数控车床电动刀架故障诊断与维修

马春超

摘要：电刀支架失效是数控车床中最常见的一种故障。以FANUC0i数控机床为实例，对LDB4四工位电动刀架的机械结构、电动刀架的操作次序进行了分析；本文对电动刀架的电控原理和 PLC编程进行了深入的探讨，并以电动刀架的故障诊断为例，对同类产品的分析、诊断和维修方法进行了归纳，为同类产品的诊断和维修工作提供了依据。

关键字：数控车床；电动刀架；故障诊断与维修；

1.引言

数控车床分为刀架、系统、进给型等几种故障，其中电动刀架是 CNC机床的重要组成部分，它能促进机床的高效运转。如果电动刀片出现问题，将会造成很大的损伤，甚至会造成刀片与卡头的碰撞，造成不可预见的意外。目前，电动刀架的故障问题时有发生，严重地影响着机床的工作，因此，对其进行及时的诊断和修理是非常必要的。

2.数控车床电动刀架的工作原理

作为一个例子，LDB4的电动刀架。这种电动刀架是一种四工位刀架，它包括电动机、蜗轮、螺杆、螺帽、螺杆等部件，在这种电动刀架的正向旋转时，电机将传动传递到螺杆上，用一个键槽把螺丝帽与转动的刀座连接起来，使螺丝和刀架总是能保持上下滑动，而不能相互转动，用齿轮啮合实现螺帽和电机的紧固，螺母在这一对齿轮没有脱离之前，不能旋转，刀架也不能旋转，一开始，丝杠就会随着螺旋轴的顺时针方向旋转，从而带动刀柄和螺帽的相反方向向上运动，直到啮合齿真正脱离，才能充分发挥螺杆与止推槽的作用，按照规范的程序：螺杆转动一螺帽，刀座一转一进行切刀，到达所需工位后，使用霍尔单元定位系统将信号输入 CNC设备，实现旋转，通过霍尔元件的定位和辅助定位销，精确定位；因为推进器和销子的影响，螺帽和刀座都不允许出现倒退的现象，所以，螺母系统会不断地向下运动，直至两对啮合的牙齿再次咬合，如此，整个替换程序就完成了。

3.数控车床电动刀架的故障诊断和维护

（一）电动刀架换刀时不动作

(1)刀座被机械卡住。刀架机械卡住会导致刀架马达卡住，产生超负荷报警，并且，在排除机械卡住的情况下，可以将刀架从马达上拆下来，用扳手盘动蜗杆，如果不能旋转，说明机械有问题。此时，即可按正确的拆卸顺序拆卸刀架，并对中轴、各种销钉、联轴器等进行检验。因刀架的机械故障，通常因碰撞而发生的变形。

(2)刀座马达的相位缺失或相位错误。刀架电机的供电次序故障通常发生在机械维修或更换新刀架后，这时应切断电源，调整电机的相序。马达不工作，无声音：如果有2相或2相以上的电源或线圈发生断路时，必须首先查看电源是否有电压，如果三相电压平衡，则故障出在电动机自身。电机不能工作，只会发出一种低沉的嗡嗡声：电源或线圈的一相短路，由于电机的供电线路和接触器的触点出现故障（烧焦或松动），对动触头和静触头进行维修和调节，以确保其接触；发现一相有断线现象，并联可靠；电动机线圈间有虚焊接，导致接触不良。仔细检查电机绕组，保证其焊接牢固；断开电源，检查外部导线是否有问题。

(3)刀座马达单元供电在 MDI模式下，当电动机的电源输入端没有电压时，可以观测到中间继电器KA4和接触器 KMl的动作，当KA4线圈未被供电时， PLC的输出信号 Y0.3被切断；当KA4线圈被电后，观察 KMl是否被吸附， KMl被吸附，说明常开触头损坏或者三相导线被切断， KMl如果没有反应，KMl有可能会对继电器KA4造成损害，KA4触头接触不良，以及触头上的电源断开。

