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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,4.1.1 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多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，懂得部分维修手段是必要的。,1刀架的作用及结构,刀架主要用来装夹
2、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。,2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；,(3)定位
3、：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0.01 mm.,2换刀控制相关信号,T01T04：14号刀刀位信号，机床 CNC；T05T08：58号刀刀位信号，机床CNC，标准PLC程序定义的T05T
4、08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。,3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
5、信号是否有跳变，若有跳变则输出刀架反转信号（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。,(2)换刃方式A（带到位检测）.换刀过程基本同换刀方式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），若一致，换刀过程完成，若不一致，CNC出现“换刀未完成”报警。,(3)换刀方式B,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
6、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；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；若刀架无刀架锁紧信号，可把状态参数01 1的Bit0(TCPS)设定为0，此时刀架锁紧信号一直有效（一直与+24 V断开）.,(4)换刀方式B（带到位检测）.换刀过程基本和换刀方式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），若一致，换刀过程完成，符不一致，
7、CNC出现“换刀未完成”报警。,4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48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01 1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Bit0BIT3位（T01T04
8、）检查T01T04刀位信号是否有效。,4.1.3 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+24 V断开）有效；=0：刀位信号高电平（与+24 V接通）有效。,Bit2=1：换刀结束时检查刀位信
9、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 5 000（单位：ms）,4.2刀架的具体控制电路,3数控刀架工作原理分析,(1)刀位检测部分。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则向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，则PLC把信号反馈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则向PLC作出换刀指令，XS
10、40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1 2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1 3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。,4.3 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
11、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。,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+24 V触点是否有变化，若无变化，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。,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，若没有到位信号，则是发信盘故障。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,4.3.2 其他故障分析,
