广数GSK- 928TC 系统数控车床四方刀架故障诊断方法

李洪声，郭铜民

（陕西工商职业学院中德机电工程学院，陕西 西安 710061）

数控机床故障诊断方法直接影响设备使用效率及生产率。GSK-928TC 系统数控车床其控制梯形图并不对外显示，通过分析梯形图理解换刀原理也较困难。文章根据CNC 与刀架电气系统接线硬件原理图，分析了广数GSK-928TC 数控车床电动刀架换刀工艺过程，并通过GSK-928TC 数控系统提供的诊断功能确定换刀输入输出开关量的实时状态，为硬件换刀控制硬件线路故障诊断分析及主要刀架电气元件发信盘的故障诊断提出了高效直观有效的诊断方法。

1 GSK- 928TC 数控车床刀架接口功能及刀架反转时间控制参数

（1）刀架接口。掌握刀架换刀系统与外围信息传递关系对故障诊断分析非常重要。CNC 内置PLC起中间桥梁作用，在外围设备和CNC 系统之间进行信息传递，它接收机床操作面板按键信号及刀架到位信号，输出刀架正反转控制信号TZL/TFL。

机床操作面板中手动换刀按键信号通过X6 接口送至PLC；刀架发信盘刀具到位信号（T1、T2、T3、T4）通过X4 刀架接口传至PLC；PLC 在收到手动换刀信号及编程换刀指令时，输出刀架正反转控制信号TZL/TFL。

机床数控系统CNC 内置PLC 控制刀架X4 接口输出信号TZL/TFL 分别接入刀架正反转控制线路直流继电器线圈。刀架正反转时CNC 侧相应的ULN2803 导通，驱动相应的微型直流继电器线圈带电，从而相应的主电路交流接触器吸合、电机旋转带动刀架正反转。当刀架不能正反转主要检查系统是否输出TZL、TFL 信号及相应的信号连接线是否导通，检查相应的直流继电器线圈及其常开触点，相应的主电路及交流接触器是否正常吸合。

（2）刀架反转时间控制参数。刀架机械旋转部件主要是蜗轮蜗杆副、具有自锁功能，刀架正转目的使刀具到达刀架磁钢定位检测位置；刀架反转目的是通过蜗轮蜗杆副反转锁紧刀架。P14 参数确定电动刀架在换刀时，刀架电机反转信号（TFL）的锁紧持续时间（单位：0.1 秒）。P14 参数的值在配不同的电动刀架时应作相应调试，并调到合适的值。

2 数控车床电动刀架发信盘的工作原理

机床电动刀架旋转选刀时刀架安装有定位有磁钢、当刀架带动发信盘旋转时霍尔元件内部磁感应三级管与磁钢位置重合接近时来检测刀具的位置。

（1）发信盘工作原理。四工位发信盘共有六个接线端子，直流电源端子分别有正负标记，其余四个端子分别接4 个霍尔元件的4 个输出端，这4 个输出端子分别按PLC 检测刀号顺序与X4 刀架接口端子 T1、T2、T3、T4 针孔座连接、通过 X4 接口将刀具到位信号传送至CNC，系统将此信号作为刀架对应刀具正转到位结束信号。

发信盘霍尔元件内部三级管为集电极开漏门需外接上拉电阻，换刀时、当刀架带动发信盘旋转时霍尔元件内部磁感应三级管与磁钢位置重合时，磁感应强度驱动三极管导通，集电极导通输出（T）。CNC 内置 PLC 根据收到接口 X4 端子 T1、T2、T3、T4 的信号，确定刀具旋转已到达确定相应刀位位置。

（2）发信盘检测方法。如果发信盘内元件失效，刀架无法正常换刀。检测发信盘霍尔开关器件时，将发信盘的正负引脚分别接到直流稳压电源（24V）的正负极，指针式万用表在直流电压档（50V）上，黑表笔接0V 引脚，红表笔接输出端（T）引脚，此时万用表的指针显示24V，当用一磁铁贴近发信盘内霍尔器件标志面时，电压由24V 变到0V 说明发信盘T 脚内元件完好，否则损坏。

3 GSK- 928TC 系统数控车床四方刀架换刀电气原理过程分析

四工位电动刀架，主要由电动机、机械换刀机构蜗轮蜗杆副、发信盘等组成。当系统收到换刀指令时，PLC 通过X4 刀架接口发出换刀正转信号TZL 时，刀架电机正转，通过内部机构将上刀体上升至一定位置，带动上刀体旋转到所选择刀位，发信盘发出刀位到位信号T 传送至CNC 内置PLC，PLC收到到位信号T 后、停止输出正转信号TZL，完成初定位后上刀体下降，输出反转信号TFL、刀架电机反转，并通过升降机构锁紧刀架，完成精确定位。参数P14 中设置刀架的反转锁紧时间。

