1-3换刀异常故障诊断与维修(精).doc

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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

2、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 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

3、 19 蜗杆 20、25开关 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

4、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T CNC T05T08：

5、 58 号刀刀位信号， 机床T CNC 标准 PLC 程序定义的 T05T08 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 XDEC BDT/DITW TO4 TO3

6、 T02 TO1 P SAGT ST ZDEC 10： ESP 11： +24V 12: TL-/UO6 Hi TL-/UO7 14: X 15: 0V 応 ：ov 广；ov 19： T0S/M12I/XQPJ/+0VS T06.OV2 T05 OV1 SPEN +24V 0V (A” 荷号 说明 XDEC. ZDEC X、：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

7、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： 23 24 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-）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

8、 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

9、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

10、，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（TSGN 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 BDEC BD8 ZNIK TSGN

11、Bit7 = 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: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。 PB6 PB5 Bit2 = 1:换刀结束时检查刀位信号； =

12、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 076 T1MAXT 换刀时，移动一刀位所需的时间上限；设定范围： 1005000 （单位； 毫秒） 078 TLMAXT 换刀时，移动最多刀位的时间上限；设定范围： 100060000 （单位； 毫秒） 082 T 仃 IME 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） 083 | | TCPWRN T2 :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；

13、设定范围： 132 一 085 TCPTIME 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T PLC） DIQP :卡盘控制信号（机床T PLC） XDEC : X 轴回参考点减速信号（机床T CNC） BDT :程序选跳信号（机床T PLC） T04 :刀位信 T03 :刀位信号 T3 （机床T PLC ） T03 :刀位信号 T3 （机床T PLC） T02 :刀位信号 T2 （机床T PLC） T01 :刀位信号 T1 （机床T PLC）TCP DIQP XDEC BDT T04 T03 T02 T01 X

14、S39.12 XS39.11 XS40.1 XS40.2 XS40.3 XS40.4 XS40.5 XS40.6 005 TL- TL+ DOQPS DOTWS S04 S03 S02 S01 脚号 XS40.13 XS40.12 XS39.10 XS39.9 XS39.8 XS39.14 XS39.1 XS39.5 TL+ :刀架反转信号 （PLC T机床） TL-:刀架正转信号 （PLCT机床） DOQPS :卡盘松开信号 （PLC T机床） DOTWS :尾座退信号（PLC T机床） 4. 2刀架的具体控制电路 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

15、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 （ PLC T机床） S03 （ PLC T机床） S02 （ PLC T机床） S01 （ PLC T机床） I 11 * | , | 4 F 厂 丨 為 丨 濟 M 糠电* 烈軸鵬 玮速时就蓟上电聘辱朋卿 m WJ 世 Ht 0 nt- -Hl-

16、3 X.阳 CJ- A U 3 u 9 L - 7LU Fl 9 LUII T3! F 1HIJ 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

17、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，贝U PLC 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

18、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 .2 s即 可)。 ( 3)锁紧机构故障 ： 拆开刀架，调整机械

19、，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：

20、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。 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

21、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+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 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

22、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。

23、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

24、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 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

25、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- 4 所示: 表 4 - 4 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

26、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，若无变化， 则可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信 盘或霍尔兀件 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 4- 5 所示: 表 4-5 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 霍尔兀件偏离磁块

27、， 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 4 - 6 所示: 表 4 - 6 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。 3. GSK980 TD 数控系统的刀架主要控制参数有哪些？如何设置？ 4图 4 5 中的上拉电阻有什么作用？ 5. 某 GSK980TD 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。