数维课程设计

1、电 动 刀 架 控 制 系 统 故 障 维 修 数维0801班 方嘉龙九江职业技术学院机械工程学院电动刀架控制系统故障维修 一、设计内容故障现象：一台配华中数控世纪星系统的数控机床的电动回转刀架，装刀以后旋转不到位。待解决的问题：试分析该问题产生的原因，并拟定解决方案和实施过程。 二、过程分析1、根据故障状态进行系统分析，将故障进行分类。2、对数控机床刀架控制系统的机械装置进行分析，列出可能的原因，并拟定解决方案和实施过程。3、对数控机床刀架控制系统的电气装置进行分析，列出可能的原因，并拟定解决方案和实施过程。4、全面了解数控维修的方法和过程，查阅与数控机床进给系统、伺服装置相关的资料，如：数

2、控机床、数控故障诊断、数控维修等。 三、设计要求1、设计并绘制数控机床刀架控制系统的电气原理图，选择电器元件及编制元件目录清单。2、对数控机床刀架控制系统机械装置、电气装置分析后列出的故障可能不应少于10项，且每个故障状态必须有解决方法与实施过程。3、查阅、索引资料不少于5本。4、编制设计、使用说明书及设计小结，列出参考资料目录。5、本课题学生可借鉴我系实验设备（如维修实验室）进行现场分析。故障导入 我校现代制造中心一台CK6132S型数控车床，配华中数控世纪星（HNC-21T）数控系统、常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4-CK6132型电动刀架，在手动换刀操作过程中发现刀架旋转不到位

3、（即没有在正确的刀位停下来），没有出现任何报警信息。排故准备 1资料准备（1）数控车床机床操作说明书（机械部分和电气部分）；（2）电动刀架使用说明书；（3）电动刀架的结构图纸和安装连接图纸；（4）历史故障记录；2工具准备针对此项工作，准备一项备料清单，具体如表1所示。表1 备料单工具清单名称规格数量万用表UT33B1块螺丝刀一字、十字2把内六角扳手2-141套材料清单导线1.5mm25米记号管白色2米3知识准备（1）电动刀架的机械结构四工位电动刀架一般由上刀体、活塞销、反靠盘、定轴、蜗轮、下刀体、蜗杆、离合转盘、霍尔元件和磁钢等组成，如图1所示。图1 电动刀架的机械结构图（2）电动刀架的控制原

4、理a.接触器电路b.PLC输入输出图2 电动刀架的控制原理图选择目的刀具完成以后，就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键X30.7以后。这时系统PLC输出一个刀架正转信号Y0.6，KA6常开触点吸合，KM5常开触点吸合，这时刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转；刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关,各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号,当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已经到位；刀具到位以后，刀架仍继续正向旋转一段时间，然后停止正向旋转（Y0.6停止输出），延时一段时间以后，刀

5、架反转控制信号Y0.7有效，此时刀架开始反转，反转过程其实就是刀架锁紧的过程，此过程延续一段时间，直到刀架锁紧到位，但反转时间不宜过长或过短。过长就有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸，时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后，整个换刀过程结束。如图2所示。（3）电动刀架的刀位检测原理图3 电动刀架的刀位检测原理图刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如图3所示， 每把刀具各有一个霍尔位置检测开关1。各刀具按顺序依次经过发磁体2位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已经到位。（4）电动刀架的强电回路图4 电动刀架的强

6、电回路刀架电机采用三相交流380V供电，换刀开始后，接触器KM5得电闭合，电机带动刀架正转，旋转到对应的刀位后，KM5失电，KM6得电，电机带动刀架反转锁紧，换刀结束。如图4所示。（5）电动刀架的工作过程四工位电动刀架正常情况下可以装四把刀，它是以脉冲电波的形式接受指令的， 刀架内部有一端带涡轮的蜗杆，刀架和底座接触面上各有一个端面齿轮，和两个限位块，正常情况下两个端面齿轮时咬合的 底座上面装有马达并有连轴蜗杆，当接收到换刀指令时，马达正传，蜗杆带动涡轮同时刀架蜗杆转动使刀架上升，端面齿轮分离，当刀架升高到一定程度时，刀架连同刀架蜗杆一起旋转，旋转90度后遇到限位块阻挡，由于马达受阻力量达到一

7、定时开始反转，自然刀架下降于底座端面齿轮咬合，限位块锁死，完成换刀。具体的换刀过程如图5所示。图5 电动刀架的工作过程（6）数控车床的PLC控制知识PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，辅助控制装置完成机床工件装夹、刀具更换、冷却液开关、主轴转停等开关动作，它既可以接收系统指令，也可以接收机床控制面板的指令，同时还可以将部分指令反馈给系统用于加工过程的控制。华中数控标准梯形图的操作步骤，如图6所示。图6 标准梯形图的操作步骤刀架手动换刀控制梯形图如图7所示图7 刀架手动控制梯形图4.故障成因()面板按键损坏失效，造成没有给出换刀信号导致没有换刀动作。() 信号控制回路线路连接松动或导线失效，

8、造成继电器不得电导致没有换刀动作。() 刀架控制回路中继电器损坏无法正常工作或连接线路不正常，造成接触器不得电导致没有换刀动作。() 刀架控制回路中接触器损坏无法正常工作或连接线路不正常，造成刀架电机不得电导致没有换刀动作。(5) 刀架电机驱动电源相序接反或刀架电机正反转信号接反，造成刀架换刀方向反向导致没有换刀动作。(6) 刀架电机驱动电源缺相，造成刀架电机无法正常工作导致没有换刀动作。(7) 电动刀架机械部件损坏，造成传动系统卡死导致没有换刀动作。 （8）刀位信号连接线路与机床PMC程序安排刀位序号混杂，造成刀位信号错乱，刀架无法正确定位。 （9）刀架正转时间设置过短，没有到达刀位就断开正

