數控車床電動刀架的工作原理及故障診斷

而電動刀架是主要是通過數控車床進行自動換刀的一種典型的機械傳動裝置，是控制數控機床的重要部件。因此，對數控車床電動刀架的故障診斷與維修進行研究有重要意義。

1.導言

電動刀架作為數控車床的重要部件，對數控車床的正常運行具有重要影響，如何快速排除電動刀架在生產中發生的故障，對提高數控車床的運行效率具有重要的意義。筆者通過介紹常見電動刀架的工作原理，對兩例數控車床電動刀架故障的排除過程進行分析，為廣大機床用戶提供理論參考。

2.電動刀架結構與工作原理

2.1電動刀架的結構

以LDB4電動刀架為例來介紹普通電動刀架的結構，該電動刀架主要由以下幾個部分構成，主要有電動機、傳動軸、蝸桿、上下齒盤、定位槽、反靠槽、微動開關電路、定位稍等等。在對電動刀架進行控制時實現信號的輸入或輸出主要是通過PMC 進行控制的。

2.2電動刀架的工作原理

對數控車床進行操作的工作人員向數控系統輸入換刀指令信號，并通過內部的邏輯電路或者是控制軟件等使數控裝置進行一系列的編譯、運算以及處理等過程;待輸出換刀指令的信號后，數控車床通過對回路進行控制，以使繼電器動合觸點進行閉合，刀架電動機正轉的過程中，通過蝸桿、蝸輪等使刀架上的刀體升高到合適的高度，定位稍在離合盤的帶動下，能夠帶動上刀架體進行轉位。

當其轉至所需的位置后，在磁鋼的作用下，由霍爾元件向數控系統刀架刀位發出開發信號，數控系統接收到信號之后反轉對繼電器動合觸點閉合狀態進行控制，電動機反轉后，對反靠銷進行定位，同時齒牙盤嚙合，刀架鎖緊，從而能夠精確的完成各種操作。

3.電動刀架常見故障診斷與維修

3.1電動刀架換刀時不動作

造成這種故障的原因和診斷維修方法如下：

3.1.1刀架機械卡死

刀架機械卡死會造成刀架電機堵轉而出現過載報警。排除機械卡死故障時，可以將刀架與電機脫開，用扳手盤動蝸桿，如果不能正常轉動，則說明是機械卡死。此時可以按正確的拆卸順序拆開刀架進一步檢查中軸、各種銷釘、聯軸器等有無變形，因為刀架機械卡死常常由碰撞變形引起。

3.1.2刀架電機電源缺相或相序錯

刀架電機電源相序錯一般出現在機床大修或更換新刀架后，此時要切斷電源，調整電機相序。電機不轉且沒有聲音，說明電源或者繞組有兩相或兩相以上斷路，首先檢查電源是否有電壓，如果三相電壓平衡，那么故障在電動機本身，可檢測電動機三相繞組的電阻，尋找出斷線的繞組。

電動機不轉但發出較悶的嗡嗡聲，說明電源或繞組一相斷路，缺相的原因可能是電機供電回路中的開關及接觸器的觸頭接觸不良(燒傷或松脫)，修復并調整動、靜觸頭，使之接觸良好;線路某相缺相，查出斷線處，并連接牢固;電動機繞組連線間虛焊，導致接觸不良，認真檢查電動機繞組連接線并焊牢;電力電源缺相，排查外部接入電源故障。

3.1.3刀架電機無電源接入

在MDI 方式下換刀并檢測電機上電源輸入端無電壓時，觀察電柜中中間繼電器KA4和接觸器KM1 有沒有動作，如果KA4線圈沒有得電，則檢查PLC 輸出信號Y0.3是否斷線;若KA4線圈得電，觀察KM1 是否吸合，KM1 吸合則可能是常開觸點損壞或輸給電機的三相電電線斷線，KM1 若沒有動作，則可能是因為繼電器KA4壞、KA4觸點接觸不良、觸點上電源斷線。

3.1.4刀架電機損壞

若接入電源正常空載下電機仍不轉，則說明電機損壞。電機損壞一般由于缺相、過載運行、繞組接地、繞組相間、匝間短路故障引起。接地故障的檢測方法：用搖表檢測電機繞組對地的絕緣電阻，當絕緣電阻值低于0.2MΨ 時，說明電機嚴重受潮。用萬用表電阻檔或校驗燈逐步檢查，如果電阻值較小或者校驗燈較暗說明該項繞組嚴重受潮，需要烘干處理，如果電阻值為0 或者校驗燈接近正常亮度，那么該項繞組已近接地了。

繞組接地一般發生在電動機出線孔、電源線的進線孔或繞組伸出槽口處。對于后一種情況，若發現接地并不嚴重，可將竹片或絕緣紙插入定子鐵芯與繞組之間，如經檢查已不接地，可包扎并涂絕緣漆后繼續使用。

繞組短路故障的檢測方法：

利用兆歐表或者萬用表檢查任意兩相間的絕緣電阻，如發現其值在0.2MΨ 以下或為0 說明是相間短路(檢查時應將電動機引線的所有連線拆開);分別測量三相繞組的電流，電流大的為短路相;用短路探測器檢查繞組間是否短路;用電橋測量三相繞組電阻，電阻值小的為短路相。

3.2電動刀架某一個或幾個刀號換刀轉不停，其余刀號正常造成這種故障的原因和診斷維修方法如下：

3.2.1此刀位霍爾元件損壞

確認是哪個刀位使刀架轉不停后，在系統上輸入該刀號換刀指令轉動該刀位，用萬用表測量該刀位信號點(X4.6、X4.7、X5.0 或X5.1)是否有電壓變化，若無變化，可判定為該刀位霍爾元件損壞，更換發訊盤或霍爾元件。

3.2.2發訊盤此刀位信號線接觸不良或斷線

若發訊盤該刀位信號輸出正常，則繼續檢查相應PLC 到刀位輸入信號狀態有無變化，若沒有檢查此刀位信號線與PLC 系統的連線是否斷線或接觸不良，則正確連接即可。

3.2.3 PLC 系統的刀位信號接收電路故障

若檢查霍爾元件和刀位信號接線都完好，則可確認PLC 系統輸入信號接收電路故障，更換相應板卡。

4.結語

綜上所述，電動刀架的控制與機械、PLC、傳感器等諸多學科領域的知識均有不可分割的關系，加大了維修的難度。對于維修工作者，應充分掌握刀架的控制原理和相關檢測設備的使用步驟，結合具體的故障問題，找出具體的原因，不斷強化診斷與檢測，從而將故障全面清除。