数控车床自动刀架旋转停不下来的故障检修

韦丽

摘要：现代制造业中，数控机床以先进的加工技术取代传统的加工技术，有效地降低生产和管理成本，提高了加工工件的精度和质量。随着数控机床的普及化应用，机床维护也成了机电一体化专业学生必须掌握的重要技能。在对数控机床故障分析和盘查过程中，通过GSK980TA系统提供PMC维修界面的信号状态查询、系统提供的各种监控诊断方法，分析自动换刀装置电气控制原理和电动刀架停不下来的常见故障，达到最快捷、最有效的机床维修效果。

关键词：GSK980TA系统；LDB4型立式自动换刀装置；霍尔传感器；发信盘；人机界面；刀架旋转停不下来 故障检修

前言

掌握数控机床的原理及应用、快速地排除加工过程中机床的机械和电气故障，可以保证数控机床安全、可靠、有效地进行自动化加工。本文以GSK980TA系统的CKA6150型数控车床为例，主要从介绍LDB4型立式自动换刀装置的组成结构、换刀动作过程、电动机的电气控制原理、霍尔传感器的作用等基础知识，通过GSK980TA系统提供PMC维修界面的信号状态查询，分析自动换刀装置电气控制原理和电动刀架停不下来的故障，来达到快捷最有效的机床维修效果，保障机械加工的顺利进行。

一、GSK980TA系统的自动换刀装置

刀架是数控车床加工过程中非常重要的部件，加工各种不同的零件必须安装不同切削加工的刀具，CKA6150型数控车床中的LDB4型立式电动刀架是一种自动换刀装置。

1.自动换刀装置的结构

LDB4型立式电动刀架利用蜗杆传动、三齿盘啮合、螺杆锁紧的机械传动原理，刀体转动到位信号由磁铁与发询盘的霍尔元件发出，LDB4型立式电动刀架是机电一体化紧密结合一种典型装置。

LDB4型立式电动刀架有四个不同的刀位，可以安装4把不同功能的刀具，四方刀架转动90°时，刀具交换一个刀位。自动刀架采用三相交流电压为380V的电动机控制，在刀架连续运行时，换刀的次数要求每分钟不能超过6次，否则会烧毁电动机。

LDB4型立式电动刀架的结构如下图

图2所示，由驱动电动机、发信盘、霍尔元件、蜗杆、涡轮、丝杆套连接、丝杆套与動齿盘连接，动齿盘与上下齿盘啮合，动齿盘的传动销外圆与传动盘相接触，动齿盘通过连接盘与四方刀架的磁钢相连。

2.电动刀架工作原理

LDB4型立式电动刀架与系统相互作用，换刀动作如下图图5所示：从CNC控制面板按下手动换刀键----接到系统的换刀信号----电动机控制线路动作----刀架正转----上刀体转位----刀体到位----霍尔元件发出到位信号----系统收到刀位到位信号，发送电动机换向转动信号----电动机控制线路动作----刀架反转----粗定位----精准定位---刀具夹紧----电动机停转----回答信号----按工序顺序继续加工的一系列动作过程。

霍尔元件作为刀体转动到位后，发送信号到系统，系统接收信号后发出停止转动指令，同时发送电动机延时反转指令，起到了承上启下的关键转换性作用。一旦霍尔元件反应不灵敏、失灵或者损坏，这种关键性的转换会被打破，电动机和整个系统的加工工序会被打乱、失控。

电动刀架换刀的电气控制，一是控制自动刀架正反转的三相异步电动机，通过电动机的正反转动作，来控制刀架的转位和锁紧；二是霍尔传感器与磁钢组成的发信盘，刀具转动到位后，霍尔传感器检测信号后发送给系统处理。

二、LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障与分析

机床的自动化程度提高后，使用了大量的电气控制，特别是自动换刀装置，使用频繁，故障发生率多，利用GSK980TA系统提供PMC维修界面，对LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障进行分析，排除故障，减少故障停机时间，提高设备的无故障运行时间。

