數(shù)控機(jī)床四工位電動(dòng)刀架故障診斷與維修思路*

井平安，譚桂玲，楊建新

（1.清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084；2.天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

0 引言

國(guó)家高度重視的《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以及《中國(guó)制造2025》都離不開(kāi)數(shù)控機(jī)床，從而為實(shí)現(xiàn)中國(guó)智造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、數(shù)控、計(jì)算機(jī)為一體的產(chǎn)品，其自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)先進(jìn)，應(yīng)用廣泛[1]。數(shù)控機(jī)床的故障類型有很多，發(fā)生部位根據(jù)實(shí)際情況也不是唯一的。而在數(shù)控機(jī)床的故障中，故障發(fā)生率較高的算是數(shù)控機(jī)床的電動(dòng)刀架。

數(shù)控機(jī)床電動(dòng)刀架是數(shù)控機(jī)床非常重要的配置，它的好壞直接影響到數(shù)控機(jī)床零部件的加工以及數(shù)控機(jī)床的使用性能。其中數(shù)控機(jī)床四工位電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)緊湊，零部件復(fù)雜，應(yīng)用范圍廣，對(duì)它的故障分析研究尤為重要。

1 四工位電動(dòng)刀架的工作原理

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

四工位刀架，顧名思義可以裝4把刀，其廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上。基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 四工位電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)

四工位電動(dòng)刀架換刀過(guò)程可以總結(jié)為四步：松開(kāi)、換刀、定位和鎖緊[2]。

其工作原理為：當(dāng)輸入換刀指令后，刀架正轉(zhuǎn)，電機(jī)帶動(dòng)蝸輪副、螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿帶動(dòng)夾緊輪上升、離合盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到離合銷(xiāo)進(jìn)入離合盤(pán)槽中實(shí)現(xiàn)松開(kāi)；螺桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)離合盤(pán)、離合銷(xiāo)、夾緊輪，上刀體及反靠銷(xiāo)開(kāi)始轉(zhuǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)上刀體換刀；當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到設(shè)定刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上霍爾元件發(fā)出到位信號(hào)，正轉(zhuǎn)繼電器脫開(kāi)、控制系統(tǒng)發(fā)出反轉(zhuǎn)繼電器吸合，電機(jī)反轉(zhuǎn)；螺桿反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)反靠銷(xiāo)落入粗定位槽時(shí)，實(shí)現(xiàn)粗定位，螺桿繼續(xù)反轉(zhuǎn)，直到與上、下刀體的端齒完全嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，刀架鎖緊[3]。

若想實(shí)現(xiàn)四工位電動(dòng)刀架的快速、準(zhǔn)確維修，同時(shí)不影響加工效率，這時(shí)就要求維修人員必須對(duì)四工位電動(dòng)刀架的工作原理非常熟悉。

1.2 電氣控制原理

刀架在電氣控制方面，其控制原理如圖2所示。從圖2可知，刀架正轉(zhuǎn)控制由中間繼電器KA7控制交流接觸器KM3實(shí)現(xiàn)，刀架反轉(zhuǎn)由中間繼電器KA8控制交流接觸器KM4實(shí)現(xiàn)。

圖2 刀架正、反轉(zhuǎn)控制原理圖

2 四工位電動(dòng)刀架維修思路

數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，可能造成故障的因素很多，故障與原因也不是一一對(duì)應(yīng)的，所以當(dāng)電動(dòng)刀架出現(xiàn)故障時(shí)，不要急于動(dòng)手，先要靜下心來(lái)仔細(xì)觀察，例如觀察工作方式、工作場(chǎng)景、故障現(xiàn)象等。同時(shí)，要保護(hù)好故障現(xiàn)場(chǎng)，然后要按下急停，保證檢查過(guò)程中維修人員的安全，接著按照以下步驟進(jìn)行：

1）了解工作狀態(tài)。向操作人員了解發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象，例如故障前進(jìn)行過(guò)什么操作？故障時(shí)正在完成什么工作？發(fā)生了什么故障？有什么明顯的現(xiàn)象？

2）推理故障原因。利用數(shù)控機(jī)床排故的原則以及排故的方法，縮小故障范圍，診斷故障原因。此時(shí)，采用對(duì)應(yīng)的故障排除方法時(shí)，要綜合利用常用診斷方法與精密診斷方法，這樣排除故障的準(zhǔn)確性和效率會(huì)更高。

3）排除故障。經(jīng)過(guò)上一步的推理、準(zhǔn)確確定故障后，只要把故障排除，數(shù)控機(jī)床能夠正常使用，說(shuō)明排除的原因是正確的。

3 四工位電動(dòng)刀架的常見(jiàn)故障與維修

四工位電動(dòng)刀架的故障可能涉及機(jī)械部分、電器元件、電氣原理圖、PMC梯形圖等等。因此，排除過(guò)程中，一定要冷靜，認(rèn)真檢查故障現(xiàn)象，排除故障。

