1-3换刀异常故障诊断与维修(精)

1、第4章学习情境三换刀异常故障诊断与维修4.1刀架的结构及控制4. 1. 1 刀架的作用、结构及工作原理数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自 动换刀装置，属于数控车床上的关键功能部件，一旦出现问题，整个设备将无法工作，而 且刀架故障在数控车床故障中占有很大比例，虽然各厂家所生产的刀架结构、尺寸各异， 不同数控车床生产厂家安装的刀架也有所不同，但无论是哪一类刀架，故障原因大多雷同，维修方法也可以互相参考。为此，及时排除刀架故障，懂得部分维修手段是必要的。但如 何才能尽快地解决刀架故障

2、呢？首先我们要了解刀架的结构，熟悉其机械结构和电气控制 原理，才能快速判断故障所在。1 .刀架的作用及结构刀架主要用来装夹多把不同的车刀，在数控车床零件加工生产过程中，有些零件需要 多把车刀来同一零件的加工，数控车床装电动刀架可以实现在零件加工过程中，通过编写 加工程序，由数控系统自动控制车床焕刀来完成零件加工。如图4 1 为立式四方电动刀架结构：图 4 1 立式四方电动刀架结构1、17 轴 2 蜗轮 3 刀座 4 密封圈 5、6齿盘 7、24 压盖8刀架 9、21套筒 10 轴套 11 垫圈 12 螺母 13 销 14 底盘15 轴承 16 联轴器 18 套 19 蜗杆 20、25开关 22

3、 弹簧 23 电动机2 .电动刀架的工作原理(1) 松开：刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮A-A 放大转动，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋 合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架；（2）换刀：刀架松开后，丝杠继续转动刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动即换 刀；（3）定位：在刀架的每一个刀位上有一个用永磁铁做的感应器，当转到系统所需的刀位时，磁感应器发出信号，刀架电动机开始反转：、（4）锁紧：刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，当丝杠反转时刀 架

4、不能动作，丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成。电动机的反转时间是系统 参数设定的，设置时间不能太长也不能太短，反转锁紧时间过长损坏电机；反转锁紧时间过短刀架可能锁不紧。检验刀架是否锁紧的方法为：用百分表靠紧刀架，人为的扳动刀架, 百分表指针浮动不应超出0.01mm。4. 1. 2 刀架接口与控制1 . GSK980TD控系统通过 XS40 接口与刀架控制信号连接， 接口定义如图 4 2 所示。图 4 2 XS40 机床输入接口2 .换刀控制相关信号T01T04： 14 号刀刀位信号，机床TCNCT05T08： 58 号刀刀位信号， 机床TCNC 标准 PLC 程序定义的 T05T08

5、信号接口 为复用接口，T05 与 SPEN 言号共用同一接口， T07 与 M41I、WQPJ 信号共用同一接口， T08 与 M42I、NQPJ 信号共用同一接口；复用接口同时只能一个功能有效；TCP 刀架锁紧信号， 标准 PLC 程序定义的 TCP 信号接口为复用接口， TCP 与 PRES（压 力检测信号）信号共用同一接口；TL+、TL-:刀架正转、反转信号。3 .换刀方式换刀的控制时序、控制逻辑由 PLC 程序定义。标准 PL（程序定义了四种换刀方式，具体XDECBDT/DITWTO4TO3T02TO1P SAGTSTZDEC10： ESP11： +24V12: TL-/UO6Hi T

6、L-/UO714: X15:0V応 ：ov广；ov19：T0S/M12I/XQPJ/+0VST06.OV2T05 OV1 SPEN+24V0V(A”荷号说明XDEC. ZDECX、：z轴回零考点减速信号BDT/DITT程序段选瞰用座控制估号T01T08刀徒信号SP/SAGT进给廉持/防护门检测估号ST循环启动信号ESP廉总停止信号TL+、L刀架IE.反转牯号M-12I. M-11I口动档换档到位信号他PJ*VQPJ卡盘丸唏、松JF到隹信号SPEN主轴壷转允许怕号OVlOVS倍率信号20：2324如下:（1 ）换刀方式 A在手动、MDI 或自动方式下，执行换刀，CNC 输出刀架正转信号（TL+）

