数控车床刀架维修

数控车床刀架维修

数控车床刀架发信盘的故障诊断与维修摘要：

需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电机正向旋转，通过端杆

副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体逐渐抬起，上刀体与下刀体之间的端面

齿慢慢脱升；与此同时，上盖圆盘也随着螺杆止向转动（上盖圆盘1通过圆柱销与螺

杆联接），当转过约270?时，上盖圆盘直槽的另一端转到圆柱销的正上方，由于弹

簧的作用，圆柱销落入直槽内，于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来

（此时端面齿已完全脱开）。

上盖圆盘、圆柱销以及上刀体在转动过程中，反靠销能够从反靠圆盘中十字槽

的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体寻找刀位时的正向转动。上刀体带动磁铁转到

需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即

控制刀架电动机反转，上盖圆盘通过圆柱销带动上刀体开始反转，反靠销马上就会

落入反靠圆盘的十字槽内，至此，完成粗定位。此时，反靠销从反靠圆盘的十字槽

内爬不上来，于是上刀体停止转动，开始下降，而上盖圆盘继续反转，其直槽的左

侧斜坡将圆柱销的头部压入上刀体的销孔内，之后，上盖圆盘的下表面开始与圆柱

销的头部滑动。在此期间，上、下刀体的端面齿逐渐啮合，实现精定位，经过设定

的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。

由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可稳定地工作。四方刀架：

四工位电动刀架正常情况下可以装4把刀它是以脉冲电波的形式接受指令

的，刀架内部有一端带涡轮的蜗杆刀架和底座接触面上各有一个端面齿轮和两个

限位块正常情况下两个端面齿轮时咬合的底座上面装有马达并有连轴蜗杆当接

收到换刀指令时马达正传蜗杆带动泯轮同时刀架蜗杆转动使刀架上升端面齿轮

分离当刀架升高到一定程度时刀架连同刀架蜗杆一起旋转旋转90度后遇到限位

块阻挡由于马达受阻力量达到一定时开始反转自然刀架下降于底座端面齿轮咬合

限位块锁死完成换刀。

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

向下运动将刀架锁紧，疾刀完成（电动机的反转时间是系统参数设定的，不能过长

不能太短，太短刀架不能锁紧，太长电动机容易烧坏……）

1数控车床电动刀架故障分析

电动刀架作为数控车床的重要配置，在机床运行中起着至关重要的作用，一旦

出现故障很可能造成工件报废，甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。在数控机床的故

障维修中，电气控制部分线路复杂，故隙现象多变，有些故隙现象不太明显，查找

难度比较大，而机械部分与普通机床比较类似，故障相对容易排除。

电动刀架一般有四工位或六工位，由电动机、机械换刀机构、发信盘等组成，

当系统发出换刀信号，刀架电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一

定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发信盘发出刀位到位信

号，刀架电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，井通

过升降机构锁紧刀架。刀架出现故障时就会出现下列现象：

1.1刀架不换刀

对于这种故障，首先判断是刀架内部机械问题还是刀架电机故障。换刀时，用

手触摸电机，看有无振动及测量电机电压来判断是否为电机故障。如电机正常，那

么就是机械问题，一般都为刀架内部机械卡死。把刀架拆下洗干净重新装上即可。

但有时候也可能是内部机械损坏。1.2刀架锁不紧

这种故障有可能是机床参数中的刀架反锁时间设置的太短，也有可能是刀架内

部锁刀螺母太松以及发信盘的霍尔元件位置与磁钢没对准。1.3找不到刀位

表现为刀架不停的转。这种问题可能存在于刀架发信盘出现问题;CNC系统的刀

位信号接收电路的问题:通信线路故障的问题等。

1.4找不到某一号刀

表现为找不到某一号刀，而其他刀位可以正常换，这种问题有可能是刀架发信

盘霍尔元件产生偏移或这一号刀的霍尔元件损坏，或该刀位的信号线断路。

前两种故障通常是:机械原因导致的比较容易判断和维修，而后两种故障是电

气原因导致的。

在实际生产过程中，由于刀架发信盘的原因导致数控车床刀架故障的情况较

多，下面着重分析刀架发信盘的工作原理和诊断、维修。2电动刀架发信盘的工

作原理

电动刀架发信盘是固定在刀架内部中心固定轴上由尼龙材料作为封装的圆盘部

件。发信盘的内部根据刀架工位数设有四个或六个霍尔元件，并与固定在刀架上的

磁钢共同作用来检测刀具的位置，如图1所示。

图1四工位电动刀架发信盘在电动刀架的位置

2.1发信盘内部结构和工作原理

此时万用表的指针没有明显偏转。当用一磁铁贴近霍尔器件标志面时，指针有明显

的偏转（若无偏转可将磁铁调换一面再试），磁铁离开指针又恢复原来位置，表明该

器件完好，否则该器件已坏。

3刀架发信盘的故障维修

当数控车床电动刀架出现不停转时，首先排除程序错误，再观察刀架上的磁钢

位置是否正确，然后检查通往发信盘的电源和通信线路是否正常以排除刀架控制线

路故障。若上述基本检查没发现问题时，那就用替换法更换好的发信盘看是否能恢

复正常，这样就可以很快确定故障范围。

当电动刀架找不到某一刀位时，先检查与该刀位相对应的通信线路是否正常,

然后采用换接线方法，即将故障刀位的接线连到正常刀位的接线柱上进行测试以判

断是线路问题还是发信盘的问题。发信盘出现故障的概率较高，虽然其拆装并不

复杂，但其配件在有些地区并不方便购买，并且配件价格相对较高。由于发信盘的

内部结构并不复杂（图4）,其电路原理见图2,因此根据发信盘的故障情况可

以自行维修，关键问题是找出发信盘中的故障点和如何更换元件。

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图4发信盘内部器件结构

首先，确定发信盘是断路故障还是短路故障，将发信盘接入小于24V的直流

稳压电流源，用指针式万用表的电阻档，用红表笔接发信盘的负极（标志位

“，”），黑表笔接发信盘的四个霍尔瑞件输出接线柱上的任意一个点，将磁铁贴近

该霍尔传感器外侧观察指针偏转情况（注意磁铁的极性），若哪个不偏转就可判断该

霍尔器件断路损坏，若测四个位置都不偏转可能是短路故障或者是电路中电阻、稳

压二极管出现故障。对于断路故障只要更换霍尔器件就可以了；对于发信盘短路故

障可以检查电阻和稳压二极管是否损坏以确定是否有维修价值。确定故障后，将

发信盘的上封盖揭开，用小台钻（或手钻，钻头直径可选2.53nm1）小心地把故

障点上的密封树脂钻掉:注意不要损坏器件引脚）。用偏口钳将损坏的霍尔器件的实

体部分剪碎（注意不要剪断器件的引脚），并将引脚理直，将新霍尔器件的引脚比照

发信盘上留下的引脚成型为U形（注意霍尔器件的标志方向）如图5所示，确定好位

置后分别将对应引脚焊好，再按上述检测方法检测正