數(shù)控機(jī)床四工位電動(dòng)刀架最常見(jiàn)的故障主要包括以下幾個(gè)方面[4]：1）刀架不轉(zhuǎn)位；2）刀架轉(zhuǎn)個(gè)不停；3）刀架鎖不緊；4）刀架定位不準(zhǔn)；5）刀架奇偶報(bào)警；6）刀架卡死。以在數(shù)控機(jī)床故障中出現(xiàn)頻率較高的故障為例，分析排除故障的思路。

3.1 案例1：刀架不轉(zhuǎn)位

故障現(xiàn)象1：刀架電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，刀架不動(dòng)作。

分析原因：1）機(jī)械方面，可能是機(jī)械卡死或者夾緊力過(guò)大；2）電氣方面，可能是電源的電壓過(guò)低，甚至沒(méi)電，也可能是電機(jī)缺相或者電機(jī)相序不對(duì)。

故障排除：首先拆下刀架，觀察蝸輪蝸桿和電機(jī)軸之間是否出現(xiàn)機(jī)械卡死，如果正常，接著利用電壓表檢查電壓是否正常，如果電壓正常，再檢查電機(jī)相序是否正確。當(dāng)排除檢查出來(lái)的故障后，再進(jìn)行刀架電機(jī)啟動(dòng)，如果刀架能夠正常動(dòng)作，說(shuō)明故障已排除。

故障現(xiàn)象2：上刀體抬起，但是不轉(zhuǎn)動(dòng)。

分析原因：可能是粗定位銷(xiāo)在錐孔中卡死、斷裂，或者是安裝故障。

故障排除：根據(jù)原因進(jìn)行一一排除。

3.2 案例2：刀架轉(zhuǎn)個(gè)不停

刀架轉(zhuǎn)個(gè)不停的原因有很多種，例如發(fā)信盤(pán)接地線斷路或電源線斷路、霍爾元件斷路或短路（損壞）、磁鋼磁極反相、磁鋼與霍爾元件無(wú)信號(hào)等等。

故障現(xiàn)象：電氣控制柜通電，操作面板上未按下?lián)Q刀按鈕的情況下，刀架轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，一直不停，除非電氣控制系統(tǒng)斷電[5]。

分析原因：這種情況主要分析刀架的控制原理圖，如圖2所示。通過(guò)故障現(xiàn)象可知，沒(méi)有按動(dòng)操作面板換刀按鈕，刀架能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)控制原理圖可知，有可能控制接觸器的繼電器KA7常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)接錯(cuò)了。通過(guò)檢查，KA7常開(kāi)觸點(diǎn)接成常閉觸點(diǎn)，所以導(dǎo)致一通電，刀架就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

故障排除：把繼電器觸點(diǎn)接成常開(kāi)觸點(diǎn)，故障排除。

刀架的故障還可能是按鍵的失效、電氣元部件的接觸不良、電路原理圖的聯(lián)接錯(cuò)誤等。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床刀架快速排故，不僅要非常熟悉刀架的工作原理，還需要具有查找維修說(shuō)明書(shū)的能力，結(jié)合維修的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，快速排出故障。

3.3 案例3：刀架鎖不緊

故障現(xiàn)象：刀架未鎖緊，具體表現(xiàn)為工件成品表面有波紋。

分析原因：1）鎖緊時(shí)間不足，在鎖緊過(guò)程中電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間短；2）發(fā)信盤(pán)位置出現(xiàn)偏差；3）夾緊齒圈與內(nèi)外齒圈之間相互的嚙合不完全。

故障排除：1）通過(guò)調(diào)整PMC參數(shù)，使得反轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間足夠，一般1 s～1.2 s；2）拆開(kāi)刀架蓋，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)信盤(pán)位置，確保磁鋼與刀架霍爾元件對(duì)齊；3）檢查刀架大螺母，確保大螺母處在鎖緊狀態(tài)。

3.4 案例4：刀架卡死

故障現(xiàn)象：刀架接觸的地方潤(rùn)滑不良。

分析原因：1）內(nèi)部之間的軸承存在磨損；2）內(nèi)部螺桿之間相互位置錯(cuò)位。

故障排除：1）如確認(rèn)是軸承問(wèn)題，更換新的軸承，確保刀架內(nèi)部潤(rùn)滑狀態(tài)良好；2）拆開(kāi)檢查蝸輪與反靠銷(xiāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系，如處于臨界狀態(tài)下，對(duì)刀架上電調(diào)試，就會(huì)導(dǎo)致刀架卡死，確保兩者之間接觸處在合理的位置[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床四工位電動(dòng)刀架的故障發(fā)生率高，故障類型多，在維修過(guò)程中，要做到綜合考慮其機(jī)械、電氣等多方面因素。本文分析了四工位電動(dòng)刀架故障排除的思路，希望能夠給維修人員提供一些幫助，從而提高生產(chǎn)效率。