根据数控机床CNC 系统内置PLC 与刀架发信盘电气连接线路，Q 为发信盘内磁敏电路驱动的三级管，刀架转动时，与刀架一同旋转，当Q 转至PLC测试刀位与刀架定位磁体位置重合时，其基级导通，CNC 接收各刀具的到位信号T 由高电平变为低电平（T1、T2、T3、T4，低电平有效）。此信号 T 输入给PLC 用于判断刀架正转到位。

刀具由T1 刀位换至T2 刀位工作过程分析：①当系统接收到手动或自动换刀指令T2 后，CNC 系统输出TZL 信号，图3 中直流继电器上电、刀架电机正转；②CNC 等待刀架旋转到位信号T2。当刀架转位至T2 刀位后，磁敏电路驱动Q2 三级管饱和导通、Q2 三极管集电极电位为零、即低电平，此时光敏二极管D2 阴极低电平、其导通发光，驱动光敏三极管G2 基级导通，CNC 收到T2 到位信号。如果发信盘磁敏三极管Q2 发射级零线断及Q2 烧损；供给刀架的+24V 电源线断；4.7K 电阻烧损；则T2 端子不能变为低电平，CNC 中内置PLC 收不到刀具到位信号T2，故障现象刀架转动多圈后停止。电动刀架发生故障，系统会在屏幕上显示T2 刀位号报警表示在规定时间内找不到相应刀号。③刀架反转锁紧。CNC 收到T2 到位信号后，断开刀架正转驱动信号TZL、接通反转驱动信号TFL，刀架反转锁紧，反转达到P14 参数中设定的时间后，信号TFL 断开、停止反转。反转时间在参数P14 中设定，注意反转时间设置过长，蜗杆副反转行程过量，导致反转扭矩过大，电机输出扭矩大、易发热烧毁。

4 四工位电动刀架故障诊断

（1）数控系统自诊断功能。GSK-928TC 数控系统提供的诊断方式显示画面实时显示更新PLC 换刀输入输出开关量状态，为维修人员确定故障范围、检查、查询、确定输入输出信号状态带来了极大的便利。

（2）输入刀位信号接口诊断说明见表1。

表1 输入刀位信号接口诊断说明

表2 刀架正反转输出接口诊断显示

在输入接口诊断的显示中，T 信号为负逻辑，当某刀位T 到位时、诊断显示画面中对应刀位号状态显示0，其余刀位号状态均显示1。

（3）刀架正反转输出接口诊断显示见表2。输出接口诊断中各位显示为1 时，相应的位输出有效。显示为0 时相应的位输出无效。

查看诊断方式显示画面如果TZL 状态为1，说明系统输出了刀架正转信号TZL；否则反之。

5 四工位电动刀架常见故障诊断方法

（1）T1 刀位至T2 时刀架一直旋转。原因：系统收不到T2 到位信号，所以刀架一直旋转。查看诊断显示画面如果T2 状态一直为1，说明故障在外围线路不再系统。检查刀架侧与CNC 侧T2 相应端子，测试T2 导线是否断线；检查刀架侧Q2 发射级至CNC 侧零线是否断线、测试24V 及0V 电源线、检查开关电源是否输出24V；检查测试发信盘在刀具到位后T2 端子是否变为低电平，否则发信盘内三极管烧损；测量4.7K 电阻、判断是否烧损。查看诊断显示画面如果T2 状态为0，检查换刀条件是否回零点，否则就是系统问题。

（2）刀架锁不紧、或刀架电机发热。刀架锁不紧主要原因机床P14 参数中的刀架反转时间设置的太短、蜗轮蜗杆副装配不当；刀架电机发热主要原因机床P14 参数中的刀架反转时间设置的太长，或刀架电机主电路缺相；蜗轮蜗杆副机械卡死。

（3）刀架在任何刀位都不停止。刀架侧至CNC侧零线或24V 线断；发信盘内三级管均烧损；检查四个4.7K 电阻。

（4）刀架不正转。查看诊断显示画面TZL 状态，如果为0 则输入的换刀号与目前刀位号同；如果为1 检查CNC 刀架转动控制线TZL 是否断线、检查控制继电器线圈电阻及刀架主电路交流接触器。

6 结 语

在实际使用中数控系统很少出现故障，当PLC控制软件用户无法打开时，只要按规范使用电动刀架机械及电气元件即可有效降低故障率。实际中刀架控制硬件线路：如端子接线螺丝松动、接触不良，被冷却液浸泡等占刀架故障的50%以上，文章的故障分析方法并不需要维修人员理解复杂的PLC 换刀控制梯形图，通过换刀工艺过程结合故障诊断显示画面，可高效快捷地排除故障。