7、,并开始检测刀位信号，在检测到刀位信号后关闭刀架正转信号（TL+），并开始检测刀位信号是否有跳变，若有跳变则输出刀架反转信号（TL-），刀架反转信号（TL-）输出后开始检测锁紧信号 TCP,当接收到此信号后，延迟数据参数血085 设置的时间，关闭刀架反转信号（TL-）,换刀结束。（2 ）换刀方式 A（带到位检测）换刀过程基本同换刀方式A,仅增加了刀位确认这一环节，CNC 停止输出刀架反转信号的瞬间检测确认刀位信号（即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致），若一致， 换刀过程完成，若不一致，CNC 出现“换刀未完成”报警。（3 ）换刀方式 B1 ）执行换刀操作后，系统输出刀架正转信号TL+并开

8、始检测刀具到位信号，检测到刀具到位信号后，关闭 TL+输出，延迟数据参数血 082 设定的时间后输出刀架反转信号TL-。然后检查锁紧信号 TCP 当接收到此信号后，延迟数据参数血085 设置的时间，关闭刀架反转信号（TL-），换刀结束；2） 当系统输出刀架反转信号后，在数据参数血 083 设定的时间内，如果系统没有接收 到 TCP言号，系统将产生报警并关闭刀架反转信号；3） 若刀架无刀架锁紧信号，可把状态参数血011 的 Bit0（TCPS）设定为 0,此时刀架锁 紧信号一直有效（一直与 +24V 断开）。（4 ）换刀方式 B（带到位检测）换刀过程基本和换刀方式B 相同，仅增加了刀位确认这一环

9、节：CNC 停止输出刀架反转信号 TL-的瞬间检测确认刀位信号（即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致），若一致，换刀过程完成，若不一致，CNC 出现“换刀未完成”报警。4 .刀架调试广州 GSK980T 数控系统可支持各种刀架，具体参数设定由机床的说明书为准；如该刀 架是 48工位电动刀架，刀位信号直接输入，正向旋转选刀，反向旋转锁紧。首次上电进行换刀时，如果刀架不转动，可能是由于刀架电机的三相电源的相序连接 不正确，此时应立即按复位键，切断电源并检查接线，如为三相电源的相序连接不正确造 成，可调换三相电源中的任意两相。刀架到位信号高/低电平选择由状态参数血 011 的 Bit1 位（TS

10、GN 设置，诊断信息 N0.005 的 Bit7（TL-）和 Bit6 （ TL+）检查刀架的正/反转输出信号是否有效， 诊断信息 N0.000 的 BIT0BIT3 位（T01T04）检查 T01T04 刀位信号是否有效。4. 1. 3 数控系统刀架参数1.刀架控制信号参数BDECBD8ZNIKTSGNBit7 = 1:反向间隙补偿方式 B,补偿数据以升降速方式输出，设置频率无效；=0 :反向间隙补偿方式 A 以设置频率（状态参数No.010 设置）或设置频率的1/8 输出。Bit6 = 1:反向间隙补偿以设置频率的1/8 进行补偿；=0 :反向间隙补偿以设置频率进行补偿。Bit2 = 1:

11、执行回零操作时方向键自锁，按一次方向键回零继续直至结束;=0 :执行回零操作时方向键不自锁，必须一直按住方向键。Bit1 = 1:刀位信号低电平（与 +24V 断开）有效；=0 :刀位信号低电平（与 +24V 接通）有效。PB6PB5Bit2 = 1:换刀结束时检查刀位信号；=0:换刀结束时不检查刀位信号BitO = 1:换刀方式 A;=0 :换刀方式 B。2 刀架时间参数076T1MAXT换刀时，移动一刀位所需的时间上限；设定范围：1005000 （单位；毫秒）078TLMAXT换刀时，移动最多刀位的时间上限；设定范围：100060000 （单位；毫秒）082T 仃 IME换刀 T1 时间：

12、刀架正转停止到刀架反转锁紧开始的延迟时间；设定范围：04000 （单位：毫秒）083 |TCPWRNT2 :未接收到刀架锁紧*_TCP 信号的报警时间；设定范围：04000 （单位：毫秒）084 |TMAX总刀位数选择；设定范围：132 一085TCPTIME刀架反转锁紧时间；设定范围：040000 （单位：毫秒）3 .刀架诊断参数TCP :刀架锁紧信号/压力低检测信号（机床TPLC） DIQP :卡盘控制信号（机床TPLC）XDEC : X 轴回参考点减速信号（机床TCNC）BDT :程序选跳信号（机床TPLC）T04 :刀位信 T03 :刀位信号 T3 （机床TPLC ）T03 :刀位信号

