經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架常見(jiàn)故障診斷*

陳 國(guó)，蘇朝輝

（山東華宇工學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，山東 德州 253000）

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)地不斷發(fā)展，智能化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)方案等技術(shù)體系的應(yīng)用和研究不斷深入，將這些技術(shù)體系應(yīng)用到不同行業(yè)中可在很大程度上提升工作效率和應(yīng)用質(zhì)量，有利于經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用管理效益的雙贏，能夠進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)效率。但一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，其排查、維修和后期養(yǎng)護(hù)等工作也將變得更加困難。為保證技術(shù)體系都能落實(shí)到位，要整合運(yùn)行要點(diǎn)，針對(duì)故障多發(fā)的電動(dòng)方刀架系統(tǒng)予以特別關(guān)注，明確維修規(guī)律和要點(diǎn)的同時(shí)，落實(shí)匹配的解決方案，保證設(shè)備處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架概述

1.1 結(jié)構(gòu)

車(chē)床電動(dòng)方刀架是較為常見(jiàn)的換刀裝置，配合自動(dòng)處理單元，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)控化處理。其主要分為轉(zhuǎn)塔刀架、六角刀架和四方刀架等，因?yàn)閿?shù)控車(chē)床對(duì)刀架應(yīng)用提出了較高要求，因此，要確保其具備承受充足切削力的水平，并維持良好的剛度和強(qiáng)度［1］。另外，回轉(zhuǎn)刀架在實(shí)際應(yīng)用中要保證重復(fù)定位的精準(zhǔn)性符合預(yù)期。例如，要設(shè)置端齒盤(pán)，將其作為整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的精準(zhǔn)定位元件，并利用霍爾開(kāi)關(guān)完成信號(hào)傳輸控制，從而減少機(jī)械接觸造成的不良影響，延長(zhǎng)數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架的應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)。

本論述以LD4-I系電動(dòng)方刀架具體結(jié)構(gòu)為例，具體如圖1所示。

圖1 電動(dòng)方刀架結(jié)構(gòu)示意圖

首先，數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求是對(duì)應(yīng)功能部件能滿(mǎn)足性能要求和可靠性要求。

其次，轉(zhuǎn)位的準(zhǔn)確性、轉(zhuǎn)位的具體時(shí)間、重復(fù)定位的精準(zhǔn)度以及密封性等都是結(jié)構(gòu)要求，只有滿(mǎn)足平穩(wěn)安全的基本需求才能提高整體工序的合理性和規(guī)范性。

最后，要確保各個(gè)部件夾緊剛度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，并利用重載荷切削操作完成相應(yīng)的處理工序。

1.2 工作原理

在實(shí)際工作過(guò)程中，主機(jī)系統(tǒng)發(fā)出對(duì)應(yīng)的工作數(shù)控信號(hào)，刀架的電動(dòng)機(jī)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而有效帶動(dòng)蝸桿、蝸輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后配合夾緊輪的操作，就能實(shí)現(xiàn)蝸桿的逐漸上抬，此時(shí)活動(dòng)銷(xiāo)松開(kāi)，離合轉(zhuǎn)盤(pán)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)盤(pán)和銷(xiāo)的分離，此時(shí)，上刀體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置，霍爾元件對(duì)應(yīng)磁鋼完成信號(hào)定位，實(shí)現(xiàn)操作處理。需要注意的是，信號(hào)符合應(yīng)用要求時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)得以獲取，完成初步定位和精度定位，若是電機(jī)堵轉(zhuǎn)，則延時(shí)結(jié)束進(jìn)入下一道工序。這一設(shè)計(jì)可視為對(duì)故障的“自行排查”，但在實(shí)際的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床維護(hù)活動(dòng)中，出現(xiàn)的電路故障、信號(hào)執(zhí)行故障問(wèn)題更加復(fù)雜［2］。