故障案例：2015年初，我校从大连机床厂引进了6台GSK980TA系统的CKA6150型数控车床，投入数车加工专业的实习教学使用，经过调试后的机床一直正常地进行加工。2016年5月12日，学生在5号机床进行零件车削加工时，需要更换刀具，在MDI方式下按下手动换刀键，启动换刀程序T0103更换刀，数控车床电动刀架一直旋转停不下来，PMC界面出现代码为05的报警内容，输入其他换刀程序指令，其余刀位T0101、T0102、T0104均能正常换刀。

故障分析：自动换刀装置的刀架能够正转，其他刀位均能正常换刀，初步可以判断刀架内部传动机构部分没有卡赌现象，排除机械方面原因引起的故障，引起刀架T0103一直旋转停不下来的原因，主要在电气控制部件上。

依据外部信息报警代码05，查询资料可知：报警的原因是由于换刀时间过长，系统收不到刀架的到位信号，因而发出超时报警。刀架在寻找刀位信号的过程中，只有在目标刀位3号刀信号与当前刀位一致时，霍尔传感器发送刀位信号至系统，系统才会使刀架停止正转，开始换方向反转。如果刀架停不下，说明指定的3号刀信号丢失，霍尔传感器没有接收到位信号，引起刀架持续找刀，PMC程序始终进行目标刀位与前刀位比较，没有刀位停止信号发出，导致刀架在三相异步电动机的带动下连续正转运行，当正转时间超过系统设定的10秒钟后，刀架发出报警并且停止。

检测方法与维修步骤：

结合现场情况，打开PMC诊断画面，到PMC维护，观察刀位的变化情况。正常状态下的刀架有一位是低电平0，其余三个位高电平1。如果四位相同，那么刀架信号异常，会产生不能换刀的故障，则需要检查发信盘与电气控制线路。按照系统电路图与机床电路图的工作原理，对电动刀架电动机的控制线路进行检测，检查刀架线路。

1.观察PMC诊断画面的刀位输入信号

打开PMC诊断画面，到PMC信号诊断界面，输入刀号，观察X3.2刀位有无变化，如图3所示：

如果X3.2刀位有输入刀位信号变化，检查PMC程序或参数设定，说明是PMC程序或参数设定超出设定范围，将程序或参数设定为正常值即可。可以判断系统收不到刀架的到位信号造成，或者Ta的时间不合理，重新设置诊断参数DGM.076—DGM.079的换刀时间。

没有刀位输入信号变化，则可判断刀位输入信号没有输入PMC程序做处理，则需要根据电气控制原理图，用万用表对外部信号电路作进一步的检测。经观察X3.2刀位如上图，一直处于1的状态，故需要仔细检查主机系统以外的电气控制回路。

2.检查外围信号电路

·控制刀架反转的主电路中，交流接触器KM6不动作，检查外部电路元件和刀架反转的控制元件KM6。用万用表测量三相电源进线端电压，电源电路正常值为AC380V。

·控制刀架反转的控制线路，中间继电器KA5不动作。用万用表测量中间继电器KA5的线圈两端电压，电源电路正常值为DC24V。

·测量发信盘3号故障刀位与DC24V之间的电压值。

如图10所示打开发信盘，松开螺母，取下塑料护罩，使磁钢接触到传感器霍尔元件的3号故障刀位，观察PMC信号诊断界面刀位输入信号变化状态。如图4所示，用万用表检测该故障刀位信号触点与+24V触点之间的电压值。

如果有24V电压值，说明发信盘与霍尔元件没有故障，则是此刀位的信号线----系统----系统输出信号电路----刀架输入信号这个环节中有断路现象，致使系统无法检测到刀位到位信号，或者系统已发出转位信号刀架接收不到反转信号。根据电气原理图，检查该故障刀位点与系统连接的连接、系统输出线----KA5----KM6线圈回路的断线点，将断线正常连接好即可。

如果没有24V电压值，可以判断此刀位没有发送到位信号，检查发信盘中的霍尔元件和磁钢。

3. 故障处理方法

经过测量，发信盘3号故障刀位与DC24V之间没有电压值，可以判断此刀位没有发送到位信号。检查发信盘中的霍尔元件，霍尔元件周围有油污，在加工过程中的冷却液与油污没有及时清理，导致油污阻断了霍尔元件接收和传送信号的能力，进而影响了3号刀位在对应位置也不能发出到位信号，系统无法接收到刀架的到位转换信号而一直旋转寻找信号。