13、 T3 （机床TPLC）T02 :刀位信号 T2 （机床TPLC）T01 :刀位信号 T1 （机床TPLC）TCPDIQPXDECBDTT04T03T02T01XS39.12XS39.11XS40.1XS40.2XS40.3XS40.4XS40.5XS40.6005TL-TL+DOQPSDOTWSS04S03S02S01脚号XS40.13XS40.12XS39.10XS39.9XS39.8XS39.14XS39.1XS39.5TL+ :刀架反转信号 （PLCT机床）TL-:刀架正转信号 （PLCT机床）DOQPS :卡盘松开信号 （PLCT机床）DOTWS :尾座退信号（PLCT机床）4.2刀

14、架的具体控制电路i.刀架控制主电路刀架控制主电路如图 4 3 所示，刀架电动机的三相电源通过开关QF3 接入，由接触器 KM3 和 KM4 分别控制刀架电动机的正反转，从而实现电动刀架的换刀与锁紧：图 4 3 刀架控制主电路2 .刀架的控制电路刀架的控制电路如图 4 4 和 45 所示:S04:主轴转速开关量控制信号S03:主轴转速开关量控制信号S02:主轴转速开关量控制信号S01 :主轴转速开关量控制信号S04 （ PLCT机床）S03 （ PLCT机床）S02 （ PLCT机床）S01 （ PLCT机床）I11*|,|4F厂丨 為 丨 濟M糠电* 烈軸鵬 玮速时就蓟上电聘辱朋卿mWJ世Ht

15、0nt-3X.阳CJ-AU3u 9 L - 7LUFl9LrUIIT3!F1HIJ图 4 4 数控系统上电控制图图 4 5 数控机床刀架控制电路3数控刀架工作原理分析：(1)刀位检测部分 刀位检测电路是由霍尔元件、 上拉电阻和相关的辅助电路、 刀架定位感应磁铁等组成。系统 XS40 接口 23 脚输出 24V 电压通过 R1、R2、R3 R4 上拉电阻接到 XS40 接口的第 6、5、4、3 脚，作为 1、2、3、4 号刀位的检测电平，当系统上电工作时刀架上的磁铁对应着相 应的刀号检测霍尔元件，相应的霍尔元件导通，把相应的检测端口电平拉低。(2)换刀过程数控系统解析程序如果有换刀指令则向 PL

16、C 发出换刀指令，PLC 接受到换刀指令后检 测 XS40接口的刀位信号，如果当前刀位是系统所需的刀位，贝UPLC 把信号反馈给系统显示当前刀位，系统不再发出换刀指令执行下一段程序。如果当前刀位不是系统所需的刀位 则向 PLC作出换刀指令，XS40 接口的 12 脚为低电平，继电器 KA3 吸合交流接触器 KM3 吸 合，刀架电机带动刀架正转换刀，当刀架转动时到达相应的刀位时相应的霍尔元件为低电 平，PLC 检测到相应的刀位电平的变化把信号发给系统，系统发出停止换刀命令，XS40 接口第 12 脚为高电平 KA3 断电、KM3 断电刀架停止换刀，接着系统发出刀架反夹紧转命令， XS40 接口的

17、第 13 脚为低电平，继电器 KA4 吸合交流接触器 KM4 吸合，刀架电机反转到达 系统参数设定的时间后， SX40 接口 13 脚为高电平，KA4 断电、KM4 断电，换刀结束。43数控车床刀架常见故障维修实例4.3.1 典型故障分析例 1 故障现象：电动刀架锁不紧故障分析与处理：(1)发信盘位置没对正 : 拆开刀架的顶盖， 旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔 元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。(2)系统反锁时间不够：调整系统反锁时间数即可(新刀架反锁时间t=l.2s即可)。( 3)锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断 .例 2 故障现象：电动刀架某一位刀号转不停，其余刀

18、位可以转动故障分析与处理：( 1)此位刀的霍尔元件损坏：确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入转动该刀 位，用万用表量该刀位触点对 +24V 触点是否有变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件 损坏，更换发信盘或霍尔元件( 2)此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号：检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可(3) 系统的刀位信号接收电路有问题：当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信 号与系统的连线也没问题的情况下更换主板例 3 故障现象：刀架连续运转、到位不停故障分析与处理：由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小， 主要从电气方面检查：检查刀架到位信号是否发