1.3 研究現(xiàn)狀

我國(guó)數(shù)控車(chē)床研究工作中，目前應(yīng)用最為廣泛的是以電動(dòng)模式為主的數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)，較為常見(jiàn)的是立式回轉(zhuǎn)刀架和臥式轉(zhuǎn)刀架，能在發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上有效提升數(shù)控車(chē)床應(yīng)用運(yùn)行質(zhì)量，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)要求，整合具體的應(yīng)用方案維持?jǐn)?shù)控機(jī)床的操作規(guī)范性。其一，立式回轉(zhuǎn)刀架，應(yīng)用在簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床處理方面；其二，臥式回轉(zhuǎn)刀架，分為8工位、10工位以及12工位等，利用正向旋轉(zhuǎn)和逆向旋轉(zhuǎn)完成就近取刀處理，并且能應(yīng)用在全功能性數(shù)控車(chē)床控制工作中。值得一提的是，臥式回轉(zhuǎn)刀架還能應(yīng)用在液壓驅(qū)動(dòng)刀架處理和伺服驅(qū)動(dòng)刀架處理中，作為數(shù)控車(chē)床的基礎(chǔ)元件，電動(dòng)刀架的應(yīng)用和合理性選配方案非常關(guān)鍵，只有建立完整的實(shí)施控制方案，才能最大程度上提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，從而最大程度上減少人為誤差對(duì)整個(gè)工序產(chǎn)生的影響，滿(mǎn)足精準(zhǔn)性的根本需求［3］。例如，在較為復(fù)雜的幾何形狀零件加工處理工序中，為了有效提升工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定性，要建立控制指數(shù)的分析方案，從而確保控制系統(tǒng)應(yīng)用的最優(yōu)化。

2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架常見(jiàn)故障和解決措施分析

為進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架應(yīng)用的合理性和有效性，就要及時(shí)檢索和分析故障問(wèn)題，從刀架鎖、刀體以及刀架等方面進(jìn)行針對(duì)性的判定，并且維修人員要制定相匹配的處理措施，從而減少故障造成的不良影響。

2.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架常見(jiàn)故障

2.1.1 刀架鎖故障

在數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架應(yīng)用工序中，較為常見(jiàn)的問(wèn)題就是刀架鎖緊實(shí)度不足。原因如下：

（1）整個(gè)刀架結(jié)構(gòu)的控制電路存在故障隱患，導(dǎo)致動(dòng)力供給不足、供給中斷，在車(chē)床運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障；

（2）刀架內(nèi)部實(shí)際鎖刀位置的定位銷(xiāo)磨損較為嚴(yán)重，元件脫離嚴(yán)重，且齒輪匹配度不足；

（3）數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用中沒(méi)有對(duì)機(jī)床參數(shù)予以合理性設(shè)定，尤其是刀架的反鎖時(shí)間，設(shè)置數(shù)值較小，亦或是發(fā)信盤(pán)的位置校對(duì)不準(zhǔn)確，都會(huì)影響刀架鎖的應(yīng)用效率。

2.1.2 刀體故障

對(duì)于數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架應(yīng)用運(yùn)行工作而言，刀體故障也較為常見(jiàn)，主要表現(xiàn)為無(wú)法有效換刀。一般要從機(jī)械層面和電氣層面對(duì)其故障問(wèn)題予以分析。若是在換刀操作時(shí)接觸電機(jī)存在振動(dòng)情況，故障可能就來(lái)源于電機(jī)，若是電力故障得以排除，則一般是刀架內(nèi)部機(jī)械卡死或者是機(jī)械元件損壞［4］。

2.1.3 刀架故障

數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架中，刀架故障也較為常見(jiàn)。首先，若是電源電量不足或者是控制箱開(kāi)關(guān)位置不對(duì)，都會(huì)使刀架無(wú)法正常運(yùn)行；其次，電動(dòng)機(jī)相序相反，會(huì)使運(yùn)行反轉(zhuǎn)不足；最后，刀架上對(duì)應(yīng)元件夾緊力較大，也會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)失衡。

