浅谈CKA6150数控车床电动刀架撞刀后故障分析及排除

宋雪梅

摘 要：CKA6150数控车床在使用过程中，由于操作失误，经常会出现刀架撞刀现象。本文以LDB4-125（C6150）型四工位的三端齿定位机构方刀架为例，主要以数控车床在教学过程中一次严重的撞刀现象引发的刀架故障为切入点，分析刀架结构及工作原理，进行故障分析、故障判断、故障维修。

关键词：电动刀架；撞刀；霍尔元件；互换法

随着科技技术的迅猛发展，自动化技术以其势不可挡的态势被应用到了各行行业当中，由此也推动了数控技术的广泛应用。作为高精度高效率的数控设备之一，数控车床是综合了自动控制、机械加工以及检测与计算机和微电子技术于一身而形成的自动化设备，数控加工技术受到了制造业的青睐。然而，尽管当前数控车床不论是在效率、品质还是加工水平上都得到了较大的提升，然而随着时间的推移，数控车床同样存在着各种故障，而给数控车床的正常使用和操作人员的安全造成一定的威胁。我校的实训车间使用的是CKA6150数控车床，在使用过程中经常会由于操作失误，出现刀架撞刀现象。故障的大小程度不一，严重时会损坏刀架内部元件。虽然各厂家所生产的刀架的结构、尺寸各不相同，但无论是哪一类电动刀架，故障原因大多雷同，维修方法也可以互相参考。但如何才能尽快地解决刀架故障呢？首先要了解刀架的机械结构，熟悉其机械原理；其次要了解电气原理，熟悉其电气接线。这样才能迅速判断故障属于机械故障还是电气故障？下面我们就以此次故障中的LDB4-125（C6150）型四工位电动刀架为例进行论述。

1 故障起因

学生在实习加工过程中，粗心大意将程序编写错误，导致在精加工时，造成在执行换刀过程中，刀具飞速撞上卡盘，致使主轴撞停，刀架扭转近45度、卡死。

2 故障分析

故障分析前，我们先了解刀架结构及机械原理。

2.1 LDB4-125型刀架的结构

LDB4-125型刀架为典型的三端齿定位机构四工位自动回转刀架，是经济型数控車床普遍采用的类型，由销盘、内端齿、外端齿盘组合成， 采用国际先进的三端齿精定位，蜗杆传动，螺纹升降夹紧的工作原理。实现了上刀体转位时无需抬起，从而排除了冷却液及切削对刀架转位时的侵扰，彻底可靠地解决了刀架的密封问题。同时电气方面采用无触点霍尔开关发讯，使用寿命长。

2.2 LDB4-125型刀架换刀过程及原理（FANUC系统）

该刀架可安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。程序中出现换刀指令，微机就发出换刀信号送给PMC，控制继电器动作，电机正转，通过蜗轮、蜗杆、螺杆将销盘上升至一定高度时，离合销进入离合盘槽，离合盘带动离合销，离合销带动销盘，销盘带动上刀体转位，当上刀体转到程序中指定的刀位时，霍尔元件电路发出到位信号送给PMC，控制继电器动作，电机反转，反靠销进入反靠盘槽，离合销从离合盘槽中爬出，刀架完成粗定位。同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。反转时间到，继电器动作电机停止，并向微机发出回答信号，换刀结束。

2.3 故障原因分析

2.3.1 观察并检测

（1）观察刀架体与刀架底座之间的四周间隙均匀。

（2）用手摆动刀架，无明显的晃动现象。

（3）启动换刀程序，电机启动但刀架不能回转，纹丝不动。

（4）用内六角扳手正转蜗杠，刀架运动不灵活；反转蜗杆，刀架不动。

2.3.2 故障判断

刀架体与刀架底座之间四周间隙均匀，说明刀架中心轴无弯曲损坏；故障发生前正在执行换刀程序，电机正常工作没有问题，且启用换刀功能时，电机有启动声，可大胆排除电机故障；根据刀架抬升一段距离并扭转近45度、启动换刀功能刀架无回转、用内六角扳手正转蜗杠时刀架运动不灵活，反转蜗杆，刀架不能转动这几方面的综合现象，根据其内部机械结构，结合其机械工作原理，可初步判定为刀架内部机械发生故障。

3 故障维修

根据故障判断，怀疑是刀架内部机械装置损坏，进行刀架拆装检查。打开上盖，拆下发信盘、霍尔元件、磁钢、大螺母，发现机械内部有断裂的反靠销和螺栓。由此可诊断出刀架卡死的原因是因为撞刀后，在强大的外力作用下导致刀架内部的反靠销发生断裂，卡在粗定位盘槽和刀架体内。

4 故障排除及相应调试

由于没有相应的零件可以用于维修，而现场有其他能正常使用的相同刀架，故采取了互换法，将其他正常使用的刀架拆下来，安装到这台数控车床上。安装后，启动换刀功能检查回转刀架，出现刀架旋转不停，直至出现1012号报警（1002：T00L RUN OVERTIME OR NO SIGNAL），查看PMC的状态，发现刀位信号没有变化，也就是没有到位信号输出，怀疑霍尔元件损坏；重新换好霍尔元件，启动换刀功能，刀架仍然旋转不停，故障没有排除，怀疑是I/O板的刀位信号出现问题，用万用表检测，发现电压过低，没有达到要求，重新换好I/O板，启动换刀功能，检查刀架是否正常，发现刀架不定期过位或不到位，调整霍尔元件与磁钢的相对位置，换刀正常，刀架故障解除。最后，在加工之前采用试切的方式检查，刀架的锁紧力度正常，可以正常投入使用。此次维修则成功完成。

此次撞刀后刀架的故障既有机械故障也有电气故障，大多数情况下，机械故障就是定位销、反靠销发生断裂；电气故障就是霍尔元件和I/O板上的接口发生故障，维修起来比较方便。

总之，数控车床在使用過程中，我们常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障，而其中刀架故障占有很大的比例。故障后机床暂时不能使用，这就造成了在时间上的人力、物力资源浪费。如果我们能对其进行一些基本的维修，便可节约成本，节省时间，创造一定的经济效益。此次对刀架的维修时间较短，且维修过程也涉及了刀架的其他问题，为以后的刀架维修奠定了基础。

参考文献

[1]王叙.数控卧式车床立式回转刀架的故障诊断维修及保养[J].建材发展导向，2013，（2）：7-8.

（作者单位：大连市技师学院）