13换刀异常故障诊断与维修精.docx
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13换刀异常故障诊断与维修精
第4章学习情境三
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。
但如何才能尽快地解决刀架故障呢?
首先我们要了解刀架的结构,熟悉其机械结构和电气控制原理,才能快速判断故障所在。
1.刀架的作用及结构
刀架主要用来装夹多把不同的车刀,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同一零件的加工,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焕刀来完成零件加工。
如图4-1为立式四方电动刀架结构:
图4-1立式四方电动刀架结构
1、17-轴2-蜗轮3-刀座4-密封圈5、6-齿盘7、24-压盖
8-刀架9、21-套筒10-轴套11-垫圈12-螺母13-销14-底盘
15-轴承16-联轴器18-套19-蜗杆20、25-开关22-弹簧23-电动机
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,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0.01mm。
4.1.2刀架接口与控制
1.GSK980TD数控系统通过XS40接口与刀架控制信号连接,接口定义如图4-2所示。
图4-2XS40机床输入接口
2.换刀控制相关信号
T01~T04:
1~4号刀刀位信号,机床→CNC;
T05~T08:
5~8号刀刀位信号,机床→CNC,标准PLC程序定义的T05~T08信号接口为复用接口,T05与SPEN信号共用同一接口,T07与M41I、WQPJ信号共用同一接口,T08与M42I、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-:
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+),并开始检测刀位信号是否有跳变,若有跳变则输出刀架反转信号(TL-),刀架反转信号(TL-)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-),换刀结束。
(2)换刀方式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
1)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№082设定的时间后输出刀架反转信号TL-。
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-),换刀结束;
2)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;
3)若刀架无刀架锁紧信号,可把状态参数№011的Bit0(TCPS)设定为0,此时刀架锁紧信号一直有效(一直与+24V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-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。
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4~8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№011的Bit1位(TSGN)设置,诊断信息NO.005的Bit7(TL-)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BIT0~BIT3位(T01~T04)检查T01~T04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
011
BDEC
BD8
ZNIK
TSGN
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:
反向间隙补偿方式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+24V断开)有效;
=0:
刀位信号低电平(与+24V接通)有效。
182
PB6
PB5
Bit2=1:
换刀结束时检查刀位信号;
=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
076
T1MAXT
换刀时,移动一刀位所需的时间上限;设定范围:
100~5000(单位;毫秒)
078
TLMAXT
换刀时,移动最多刀位的时间上限;设定范围:
1000~60000(单位;毫秒)
082
T1TIME
换刀T1时间:
刀架正转停止到刀架反转锁紧开始的延迟时间;设定范围:
0~4000(单位:
毫秒)
083
TCPWRN
T2:
未接收到刀架锁紧﹡TCP信号的报警时间;设定范围:
0~4000(单位:
毫秒)
084
TMAX
总刀位数选择;设定范围:
1~32
085
TCPTIME
刀架反转锁紧时间;设定范围:
0~40000(单位:
毫秒)
3.刀架诊断参数
000
TCP
DIQP
XDEC
BDT
T04
T03
T02
T01
脚号
XS39.12
XS39.11
XS40.1
XS40.2
XS40.3
XS40.4
XS40.5
XS40.6
TCP:
刀架锁紧信号/压力低检测信号(机床→PLC)
DIQP:
卡盘控制信号(机床→PLC)
XDEC:
X轴回参考点减速信号(机床→CNC)
BDT:
程序选跳信号(机床→PLC)
T04:
刀位信T03:
刀位信号T3(机床→PLC)
T03:
刀位信号T3(机床→PLC)
T02:
刀位信号T2(机床→PLC)
T01:
刀位信号T1(机床→PLC)
005
TL-
TL+
DOQPS
DOTWS
S04
S03
S02
S01
脚号
XS40.13
XS40.12
XS39.10
XS39.9
XS39.8
XS39.14
XS39.1
XS39.5
TL+:
刀架反转信号(PLC→机床)
TL-:
刀架正转信号(PLC→机床)
DOQPS:
卡盘松开信号(PLC→机床)
DOTWS:
尾座退信号(PLC→机床)
S04:
主轴转速开关量控制信号S04(PLC→机床)
S03:
主轴转速开关量控制信号S03(PLC→机床)
S02:
主轴转速开关量控制信号S02(PLC→机床)
S01:
主轴转速开关量控制信号S01(PLC→机床)
4.2刀架的具体控制电路
1.刀架控制主电路
刀架控制主电路如图4-3所示,刀架电动机的三相电源通过开关QF3接入,由接触器KM3和KM4分别控制刀架电动机的正反转,从而实现电动刀架的换刀与锁紧:
图4-3刀架控制主电路
2.刀架的控制电路
刀架的控制电路如图4-4和4-5所示:
图4-4数控系统上电控制图
图4-5数控机床刀架控制电路
3.数控刀架工作原理分析:
(1)刀位检测部分
刀位检测电路是由霍尔元件、上拉电阻和相关的辅助电路、刀架定位感应磁铁等组成。
系统XS40接口23脚输出24V电压通过R1、R2、R3、R4上拉电阻接到XS40接口的第6、5、4、3脚,作为1、2、3、4号刀位的检测电平,当系统上电工作时刀架上的磁铁对应着相应的刀号检测霍尔元件,相应的霍尔元件导通,把相应的检测端口电平拉低。