2.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架故障解決措施

在分析相應(yīng)故障的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況制定合理的解決措施，有效從機(jī)械、電氣等多個(gè)層面分析問(wèn)題，提高應(yīng)用效率，從而減少經(jīng)濟(jì)損失。故障排查必須遵循以下原則：一次性排查到位，節(jié)約排查成本；排查技術(shù)科學(xué)合理，避免過(guò)度的維修開(kāi)支；排查流程科學(xué)高效，避免對(duì)設(shè)備造成二次損害。

2.2.1 刀架鎖故障解決措施

針對(duì)刀架鎖故障問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況具體問(wèn)題具體分析，從而保證相應(yīng)的解決措施切實(shí)有效，減少其運(yùn)行障礙造成的不良影響。

（1）若電路異常問(wèn)題，則要對(duì)接觸器的線(xiàn)圈和接觸點(diǎn)予以檢查，確保沒(méi)有存在異常現(xiàn)象，及時(shí)解決隱患問(wèn)題，維持電路穩(wěn)定。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床運(yùn)轉(zhuǎn)之前，可對(duì)刀架線(xiàn)路進(jìn)行排查，及時(shí)解決電路故障、電路中斷問(wèn)題。

（2）鎖緊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時(shí)，一般會(huì)采取卸除刀架的處理方式，對(duì)整個(gè)機(jī)床設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)予以調(diào)控，并且要檢查反靠定位銷(xiāo)的運(yùn)行效果，若出現(xiàn)異常及時(shí)更換。

（3）若因?yàn)檎麄€(gè)數(shù)控機(jī)床電動(dòng)方刀架機(jī)床參數(shù)時(shí)間設(shè)置不到位，就要合理調(diào)整反鎖時(shí)間，匹配實(shí)際應(yīng)用要求確保參數(shù)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)。

（4）若數(shù)控車(chē)床電動(dòng)方刀架的發(fā)訊盤(pán)位置異常，則要卸除刀架結(jié)構(gòu)的頂蓋，并且對(duì)其予以旋轉(zhuǎn)處理，維持刀位的穩(wěn)定性，保證其停留在指定的位置。

例如，以O(shè)i-TB系數(shù)控車(chē)床的LD4-I系電動(dòng)方刀架為例，換刀指令下達(dá)后，車(chē)床能實(shí)現(xiàn)刀架的準(zhǔn)確定位，但是不能及時(shí)完成鎖緊反轉(zhuǎn)的相應(yīng)操作，并且系統(tǒng)未見(jiàn)異常報(bào)警，這使機(jī)床的操作效率受到了嚴(yán)重影響。技術(shù)人員在進(jìn)行故障檢修時(shí)首先對(duì)刀架上的刀體進(jìn)行了反靠定位銷(xiāo)的檢查，盡管發(fā)現(xiàn)有少許磨損，但是并不會(huì)影響其正常工作，因此就對(duì)系統(tǒng)反鎖時(shí)間參數(shù)設(shè)置予以檢查，發(fā)現(xiàn)參數(shù)重新設(shè)定后依舊沒(méi)有改變現(xiàn)狀。檢修人員就判定可能是控制電路的問(wèn)題，于是對(duì)元件予以檢索，發(fā)現(xiàn)KM6線(xiàn)圈燒損，使反轉(zhuǎn)鎖緊操作失衡，故及時(shí)更換元件后，故障解除［5］。

2.2.2 刀體故障解決措施

針對(duì)刀體故障，在判定故障原因后落實(shí)相匹配的處理方式即可。尤其是機(jī)械故障，一般采取更換失效零部件。另外，若設(shè)備在執(zhí)行換刀指令的過(guò)程中存在電動(dòng)機(jī)過(guò)載報(bào)警信號(hào)，亦或是機(jī)床無(wú)法有效控制選刀操作效果，就可能是電源相序以及電路中繼器等設(shè)備的問(wèn)題，需要維護(hù)人員進(jìn)行對(duì)應(yīng)位置的調(diào)整和修復(fù)，保證故障及時(shí)排除的同時(shí)，優(yōu)化其操作效率。

