1、13换刀异常故障诊断与维修精1-3换刀异常故障诊断与维修(精)第4章 学习情境三换刀异常故障诊断与维修41 刀架的结构及控制411 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
2、分维修手段是必要的。但如何才能尽快地解决刀架故障呢？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41为立式四方电动刀架结构： 图41 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
3、22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，当丝杠反转时刀架不能动作，丝杠就带着压板
4、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。412 刀架接口与控制1GSK980TD数控系统通过XS40接口与刀架控制信号连接，接口定义如图42所示。图42 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CNC； T05T08：58号刀刀位信号，机床CNC，标准PLC程序定义的T05T08信号接口为复用接口，T05与SPEN信号共用同一接口，T07与M41I、 WQ
5、PJ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PLC程序定义了四种换刀方式，具体如下： （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+），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-）
6、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B 1）执行换刀操作后，系统输出刀架正转信号TL并开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085设置的时
7、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083设定的时间内，如果系统没有接收到TCP信号，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GSK980TD数控系统可支持各种刀架，具
8、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011的Bit1位（TSGN）设置，诊断信息NO.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NO.000的BIT0BIT3位（T01T04）检查T01T04刀位信号是否有效。 413 数控系统刀架参数1刀架控制信号参数01
9、1BDECBD8ZNIKTSGNBit71：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。Bit61：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。Bit21：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。Bit11：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。182PB6PB5Bit21：换刀结束时检查刀位信号；0：换刀结束时不检查刀位信号。Bit01：换刀方式A；
10、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）082T1TIME换刀T1时间：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）083TCPWRNT2：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）084TMAX总刀位数选择；设定范围：132085TCPTIME刀架反转锁紧时间；设定范围：040000（单位：毫秒）3刀架诊断参数000TCPDIQPXDECBDTT04T03T02
11、T01脚号XS39.12XS39.11XS40.1XS40.2XS40.3XS40.4XS40.5XS40.6TCP：刀架锁紧信号/压力低检测信号（机床PLC）DIQP：卡盘控制信号（机床PLC）XDEC：X轴回参考点减速信号（机床CNC）BDT：程序选跳信号（机床PLC）T04：刀位信T03：刀位信号T3（机床PLC）T03：刀位信号T3（机床PLC）T02：刀位信号T2（机床PLC）T01：刀位信号T1（机床PLC）005TL-TL+DOQPSDOTWSS04S03S02S01脚号XS40.13XS40.12XS39.10XS39.9XS39.8XS39.14XS39.1XS39.5TL+
12、：刀架反转信号（PLC机床）TL-：刀架正转信号（PLC机床）DOQPS：卡盘松开信号（PLC机床）DOTWS：尾座退信号（PLC机床）S04：主轴转速开关量控制信号S04（PLC机床）S03：主轴转速开关量控制信号S03（PLC机床）S02：主轴转速开关量控制信号S02（PLC机床）S01：主轴转速开关量控制信号S01（PLC机床）42 刀架的具体控制电路1刀架控制主电路刀架控制主电路如图43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43 刀架控制主电路2刀架的控制电路刀架的控制电路如图44和45所示： 图
13、44 数控系统上电控制图图45 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PLC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，则PLC把信号反馈给系统显示当前刀
14、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
15、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.2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
16、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。4.3.2 其它故障分析1电
17、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41所示：表41 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输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，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或送厂维修系统有+24V、COM输出，但与刀架发信盘连接断路；或是+24V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输出，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
18、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1/4W2K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，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或关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高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
19、换刀架发信盘或其上的霍尔元件。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42所示：表42 电动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
20、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阻未接入将刀位输入信号接上2k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
21、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43所示：表43 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44所示：表44 刀架某一位刀转不停故障分析与处理故障原因处理方法此刀位的霍尔元件损坏确认是哪个刀位使刀架转动不停，在系统上转动该位刀，用万用表测量该刀位信号触点对+24V触点是否有电压变化，若无变
22、化，则可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件此刀位信号线断路，造成系统无法检测到刀位的到位信号检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路系统的刀位信号接收电路有问题在确定该刀霍尔元件没问题，以及该刀位与系统信号连线也没有问题的情况下更换主板5输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理如表45所示：表45输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理故障原因处理方法霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架的到位信号，然后马上反转刀架检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置，调整发信盘位置，使
23、霍尔元件对正磁块手动换刀键失灵更换手动换刀键6刀架有时转不动刀架有时转不动故障分析与处理如表46所示：表46 刀架有时转不动故障分析与处理故障原因处理方法刀架的控制信号受干扰系统可靠接地，特别注意变频器的接地，接入抗干扰电容刀架内部机械故障，造成有时会卡死维修刀架，调整机械练习与思考题1叙述数控车床刀架的工作原理。2画出XS40接口与刀架控制信号连接图，说出与刀架控制相关的引脚。3GSK980 TD数控系统的刀架主要控制参数有哪些？如何设置？4图45中的上拉电阻有什么作用？ 5某GSK980 TD数控车床安装立式四方电动刀架，如果将数控系统的84号参数设置为6，车床换刀时有什么现象，为什么？ 6举例说明刀架诊断参数在数控刀架故障诊断与维修中的作用。