(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接受到换刀指令后检测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,XS40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12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13脚为低电平,继电器KA4吸合交流接触器KM4吸合,刀架电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
4.3.1典型故障分析
例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+24V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,则是发讯盘故障。
可检查:
发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯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其它故障分析
1.电动刀架的每个刀位都转不停
电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理如表4-1所示:
表4-1电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理
故障原因
处理方法
系统无+24V、COM输出
用万用表测量系统出线端,看这两端输出电压是否正常存在,若电压不存在,则为系统故障,需更换主板或送厂维修
系统有+24V、COM输出,但与刀架发信盘连接断路;或是+24V对COM地短路
用万用表检查刀架上的+24V、COM地与系统的接线是否存在断路;检查+24V是否对COM地短路,将+24V电压降低
系统有+24、COM输出,连接正常,发信盘的发信电路板上+24V和COM接地回路有断路
发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断路,用焊锡或导线重新连接
刀位上+24v电压低偏,电路上的上拉电阻开路
用万用表测量每个刀位上的电压是否正常,如果偏低,检查上拉电阻,若是开路,则更换1/4W2KΩ上拉电阻
系统反转控制信号TL-无输出
用万用表测量系统出线端,看这一端的输出电压是否正常或存在,若电压不存在,则为系统故障,需更换主板或关厂维修
系统有反转信号TL-输出,但与刀架电机之间的回路存在问题
检查各中间连线是否存在断路,检查各触点是否接触不良,检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏
刀位电平信号参数未设置好
检查系统参数刀位高电平检测参数是否正常,修改参数
霍尔元件损坏
在对刀位无断路的情况下,若所对的刀位线有低电平输出,则霍尔元件无损坏,否则需要更换刀架发信盘或其上的霍尔元件。
一般四个霍尔元件同时损坏的机率很小
磁块故障,磁块无磁性或磁性不强
更换磁块或增强磁性。
若磁块在刀架抬起时位置太高,则需调整磁块的位置,使磁块对正霍尔元件
2.电动刀架不转
电动刀架不转故障分析与处理如表4-2所示:
表4-2电动刀架不转故障分析与处理
故障原因
处理方法
刀架电机三相反相或缺相
将刀架电机线中两条互调或检查外部供电
系统的正转控制信号TL+无输出
用万用表测量系统出线端,量度+24V和TL+两触点,同时手动换刀,看这两点的输出电压是否有+24V,若电压不存在,则为系统故障,需送厂维修或更换相关IC元器件
系统的正转控制信号TL-输出正常,但控制信号这一回路存在断路或元件损坏
检查正转控制信号线是否断路,检查这一回路各触点接触是否良好;检查直流继电器或交流接触器是否损坏
刀架电机无电源供给
检查刀架电机电源供给回路是否存在断路,各触点是否接触良好,强电电气元件是否有损坏;检查熔断器是否熔断
上拉电阻未接入
将刀位输入信号接上2kΩ上拉电阻,若不接此电阻,刀架似乎表现为不转,实际上的动作为先进行正转后立即反转,使刀架看似不动
机械卡死
手摇使刀架转动,通过松紧程度判断是否卡死,若是,则需拆开刀架,调整机械,加入润滑液
反锁时间过长造成的机械卡死
在机械上放松刀架,然后通过系统参数调节刀架反转时间
刀架电机损坏
拆开好架电机,转动刀架,看电机是否转动,若不转动,再确定线路没问题时,更换刀架电机
刀架电机进水造成电机短路
烘干电机,加装防护,做好绝缘措施
3.刀架锁不紧
刀架锁不紧故障分析与处理如表4-3所示:
表4-3刀架锁不紧故障分析与处理
故障原因
处理方法
发信盘位置没对正
拆开刀架盖,旋动并调整发信盘位置,使刀架的霍尔元件对准磁块,使刀位停在准确位置
系统反锁时间不够长
调整系统反锁时间参数
机械锁紧机构故障
拆开刀架,调整锁紧机构,检查定位销是否折断
4.刀架某一位刀转不停
刀架某一位刀转不停故障分析与处理如表4-4所示:
表4-4刀架某一位刀转不停故障分析与处理
故障原因
处理方法
此刀位的霍尔元件损坏
确认是哪个刀位使刀架转动不停,在系统上转动该位刀,用万用表测量该刀位信号触点对+24V触点是否有电压变化,若无变化,则可判定为该位刀霍尔元件损坏,更换发信盘或霍尔元件
此刀位信号线断路,造成系统无法检测到刀位的到位信号
检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路
系统的刀位信号接收电路有问题
在确定该刀霍尔元件没问题,以及该刀位与系统信号连线也没有问题的情况下更换主板
5.输入刀号能转动刀架,直接按换刀键刀架不能转动
输入刀号能转动刀架,直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理如表4-5所示:
表4-5输入刀号能转动刀架,直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理
故障原因
处理方法
霍尔元件偏离磁块,置于磁块前面,手动键换刀时,刀架刚一转动就检测到刀架的到位信号,然后马上反转刀架
检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置,调整发信盘位置,使霍尔元件对正磁块
手动换刀键失灵
更换手动换刀键
6.刀架有时转不动
刀架有时转不动故障分析与处理如表4-6所示:
表4-6刀架有时转不动故障分析与处理
故障原因
处理方法
刀架的控制信号受干扰
系统可靠接地,特别注意变频器的接地,接入抗干扰电容
刀架内部机械故障,造成有时会卡死
维修刀架,调整机械
练习与思考题
1.叙述数控车床刀架的工作原理。
2.画出XS40接口与刀架控制信号连接图,说出与刀架控制相关的引脚。
3.GSK980TD数控系统的刀架主要控制参数有哪些?
如何设置?
4.图4-5中的上拉电阻有什么作用?
5.某GSK980TD数控车床安装立式四方电动刀架,如果将数控系统的84号参数设置为6,车床换刀时有什么现象,为什么?
6.举例说明刀架诊断参数在数控刀架故障诊断与维修中的作用。
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