，需要以現(xiàn)場(chǎng)具體情況為依據(jù)，對(duì)故障原因進(jìn)行深入分析，然后結(jié)合診斷原則對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范性地查找，并開(kāi)展維修工作。

4 工位刀架常見(jiàn)故障診斷與維修

當(dāng)開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)可以正常開(kāi)展工作，無(wú)論采取哪種方式換刀，刀架都存在問(wèn)題，就可以判斷刀架出現(xiàn)了故障［7］。

強(qiáng)電控制電路故障、繼電器電路故障等都是經(jīng)常出現(xiàn)的故障，體現(xiàn)在刀架方面就是刀架無(wú)法自主轉(zhuǎn)動(dòng)，或者刀架轉(zhuǎn)動(dòng)不能隨意停止兩種情況。下面對(duì)不同故障及其原因進(jìn)行分析，并提出具體的故障維修方法。

（1）刀架不轉(zhuǎn)動(dòng)故障排除思路

在手動(dòng)狀態(tài)下，按下?lián)Q刀按鈕，對(duì)繼電器工作狀態(tài)進(jìn)行密切觀察，如果繼電器沒(méi)有開(kāi)始工作，需要對(duì)刀架電源控制回路進(jìn)行全面檢查，判斷PLC程序是否可以在正確位置輸出，如果繼電器可以正常工作并且觸點(diǎn)吸合，需要對(duì)交流接觸器情況進(jìn)行查看［8］。如果交流接觸器無(wú)法吸合，需要對(duì)電壓輸出進(jìn)行檢查，確定接觸器本身是否存在問(wèn)題。如果可以吸合說(shuō)明接觸器沒(méi)有任何問(wèn)題，可能是刀架順序出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者刀架電機(jī)失去作用。如果控制線路可以正確連接，可以更改刀架三相電相序，如果故障問(wèn)題仍然沒(méi)有得到及時(shí)的解決，說(shuō)明可能是電機(jī)出現(xiàn)了問(wèn)題。

（2）刀架不停止轉(zhuǎn)動(dòng)故障原因及排除措施

如果出現(xiàn)某一刀架旋轉(zhuǎn)不停，其他刀架正常的問(wèn)題，在對(duì)故障進(jìn)行分析和處理時(shí)，只維修出現(xiàn)問(wèn)題的刀架即可。如此即使刀位元件受到破壞，也可以在系統(tǒng)中通過(guò)輸入刀架號(hào)碼確定刀架的具體位置。測(cè)量電壓如果沒(méi)有出現(xiàn)變化，可以確定是因?yàn)樵驅(qū)е碌男D(zhuǎn)不停，只需要更換元件就可以順利解決故障問(wèn)題。

（3）數(shù)控刀架的電氣故障

在實(shí)際工作中曾出現(xiàn)過(guò)手動(dòng)刀架與自動(dòng)刀架都不能換刀的問(wèn)題，但是霍爾元件并沒(méi)有任何的問(wèn)題，刀架電氣動(dòng)作也沒(méi)有異常，松開(kāi)接觸器，刀架沒(méi)有異常問(wèn)題存在。經(jīng)過(guò)調(diào)查得知，機(jī)床在使用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)刀架異常轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)密切觀察發(fā)現(xiàn)，三相異步在換刀時(shí)就發(fā)生了異常。從中可以確定，機(jī)床安裝時(shí)刀架電動(dòng)機(jī)相序不正確，驗(yàn)收人員沒(méi)有做好驗(yàn)收工作也沒(méi)有進(jìn)行測(cè)試，就直接進(jìn)行安裝，導(dǎo)致安裝錯(cuò)誤。為了使故障可以得到順利解決，需要調(diào)整刀架三相交流異步電動(dòng)機(jī)相序。當(dāng)數(shù)控刀架發(fā)生找不到某號(hào)刀位問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)霍爾元件狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確觀察。如果霍爾元件沒(méi)有信號(hào)存在，可能是線路連接出現(xiàn)了問(wèn)題，或者霍爾元件無(wú)法發(fā)揮作用。在進(jìn)行排除時(shí)沒(méi)有任何的復(fù)雜程序，可以快速判定。

（4）數(shù)控刀架的綜合故障

如果電氣與機(jī)械部分沒(méi)有任何故障存在，經(jīng)過(guò)反復(fù)查找仍然無(wú)法確定故障位置時(shí)，需要將刀架機(jī)械電氣圖樣作為分析的重點(diǎn)。

在實(shí)際工作中曾出現(xiàn)過(guò)手動(dòng)刀架換刀正常，自動(dòng)換刀開(kāi)始正常后續(xù)出現(xiàn)問(wèn)題的故障，當(dāng)該故障發(fā)生時(shí)機(jī)床加工程序也無(wú)法正常工作。在這種情況下，手動(dòng)換刀沒(méi)有受到任何影響。重新啟動(dòng)機(jī)床后，第一次自動(dòng)換刀順利，但是后續(xù)再進(jìn)行換刀就發(fā)生了異常問(wèn)題。在手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)下，霍爾元件均沒(méi)有問(wèn)題，可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控機(jī)床反饋信號(hào)檢測(cè)受到影響，而霍爾元件可以及時(shí)反饋信號(hào)。刀架在反饋信號(hào)時(shí)需要與微動(dòng)開(kāi)關(guān)配合，但是微動(dòng)開(kāi)關(guān)并沒(méi)有發(fā)出信號(hào)。經(jīng)過(guò)深入的分析和研究可以確定，手動(dòng)狀態(tài)下檢測(cè)反饋信號(hào)，可以滿足換刀方面的需要，順利完成換刀。在自動(dòng)換刀狀態(tài)下，微動(dòng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題，微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)時(shí)正是第一次動(dòng)作完成時(shí)。在換刀過(guò)程中，機(jī)床等待信號(hào)出現(xiàn)中斷。測(cè)試微動(dòng)開(kāi)關(guān)與電路連接，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題。微動(dòng)開(kāi)關(guān)在換刀過(guò)程中雖然執(zhí)行動(dòng)作，但并沒(méi)有發(fā)出信號(hào)。更換微動(dòng)開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)刀架可以良好運(yùn)行，故障順利解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)數(shù)控刀架及其功能、四工位數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)和控制原理為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)控機(jī)床故障進(jìn)行了明確，其中刀架不轉(zhuǎn)動(dòng)、刀架不停止轉(zhuǎn)動(dòng)等故障最為常見(jiàn)，針對(duì)這些故障問(wèn)題維修人員必須不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，注重觀察，在實(shí)踐中靈活應(yīng)用理論知識(shí)，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)對(duì)具體故障進(jìn)行科學(xué)分析，明確故障出現(xiàn)的準(zhǔn)確原因，根據(jù)不同的原因采取正確的方法進(jìn)行維修，使故障可以在短時(shí)間內(nèi)順利解決，恢復(fù)車床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。