拆卸自动刀架装置的顶盖，发现霍尔元件上有油污和脏物，清理霍尔元件周圍的脏物，重新装上霍尔元件。

三、LDB4型立式电动刀架停不下来的故障原因与维修方法

通过以上典型故障分析与检测，LDB4型立式电动刀架停不下来的故障原因与维修方法总结如下：

1.主机系统的PMC程序或参数设定错误

在PMC维护画面的状态表中，相应刀位有输入刀位信号变化，即正常状态下的刀架有一位是低电平0，其余三个位高电平1，输入刀位信号正常，主机系统接收到霍尔传感器的到位信号。则需要检查PMC程序或参数设定，故障原因是PMC程序或参数设定超出设定范围，Ta的时间设置不合理。

维修方法：到PMC程序的参数设定界面，将程序或参数设定为正常值，重新设置诊断参数DGM.076—DGM.079的换刀时间。

2.主机系统外围信号电路故障

故障分析：在PMC维护画面的状态表中，如果故障刀位没有输入刀位信号变化，四个刀位信号都是处于高电平1状态，那么刀架信号异常，则需要按照系统电路图与机床电路图的工作原理，使用万用表，需要依据电气控制图逐一检测发信盘与电气控制线路外部电路。

检测方法：使用万用表测量，检测故障刀位点与DC+24V之间的电压变化值。

（1）故障刀位点与+24V直流电之间有24V电压

故障分析：说明发信盘能检测到刀架到位信号，并且能发送到位信号。故障可能会在电路中，即刀位信号线到主机系统、主机系统----刀架正反转控制的电动机回路----发信盘电路均可能有断路。

检测方法：三相异步电动机正反转正常有否，检查外部电路元件KM6的主电路，测量三相电源进线端和交流接触器输出端电压，正常值是AC380V。中间继电器的控制电路动作正常有否，检查中间继电器的控制电路，测量KA5线圈电压，正常值是24V；刀架至发信盘的连接是否有断路情况。

处理方法：找到故障点，将导线与连接点按规定作正确的连接。

（2）故障刀位点对+24V直流电之间没有电压

故障分析：说明主机系统没有接收到发信盘的刀位到位信号，发信盘没有接收和发出信号，发信盘的霍尔传感器检测不到信号或者不能发送信号。

处理方法：如上面的典型故障的检测法，拆卸刀架发信盘的顶盖，检查霍尔传感器和磁钢。

霍尔元件故障

故障分析：霍尔传感器的检测和传送信号的能力出了问题，进而影响了3号刀位在对应位置也不能检测到信号，系统接收到刀架的到位转换信号而一直旋转寻找信号。

处理方法：霍尔元件损坏则需更换新元件；如果没有损坏，只是有油污脏物，清理元件，恢复原样即可。

磁钢位置不合适

故障分析：检查磁钢位置，磁钢正确的位置应在霍尔元件附件，磁钢与霍尔元件对应才能检查到刀位信号，如果位置错开、不对应，则霍尔元件将检测不到信号。

处理方法：拆开发信盘，在刀架转动过程中，移动磁钢至霍尔元件旁边，观察PMC界面发信盘的刀位信号有否发生变化。如果PMC界面发信盘的刀位信号有变化，调整磁钢在正确的位置上。（磁钢拆卸后，重新装上时，要注意磁钢的极性。）

磁钢没有磁性或者磁性不够强

故障分析：如果磁钢与霍尔元件的位置对应，也没有检测到信号，说明磁钢有问题，应测试磁钢的磁力强弱。

处理方法：用铁磁物质靠近磁钢，如果不能相互吸引，可以确定磁钢没有磁性；如果能吸引但吸引力不大，可以确定磁钢磁性太弱，更换磁钢即可。

参考文献

[1]李宏盛编写 高等教育出版社 《机床数控技术及其应用》ISBN 7-04-009961-6 .

[2]周成东 朱玉娥编写 北京理工大学出版社 《数控机床装调维修技术》ISBN 978-7-5682-1409-4 .

（作者单位：广西壮族自治区桂林技师学院）