例如，以SAG210/2NC系數(shù)控車(chē)床為例，在換刀指令下達(dá)并順利接收后，出現(xiàn)刀架不轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，影響其整體操作的合理性和應(yīng)用效果。為此，維護(hù)人員依據(jù)刀架的工作原理對(duì)機(jī)械應(yīng)用過(guò)程中的元件進(jìn)行了質(zhì)量檢查，將問(wèn)題定位在粗定位銷(xiāo)方面，由于其在錐孔中出現(xiàn)卡死和斷裂，使整個(gè)操作流程無(wú)法有效運(yùn)行?；诖?，維護(hù)人員集中拆卸電機(jī)架結(jié)構(gòu)，并及時(shí)更換受損定位銷(xiāo)，以保證操作流程的有序性［6］。更換結(jié)束后，電動(dòng)刀架恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.2.3 刀架故障解決措施

對(duì)刀架故障要秉持精細(xì)化處理原則，針對(duì)具體問(wèn)題落實(shí)相應(yīng)的處理方案。

（1）電源問(wèn)題，要及時(shí)檢查電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，若有異常及時(shí)更換。對(duì)于已經(jīng)確定出現(xiàn)故障的電動(dòng)機(jī)，必須及時(shí)進(jìn)行更換。作為精密元件，數(shù)控機(jī)床電動(dòng)機(jī)部件的使用必須遵循定量、定時(shí)的基本原則，不得長(zhǎng)時(shí)間、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，避免產(chǎn)生設(shè)備損傷，保障元件的壽命。

（2）電動(dòng)機(jī)相序參數(shù)問(wèn)題，重新設(shè)置匹配參數(shù)，保證電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)順暢。相序參數(shù)的設(shè)置必須由專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員完成，在設(shè)置匹配參數(shù)之前，應(yīng)根據(jù)車(chē)床未來(lái)的加工要求調(diào)整參數(shù)范圍，確保參數(shù)設(shè)置的合理性。

（3）夾緊力，要利用6 mm的6角扳手對(duì)蝸桿端部予以旋轉(zhuǎn)處理，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)控夾緊電流參數(shù)。若用力可轉(zhuǎn)動(dòng)，就要適當(dāng)降低電流；若用力無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，則觀察定位銷(xiāo)是否在指定位置，利用對(duì)應(yīng)的修正措施保證螺母處于正常影響狀態(tài)。

（4）及時(shí)檢查刀架結(jié)構(gòu)中各個(gè)元件位置潤(rùn)滑油的情況，及時(shí)涂潤(rùn)滑油或者是拆開(kāi)分析。部分技術(shù)人員認(rèn)為添加大量的潤(rùn)滑油能夠保障器械的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，降低加油頻率，節(jié)約人力開(kāi)支。但結(jié)合現(xiàn)實(shí)的加工活動(dòng)來(lái)看，大量添加潤(rùn)滑油會(huì)導(dǎo)致油料浪費(fèi)，且沒(méi)有被使用的潤(rùn)滑油會(huì)在車(chē)床內(nèi)部流動(dòng)，造成嚴(yán)重的內(nèi)部污染問(wèn)題，不便于清理，增加安全隱患［7］。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床而言，電動(dòng)方刀架具有重要的作用，因此要集中分析故障問(wèn)題，減少設(shè)備故障造成的不良影響，按照標(biāo)準(zhǔn)化流程一一排查，從而提高故障診斷和分析的實(shí)效性［8］，提升故障處理效率，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床方刀架設(shè)備應(yīng)用規(guī)范。