19、出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。此时需要更 换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情 况相应地进行线路故障排除。432 其它故障分析1.电动刀架的每个刀位都转不停电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理如表4- 1 所示：表 4- 1 电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理故障原因处理方法系统无+24V、COM 俞出用万用表测量系统出线端，看这两端输出电 压是否正常存在，右电压不存在，则为系统 故障，需更换主板或送厂维修系统有+24V、COM 俞出，但与刀架发信 盘连接断路；或是+2

20、4V 对 COM 地短路用万用表检查刀架上的 +24V、COM 地与系统 的接线是否存在断路；检查 +24V 是否对 COM 地短路，将+24V 电压降低系统有+24、COM 俞出，连接正常，发信 盘的发信电路板上+24V 和 COM 接地回 路有断路发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断 路，用焊锡或导线重新连接刀位上+24v 电压低偏，电路上的上拉电 阻开路用万用表测量每个刀位上的电压是否正常， 如果偏低，检查上拉电阻，若是开路，则更换 1/4W2KQ上拉电阻系统反转控制信号 TL-无输出用万用表测量系统出线端，看这一端的输出 电压是否正常或存在，右电压不存在，则为 系统故障，需更换主板或关

21、厂维修系统有反转信号 TL-输出，但与刀架电 机之间的回路存在问题检查各中间连线是否存在断路，检查各触点 是否接触不良，检查强电柜内直流继电器和 交流接触器是否损坏刀位电平信号参数未设置好检查系统参数刀位咼电平检测参数是否正 常，修改参数霍尔元件损坏在对刀位无断路的情况下，若所对的刀位线 有低电平输出，则霍尔元件无损坏，否则需 要更换刀架发信盘或其上的霍尔兀件。一般 四个霍尔元件同时损坏的机率很小磁块故障，磁块无磁性或磁性不强更换磁块或增强磁性。若磁块在刀架抬起时 位置太高，则需调整磁块的位置，使磁块对 正霍尔元件2.电动刀架不转电动刀架不转故障分析与处理如表4- 2 所示：表 4- 2 电动

22、刀架不转故障分析与处理故障原因处理方法刀架电机三相反相或缺相将刀架电机线中两条互调或检查外部供电系统的正转控制信号 TL+无输出用万用表测量系统出线端，量度+24V 和 TL+ 两触点，同时手动换刀，看这两点的输出电 压是否有+24V ,若电压不存在，则为系统故 障，需送厂维修或更换相关IC 元器件系统的正转控制信号 TL-输出正常，但控 制信号这一回路存在断路或元件损坏检查正转控制信号线是否断路，检查这一回 路各触点接触是否良好；检查直流继电器或 交流接触器是否损坏刀架电机无电源供给检查刀架电机电源供给回路是否存在断路， 各触点是否接触良好，强电电气元件是否有 损坏；检查熔断器是否熔断上拉电

23、阻未接入将刀位输入信号接上 2kQ上拉电阻，若不接 此电阻，刀架似乎表现为不转，实际上的动 作为先进行正转后立即反转，使刀架看似不 动机械卡死手摇使刀架转动，通过松紧程度判断是否卡 死，若是，则需拆开刀架，调整机械，加入 润滑液反锁时间过长造成的机械卡死在机械上放松刀架，然后通过系统参数调节 刀架反转时间刀架电机损坏拆开好架电机，转动刀架，看电机是否转动， 若不转动，再确定线路没问题时，更换刀架 电机刀架电机进水造成电机短路烘干电机，加装防护，做好绝缘措施3 .刀架锁不紧刀架锁不紧故障分析与处理如表4 - 3 所示:表 4-3 刀架锁不紧故障分析与处理故障原因处理方法发信盘位置没对正拆开刀架盖，旋动并调整发信盘位置，使刀 架的霍尔元件对准磁块，使刀位停在准确位 置系统反锁时间不够长调整系统反锁时间参数机械锁紧机构故障拆开刀架，调整锁紧机构，检查定位销是否 折断4 .刀架某一位刀转不停刀架某一位刀转不停故障分析与处理如表4-