数控车床电动刀架的工作原理及故障诊断

优胜编程龚老师

数控车床电动刀架的工作原理及故障诊断






数控车床是将多种技术，如机械制造技术、计算机信息技术、液压气动技术等融为一体的一种高科技设备，因其具有“四高”，即精度高、效率高、柔性高以及自动化程度高等优点，使其在机械加工行业得到了广泛应用。而电动刀架是主要是通过数控车床进行自动换刀的一种典型的机械传动装置，是控制数控机床的重要部件。因此，对数控车床电动刀架的故障诊断与维修进行研究有重要意义。

1.导言

电动刀架作为数控车床的重要部件，对数控车床的正常运行具有重要影响，如何快速排除电动刀架在生产中发生的故障，对提高数控车床的运行效率具有重要的意义。笔者通过介绍常见电动刀架的工作原理，对两例数控车床电动刀架故障的排除过程进行分析，为广大机床用户提供理论参考。

2.电动刀架结构与工作原理

2.1电动刀架的结构

以LDB4电动刀架为例来介绍普通电动刀架的结构，该电动刀架主要由以下几个部分构成，主要有电动机、传动轴、蜗杆、上下齿盘、定位槽、反靠槽、微动开关电路、定位稍等等。在对电动刀架进行控制时实现信号的输入或输出主要是通过PMC 进行控制的。

2.2电动刀架的工作原理

对数控车床进行操作的工作人员向数控系统输入换刀指令信号，并通过内部的逻辑电路或者是控制软件等使数控装置进行一系列的编译、运算以及处理等过程；待输出换刀指令的信号后，数控车床通过对回路进行控制，以使继电器动合触点进行闭合，刀架电动机正转的过程中，通过蜗杆、蜗轮等使刀架上的刀体升高到合适的高度，定位稍在离合盘的带动下，能够带动上刀架体进行转位，当其转至所需的位置后，在磁钢的作用下，由霍尔元件向数控系统刀架刀位发出开发信号，数控系统接收到信号之后反转对继电器动合触点闭合状态进行控制，电动机反转后，对反靠销进行定位，同时齿牙盘啮合，刀架锁紧，从而能够精确的完成各种操作。

3.电动刀架常见故障诊断与维修

3.1电动刀架换刀时不动作

造成这种故障的原因和诊断维修方法如下：

3.1.1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，因为刀架机械卡死常常由碰撞变形引起。

3.1.2刀架电机电源缺相或相序错

刀架电机电源相序错一般出现在机床大修或更换新刀架后，此时要切断电源，调整电机相序。电机不转且没有声音，说明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。电动机不转但发出较闷的嗡嗡声，说明电源或绕组一相断路，缺相的原因可能是电机供电回路中的开关及接触器的触头接触不良（烧伤或松脱），修复并调整动、静触头，使之接触良好；线路某相缺相，查出断线处，并连接牢固；电动机绕组连线间虚焊，导致接触不良，认真检查电动机绕组连接线并焊牢；电力电源缺相，排查外部接入电源故障。

3.1.3刀架电机无电源接入

在MDI 方式下换刀并检测电机上电源输入端无电压时，观察电柜中中间继电器KA4和接触器KM1 有没有动作，如果KA4线圈没有得电，则检查PLC 输出信号Y0.3是否断线；若KA4线圈得电，观察KM1 是否吸合，KM1 吸合则可能是常开触点损坏或输给电机的三相电电线断线，KM1 若没有动作，则可能是因为继电器KA4坏、KA4触点接触不良、触点上电源断线。

3.1.4刀架电机损坏

若接入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。接地故障的检测方法：用摇表检测电机绕组对地的绝缘电阻，当绝缘电阻值低于0.2MΨ 时，说明电机严重受潮。用万用表电阻档或校验灯逐步检查，如果电阻值较小或者校验灯较暗说明该项绕组严重受潮，需要烘干处理，如果电阻值为0 或者校验灯接近正常亮度，那么该项绕组已近接地了。绕组接地一般发生在电动机出线孔、电源线的进线孔或绕组伸出槽口处。对于后一种情况，若发现接地并不严重，可将竹片或绝缘纸插入定子铁芯与绕组之间，如经检查已不接地，可包扎并涂绝缘漆后继续使用。绕组短路故障的检测方法：利用兆欧表或者万用表检查任意两相间的绝缘电阻，如发现其值在0.2MΨ 以下或为0 说明是相间短路（检查时应将电动机引线的所有连线拆开）；分别测量三相绕组的电流，电流大的为短路相；用短路探测器检查绕组间是否短路；用电桥测量三相绕组电阻，电阻值小的为短路相。

3.2电动刀架某一个或几个刀号换刀转不停，其余刀号正常造成这种故障的原因和诊断维修方法如下：

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，在系统上输入该刀号换刀指令转动该刀位，用万用表测量该刀位信号点（X4.6、X4.7、X5.0 或X5.1）是否有电压变化，若无变化，可判定为该刀位霍尔元件损坏，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 到刀位输入信号状态有无变化，若没有检查此刀位信号线与PLC 系统的连线是否断线或接触不良，则正确连接即可。

3.2.3 PLC 系统的刀位信号接收电路故障

若检查霍尔元件和刀位信号接线都完好，则可确认PLC 系统输入信号接收电路故障，更换相应板卡。

4.结语

综上所述，电动刀架的控制与机械、PLC、传感器等诸多学科领域的知识均有不可分割的关系，加大了维修的难度。对于维修工作者，应充分掌握刀架的控制原理和相关检测设备的使用步骤，结合具体的故障问题，找出具体的原因，不断强化诊断与检测，从而将故障全面清除。