浅谈华中数控车床四方电动刀架故障诊断与维修

孙延娟 张 鑫

（长春职业技术学院，吉林 长春 130033）

电动刀架是数控车床的重要组成部分，在机床运行中起着至关重要的作用，一旦出现故障，就可能造成工件作废，甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故，本文主要结合电动刀架的工作原理，对数控车床四方刀架在使用过程中出现的故障现象进行系统分析，针对不同的故障原因，提出相应的诊断与维修方法。

1 刀架控制系统电气线路连接图

本文阐述的四工位车床刀架电机采用三相交流380V供电，正转时驱动电机正转，反转时刀架自动锁死，为了保证刀架完全锁死，保证刀具的定位精度，在PLC参数中设置了0.5s的反转锁死时间。每把刀具都各有一个霍尔位置检测开关。图1为四工位刀架控制线路图。

图1 四工位刀架控制线路图

2 四工位刀架换刀过程

四方电动刀架是以电动机为动力，带动蜗杆旋转，蜗杆带动蜗轮转动，再带动刀具实现换刀；由电动机的正反转带动刀架的抬起换刀和刀架的锁紧，由霍尔元件作为发讯体，把刀位信号发送给数控系统。图2为螺旋型四工位刀架结构示意图。

具体的换刀动作及控制过程为：CNC发出换刀信号，控制继电器KA6动作，刀架电机正转，通过蜗杆带动蜗轮，进而带动上刀体转位，当上刀体转到所需刀位时，发讯盘上的霍尔元件与磁钢座上的磁钢对磁，霍尔元件发出刀具到位信号，电机正转延时100ms后电机反转，刀架锁紧。反转时间（一般为1.5s）到，继电器KA7动作，电机停止，并向CNC发出应答信号，换刀过程结束。图2为螺旋型四工位刀架结构示意图。

如果电机长时间旋转、不转，而找不到刀位信号，则认为刀架出现故障，停止刀架电机，并发出报警信息。

3 刀架换刀故障原因及排除

当开机后系统处于正常工作状态，手动或者自动换刀时，刀架出现不能换刀主要有以下几种原因：

①强电控制电路故障；②接触器控制电路故障；③PLC输入/输出故障；④刀架机械故障；⑤刀架电机损坏故障

刀架故障现象主要有“刀架不动”和“刀架正转不停”两种。

3.1 刀架不动故障排除思路

3.1.1 按下换刀启动按钮后，观察继电器指示灯是否点亮以及观察PLC输出点位Y0.6、Y0.7的状态变化，如继电器指示灯不点亮，检查刀架刀位控制模块24V电源控制回路（380V经变压器变220V后，经开关电源变为24V）和PLC程序输出点位（刀架正传Y0.6、反转Y0.7）设置是否正确；如点亮且继电器触点连接正确并吸合，确定继电器没有问题，再看接触器吸合状况。

3.1.2 接触器不吸合，检查220V电压是否输入以及接触器是否损坏；如吸合说明接触器没问题，则可能是刀架相序接反、刀架锁死以及刀架电机损坏等原因。

3.1.3 如控制线路连接连线正确（接触器吸合），首先检查刀架电机进线电压是否缺相，如不缺相，再把刀架电机U、V相序互换，如还不能排除故障，说明可能电机卡死或电机损坏。

3.1.4 刀架机械卡死。刀架机械卡死会造成刀架电机堵转而出现过载报警。排除机械卡死故障时，可以将刀架与电机脱开，用扳手盘动蜗杆，如果不能正常转动，则说明是机械卡死。此时，可以按正确的拆卸顺序拆开刀架，进一步检查中轴、各种销钉、联轴器等有无变形。刀架机械卡死，通常是由碰撞变形引起的。

电机不转且没有声音：电源或者绕组有两相或两相以上断路，首先检查电源是否有电压，如果三相电压平衡，那么故障在电动机本身，可检测电动机三相绕组的电阻，寻找出断线的绕组。

3.1.5 刀架电机损坏。若接人电源正常，空载下电机仍不转，则说明电机损坏。电机损坏一般由于缺相、过载运行、绕组接地、绕组相间、匝间短路故障引起。

3.2 电动刀架某一个或几个刀号换刀转不停，其余刀号正常。

3.2.1 此刀位霍尔元件损坏。确认是哪个刀位使刀架转不停后，转动该刀位，用万用表测量该刀位信号点(X1.1、X1.2、X1.3 或 X1.4)是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发讯盘或霍尔元件。

3.2.2 发讯盘此刀位信号线接触不良或断线。若发讯盘该刀位信号输出正常，则继续检查相应PLC刀具到位输入线号状态有无变化：若没有变化，则检查此刀位信号线与PLC系统的连线是否断线或接触不良；若有，则正确连接即可。

3.2.3 PLC系统的刀位信号接收电路故障。若检查结果霍尔元件和刀位信号接线都完好，则可确PLC认系统输入信号接收电路故障，更换相应板卡。

3.3 电动刀架换每把刀时都转不停

3.3.1 发讯盘（刀位信号模块）电源故障。如果发讯盘上霍尔元件得不到正确的电源，造成无法产生刀具到位应答信号。一般发询盘电源为DC24V。检查刀架上的+24V、0V与系统的接线是否出现断路；检查24V与0V间是否短路将24V电压拉低；检查24V与0V间是否断路，发讯盘长期处于潮湿的环境，线路容易老化断线，使电源不能构成回路。

3.3.2 磁钢故障。包括磁钢无磁、磁性不强、磁钢磁极装反或磁钢与霍尔元件高度位置不准。对应不同的原因，更换磁钢或增强磁性；调整磁钢磁极方向；若磁钢在刀架抬起时位置太高，则需要调整磁钢的位置，使磁块对正霍尔元件。

3.3.3 PLC刀位信号参数设置错。检查PLC参数设置是否和系统输入一一对应，1、2、3、4号刀刀位到位对应的PLC点位分别为X1.1、X1.2、X1.3和 X1.4。

3.3.4 所有霍尔元件损坏。在对应刀位无断路的情况下，若所对应的刀位线有高电平输出，则霍尔元件无损坏，否则更换刀架发讯盘或其上的霍尔元件。一般来说，所有霍尔元件同时损坏的可能性很小。

3.4 刀架锁不紧

3.4.1 刀架电机反转时间不够。查看并调整系统反锁时间参数，一般时间设定为0.5s即可。

3.4.2 刀架不能反转。按照刀架不能旋转的检查方法，排查刀架电机反转控制线路。

3.4.3 刀架机械锁紧机构故障。拆开刀架，检查机械部件，尤其是查看定位销是否损坏。

3.5刀台换刀时不到位或过冲太大

3.5.1 磁钢在圆周方向相对霍尔元件太前或太后。打开刀架上盖，查看磁钢和霍尔元件位置，若错位，则进行相应调整。

3.5.2 机床动作控制程序中，在刀架电机正传停止和反转开始之间，插入了较长的延时（如本系统在接收到刀位信号到位后延时100ms）。调整PLC参数中换刀刀位延时时间，一般在正常使用期的机床，由此引起的故障较少见。

结束语

数控车床电动刀架的控制涉及机械、低压电器、PLC、传感器等多学科知识，维修人员应熟知刀架的机械结构以及电气控制原理，并熟练掌握常用工具的使用，根据故障现象，从控制原理着手，确定合理的诊断与检测步骤，才能快速排除故障。

[l]龚仲华．数控机床故障诊断与维修500例[M]．北京：机械工业出版社．2004．

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