数控维修教案

1学习情三

换刀异常故障诊断与维修4.1刀架的结构及控制24.1.1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屡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，懂得局部维修手段是必要的。31．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对同一零件加工，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换刀来完成零件加工。如图4-1为立式四方电动刀架结构。42．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，刀架电动机转动时带动蜗杆配套的蜗轮转动，此蜗轮与一条丝杠为一体的〔称为“蜗轮丝杠〞〕，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；5(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动机；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.6782．换刀控制相关信号T01~T04：1~4号刀刀位信号，机床→CNC；

T05~T08：5~8号刀刀位信号，机床→CNC，标准PLC程序定义的T05～T08信号接口为复用接口，T05与SPEN信号共用同一接口，T07与M411、WQPJ信号共用同一接口，T08与M421.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一：刀架正转、反转信号。93．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，假设有跳变那么输出刀架反转信号〔TL一〕，刀架反转信号〔TL一〕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一〕，换刀结束。10(2)换刃方式A〔带到位检测〕.换刀过程根本同换刀方式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〕，假设一致，换刀过程完成，假设不一致，CNC出现“换刀未完成〞报警。11(3)换刀方式B①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№085设定的时间后输出刀架反转信号〔TL一〕.然后检查锁紧信号TCP，当接收到此信号后，延迟数据参数№085设置的时间，关闭刀架反转信号〔TL一〕，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假设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〕.12(4)换刀方式B〔带到位检测〕.换刀过程根本和换刀方式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一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〕，假设一致，换刀过程完成，符不一致，CNC出现“换刀未完成〞报警。134．刀架调试

广州GSK980TD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4~8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，可能是由于刀架电动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Bitl位(TSGN)设置，诊断信息No.005的Bit7〔TL一〕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Bit0~BIT3位〔T01~T04〕检查T01~T04刀位信号是否有效。144.1.3数控系统刀架参数

1．刀架控制信号参数

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：反内间隙补偿方式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：刀位信号高电平〔与+24V接通〕有效。

15Bit2=1：换刀结束时检查刀位信号；

=0：换刀结束时不检查刀位信号。

Bit0=1：换刀方式A；

=0：换刀方式B.

2．刀架时间参数

换刀时，移动一刀位所需的时间上限；设定范围：100~5000〔单位：ms〕1617TCP：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T04：刀位信号T4（机床→

PLC）.T03：刀位信号T3（机床→

PLC）.T02：刀位信号T02（机床→

PLC）.T01：刀位信号T01（机床→

PLC）.

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192021223．数控刀架工作原理分析(1)刀位检测局部。刀位检测电路由霍尔元件、上拉电阻和相关的辅助电路、刀架定位感应磁铁等组成(2)换刀过程。数控系统解析程序如果有换刀指令那么向PLC发出换刀指令，PLC接收到换刀指令后检测XS40接口的刀位信号.

如果当前刀位是系统所需的刀位，那么PLC把信号反响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那么向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，刀架电动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，刀架电动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。

234.3数控车床刀架常见故障维修实例

例4-1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=1.2s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。

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例4-2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，假设无变化，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。25例4-3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，假设没有到位信号，那么是发信盘故障。可检查：发信盘弹性触头是否磨坏、发信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264.3.2其他故障分析27

故障原因

处理方法

系统有反转信号TL一输出，但与刀架电动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几率很小

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28

故障原因

处理方法

刀架电动机三相反相或缺相

将刀架电动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接触是否良好；检查直流继电器或交流接触器是否损坏表4-2电动刀架不转故障分析与处理

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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表4—4刀架某一位刀转不停故障分析与处理

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故障原因

处理方法

霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手