数控车床电动刀架的故障维修措施分析

蒋国庆+尹新帅

摘 要：作为电动刀架维护管理的重要内容，故障维修对保证电动刀架运行的安全性和稳定性具有重要作用。介绍了电动刀架的机械结构和控制原理，具体探讨了数控车床电动刀架常见故障诊断与维修措施，以期为相关技术与维修人员提供参考。

关键词：数控车床；电动刀架；故障；维修

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0034-02

电动刀架的正常运转直接关系着机床运行的稳定性和加工效率。当电动刀架发生故障时，可造成工件加工中断，严重时甚至可能生产出废品或引发碰撞等破坏性事故。因此，对有关数控车床电动刀架的故障维修措施进行分析，对提高数控车床的维修质量具有重要的理论和现实意义。

1 电动刀架的机械结构和控制原理

1.1 电动刀架的机械结构

按照一般机床的结构体系，电动刀架主要由下齿盘、蜗轮蜗杆机构、定位槽、电动机、反靠槽、传动轴、霍尔开关、蜗杆、磁性板霍尔元件电路、上齿盘、丝杠螺母、微动开关电路和插销组成。采用FANUC系统的数控机床通常使用PMC对电动刀架进行控制，以完成信号的输入、输出等。

1.2 电动刀架的控制原理

1.2.1 控制过程

数控系统传输选刀T代码，在CW信号输出时，经过交流接触器和中间继电器后，使刀架的电动机正常运转。在检查到霍尔元件的刀位信号后，电动机停止运转。在输出CCW信号后刀架电动机会反转，待刀架锁紧后即可完成整体控制过程。在数控系统出现异常现象时，可通过断开刀架体与电动机的连通来判别是机械故障问题，还是电气故障问题。利用数控系统的梯形图动态显示功能可检测电动机正、反转输出控制状况；利用数控系统的自诊断功能可判别发信盘信号状况等。

1.2.2 机电一体化的动作过程

在接收到换刀信号后，刀架电动机开始正转，利用升降机构和减速机构使上刀体到达指定位置，这时离合盘开始动作。传动上刀体旋转到预定位置后，发信盘立即传输相关刀位到位信息，刀架电动机开始反向运转。在经过初定位后，上刀体开始下落，端齿盘完全啮合，实现精定位过程，并利用升降机构对刀架进行锁紧。

2 电动刀架常见故障诊断与维修措施

2.1 电动刀架换刀时运转不停

2.1.1 整体霍尔元件出现损坏

在相应刀位连通正常的状况下，如果对应的刀位线不再进行高电平输出，则表明霍尔元件出现损坏，此时应及时更换刀架发信盘或发信盘上的所有霍尔元件。通常情况下，整体霍尔元件几乎不可能同时出现损坏。

2.1.2 磁钢问题

磁钢问题主要包括霍尔元件与磁钢高度位置不精确、磁钢磁极装反、磁性较低或无磁等。如果磁钢在刀架升起过程中位置过高，则应控制磁钢位置，将其与霍尔元件对正；如果磁极装反，重新调整磁极方向即可；当磁性较低时，如果增强磁性后仍不能满足要求，则要更换新的磁钢。

2.1.3 发信盘电源故障

如果发信盘位置的霍尔元件电源断路，则刀位到位的信号便无法传输，这时应对发信盘的接通电源进行检查。具体检查方法为：先使用万用表对系统24 V出线端进行检测，观察输出电源是否存在异常。如果电压消失，则表明为系统电源故障，应对电源进行维修；如果电压正常，则应检查系统与刀架接线位置是否存在断路。检查刀架上的0 V与24 V间是否存在断路，或由于两者短路使24 V电压降低，由于发信盘经常在湿度较高的环境下工作，使线路可能出现老化断线，进而造成电源无法形成回路。

2.2 电动刀架换刀时不动作

2.2.1 电动机出现损坏

如果电源接通正常，空载条件下电动机仍不能运转，则表明电动机损坏。绕组接地、缺相、匝间短路故障、过载运行和绕组相间等都会造成电动机损坏。这些故障相应的诊断方式为：对绕组短路故障可使用万用表或兆欧表对不同相间的绝缘电阻进行检测，检测时要拆分开电动机引线的所有连线。如果绝缘电阻值低于0.2 MΩ或直接显示为0，则表明出现相间短路；对三相绕组的电流分开测量，短路相的电流显示会比较高；使用短路探测器对绕组件短路进行检测；对三相绕组电阻进行电桥检测，短路相的电阻值通常较小。针对接地故障，可对电动机绕组对地的绝缘电阻进行摇表探测。如果绝缘电阻值在0.2 MΩ以下，则表明电动机受潮严重。采用校验灯或万用表电阻档分段检查，如果校验灯显示过暗或电阻过低，则表明绕组受潮严重，应进行烘干维护；如果电阻显示为0或校验灯亮度正常，则表明绕组出现接地。绕组接地通常出现在绕组凸出槽口处、电源线进线孔处和电动机出线孔处。对绕组凸出槽口位置的接地可使用绝缘纸或竹片将绕组与铁芯隔开，如果检查接地失效后再涂层绝缘漆。

2.2.2 刀架电源相序混乱或缺相

刀架电动机的相序混乱通常发生在新装刀架或机床维修后。处理时要断开电源，调整电动机相序。电动机不动作但存在异常声响，则可能是电源绕组一相出现断路，检查并修复接触器或开关的动静触头，使接触恢复正常。

2.3 刀架锁不紧

出现刀架锁不紧的故障情况及其维修措施如下：①刀架机械锁紧结构出现异常。将刀架拆分，检查机械构件，特别是定位销位置是否出现磨损破坏。②刀架反转异常。根据刀架不动作时的检查方式，对刀架电动机反转控制回路进行检修。③刀架电动机反转

时间不足。检查并重新整定系统反锁周期参数，通常将时间设定在1.2 s左右。

2.4 电动机轴承故障

刀架电动机在使用热断路器时故障发生率通常很低。但是，如果平时缺少相应的维护保养，尤其是采用风枪除铁屑或使用乳化液进行冷却，则轴承很可能会因进水造成轴承润滑环境差，轴承易出现损坏、生锈和卡壳等。故障处理时应对轴承进行全面检查。如果轴承损坏程度较轻，则做好润滑处理和保养维护即可；如果轴承损坏严重，则应当更换新的轴承。

3 结束语

电动刀架的故障维修质量将直接关系着数控机床运行的安全性和可靠性，因此，相关技术与维修人员应加强对有关数控机床电动刀架的故障维修分析，总结电动刀架常见故障问题及相应的处理措施，逐步提高电动刀架故障维修水平。

参考文献

[1]范芳洪，石金艳.数控车床电动刀架的故障维修两例[J].机械工程与自动化，2011，13（14）：74-75.

〔编辑：刘晓芳〕