(4)刀具马达有损伤。如果接人的电源是正常的，而在空载情况下，电动机仍然不能转动，那就是电动机受到了损伤。电动机的故障通常是由于缺相，过载，绕组接地，绕组相间，匝间短路等原因。接地故障的测试：用摇表测量电动机线圈与地面的绝缘电阻，如果绝缘电阻小于0.2 MQ，则表示电动机受到了很大的湿气。用万用表的电阻档或校验灯逐级检测，若电阻很低，或校验灯不亮，则表示此线圈严重潮湿，必须进行干燥，如果电阻器是0，或者检查灯的亮度接近于标准，这是一个接近于地的数值。线圈接地，通常从电机出线孔、电源线出线孔或绕线孔中突出。如果是后者，在不太严重的情况下，可以在铁芯和线圈之间插入一根竹子或一层绝缘纸，在没有接地的情况下，可以用绝缘涂层将其包裹起来。线圈短路故障诊断：用千伏或万用表对任何两相问的绝缘电阻进行测试，如果其绝缘电阻低于0.2 MQ或0，则为相间短路（检查时，必须将电机导线上的所有导线全部拆除）；对三相绕组进行了电流检测，其中，短路是一种大电流的三相绕组，采用一种短路探测器检测线圈之间的短路；通过电桥对三相线圈的电阻进行了测试，发现三相线圈的电阻值越小，就越容易发生短路。

（二）电动刀架上的一个或多个刀号不能停止更换。剩余的刀位是正常的

(1)霍尔部件在这个部位有损伤。在系统中输入刀号换刀命令，然后使用万用表对刀位（X4.6, X4.7, X5.0, X5.1）进行测量，如果没有，则判断为位刀霍尔元件失败，并且将转移圆盘或霍尔单元替换。

(2)传讯盘该刀位的信号线路接触不良或断裂。如果发讯板上显示的刀位信号是正确的，那么就继续检测对应的 PLC刀位输入线路号是否发生了变化：如果没有，那么就检查这条刀位信号线是否与 PLC系统的连接。

连接线有无断裂或有无连接；如果是这样的话，就可以正常的进行连接。

(3)PLC控制系统出现了刀位信号接收装置的故障。若霍尔元件及刀位的讯号线正常，则可证实 PLC辨识系统之输入讯号之回路出现故障，并更换对应之电路板。

（三）电动刀架换每把刀时都转不停

(1)发送板的功率有问题。由于传讯盘上的霍尔元件没有提供合适的能量，导致刀具的就位响应信号无法发出。这时，请检查接线板的接线。首先使用万用表对24 V的输入端子进行检测，看看输出电压是否正常，如果没有，则说明系统的供电问题，请进行电源维护；如果是正常的，接下来要看一下刀架上的+24 V,0 V，有没有断开；24 V和0 V之间的短路使24 V的电压下降；24 V和0 V之间有无断开，如果发信板长时间在潮湿的环境中，很可能会导致电线老化而断裂，从而导致供电无法形成电路。

(2)磁性材料失效。主要有：磁钢、磁钢、霍尔等磁性材料的磁极安装不正确等。因此，更换或强化磁体；调整磁体的磁极；在提升刀座时，若磁性钢处于太高的位置，则需要将其置于正霍尔元件上。

(3)霍尔部件全部损坏。当相应的刀位处没有断开时，若各刀位线的高电平，那么霍尔元件就不会受到损伤，否则将会替换刀座发送板或霍尔元件。通常情况下，霍尔器件都不太可能在同一时间发生故障。

（四）刀架锁不紧

(1)刀座马达的倒置时间不足。查看和调节系统的锁定时间，通常是1.28。

(2)刀座无法倒置。根据刀架不能转动的检查方法，对刀架马达进行反向控制。

(3)刀座的机械锁定装置失效。拆卸刀具支架，特别是对齐销的损伤。

（五）刀台上的调头不正确或过大

(1)一种磁性物质，位于霍尔元件太前方或沿其圆周方向。打开刀架上盖，查看霍尔和磁性材料的位置，若有任何变化，立即进行调整。。

(2)在刀具机动量控制程序中，在刀架马达正向停转与反向起动之间有一个较长的延迟。调节 PLC计时器延迟的时间，通常在正常工作状态下，这样造成的故障很少发生。

4.总结

数控机床的故障类型很多，涉及到机械、低压电器、 PLC、传感器等多个领域，因此很难对其进行维修。维修人员应熟悉刀具的结构和操作原则，并熟悉常用的试验工具，并对常见的故障进行分析，列出原因，制定出正确的诊断和测试程序，从而快速地解决问题。

参考文献：

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