9、转信号输出 （10）信号反馈回路线路连接松动或导线失效，造成无法正确向系统反馈刀位信号 （11）刀架霍尔元件损坏，无法正确向系统发送刀位信号 （12）PLC输入板点损坏，导致无法正确向系统反馈信号四、排故以维修“某台CK6132S数控车床换刀时刀架转位不正确故障”实际工作任务为例，按照“勘察计划诊断维修试机”五步故障维修工作法进行排故。勘察 1该设备上午还正常工作，刀架不转位的故障是在下午更换工件重新对刀时出现的，不存在操作上的误操作，机床在发生故障前也没有发生碰撞事故。2让操作者在MDI方式下执行换刀指令，结果机床刀架转位正常，没有任何异常现象，再改为手动控制换刀，结果刀架不转位。3查看此台

10、设备以往故障记录单，设备已使用八年，此前没有出现过此类故障。计划根据现场勘察情况分析：1机床在发生故障前能够正常工作，首先可以排除电源相序接反和正反转信号接反的原因。2机床在自动控制方式下能够正常换刀。说明刀架的信号控制回路和强电控制回路中的连接是正常的，控制回路中的电器元器件也是完好的；同时说明电动刀架的机械部分也是完好的。3机床在手动方式下不能正常换刀，考虑到机床已经使用了八年，可能是面板中控制换刀的按键损坏造成没有给系统发出换刀信号，或者是由于外界干扰造成机床PLC程序混乱造成面板中控制换刀的按键控制失效。4根据以上分析，故障原因主要定位在面板中控制换刀的按键上。诊断根据预定的排障方案，

11、进行现场诊断，步骤如下：1调出机床PLC梯形图找到 “刀架手动”部分，如图8所示。查看y30.2或y30.3和x30.6、y30.6的状态。图8 刀架手动梯形图2按下面板中“手动”按键，选择手动的工作方式，然后再按下“刀位选择”按键，如图9所示。图9手动和刀位选择键操作3. 查看y30.2和x30.6、y30.6的状态，如图10所示，说明 “手动”和 “刀位选择”按键工作正常。图10 手动和刀位选择开关量状态4按下面板中“刀位转换”按键，如图11所示。图11 刀位转换按键操作5. 查看梯形图中x30.7的状态，如图12所示，刀位转换开关量没有接通，说明机床面板中“刀位转换”按键失效。图12 刀

12、位转换开关量状态维修1 按下“编辑”对应得功能键F5,如图13所示。图13 编辑按键操作2将梯形图中的X30.7更改为X31.3，如图14所示，利用机床面板上的备用键替换“刀位转换”按键。图14过更改梯形图使用备用按键3依次按下“保存”（F6）、“生成程序”(F7)、“退出”(F8)按键，如图15示。图15 通过更改梯形图修改PLC试机1关机，重新启动系统。2按下面板中“手动”按键，然后再按下“刀位选择”按键，按下-Z上面的空白备用键，如图16示，换刀动作正常，故障排除。图16换刀操作按键 其他原因造成刀架转为不正确故障的维修1. 控制回路原因造成刀架转位不正确故障的维修步骤（1）查看继电器K

13、A6工作灯是否亮，检查继电器KA6常开触点是否闭合，如图17所示，若工作灯亮则说明继电器正常，若工作灯不亮，则用万用表测量继电器线圈电阻，如图18所示，若线圈电阻为1，则说明继电器坏，更换继电器。图17 继电器工作状态图18 测量继电器线圈电阻（2）查看接触器KM5常开触点是否闭合，如图19所示，若常开触点吸合则说明接触器工作正常，没有吸合，则用万用表测量接触器线圈电阻，若线圈电阻为1，则说明接触器坏，更换接触器。图19 接触器工作状态2强电回路原因造成刀架转位不正确故障的维修步骤（1）检查空气开关QF2是否合上，若已经合上，用万用表测量QF2输出端的电压，如图20所示，若测量值为380V，则

14、说明输入电压正常，否则检查输入电压线路是否正常连接。图20 空气开关输出电压测量（2）在接触器吸合的情况下，用万用表测量接触器KM5输入端的电压，如图21所示，若输入端电压不到380V,则检查空气开关到继电器KM5之间线路是否正常连接；若输入端为380V、输出端不到380V，则检查继电器触点是否接触良好；若输入、输出端的电压测量值均为380V，则说明输入电压正常；检查相序是否接反。图21 接触器输出电压测量（3）用万用表测量刀架电机M2输入端的电压，如图22所示，若测量值不足380V，则检查接触器到刀架电机之间的线路是否正常连接；若测量值为为380V，则说明刀架电机损坏或者是刀架机械部分卡死，

15、若电机损坏则直接更换刀架电机，若刀架机械部分卡死则对照刀架机械结构图进行修复即可。图22 电动机输入电压测量3机械方面原因造成刀架转位不正确故障的维修步骤 机械方面造成刀架不转位故障的原因通常包括两个方面。一方面可能是刀架预紧力过大。诊断时用六角扳手插入蜗杆端部旋转，若小力时不易转动，而用力时可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动，可确定故障原因是预紧力过大，维修时可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。 另一方面可能是刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。 4、刀位信号丢失(或错乱)原因造成刀架转位不正确故障的维修(1)对照电气原理图和电气接线图，查看刀位反馈回路接线是否有松动、脱落或者杂乱情况，纠正后试机查看。 （2）检查刀位获取