数控车床四工位刀架故障与维修方法探究

周成东

（盐城机电高等职业技术学校，江苏盐城 224005）

0 引言

数控机床故障可以在不同位置发生，一旦发生故障将直接影响机床的正常使用，通过本文的研究可以对常见故障问题进行总结，引起相关人员的重视。陈安安等［1］在数控车床刀架常见故障诊断与分析中对四工位刀架的重要性进行了明确，由于故障问题比较复杂，还存在研究不完善的问题，因此本研究在其他学者研究的基础上，进行了进一步的探讨，明确指出在进行四工位刀架故障维修时，必须做好调查，仔细观察，确定故障的位置，通过本文对故障问题的研究，可以快速解决故障，减少维修难度，使故障可以在第一时间顺利解决，尽快恢复数控车床的正常运行，避免故障产生更大范围的影响。

1 数控刀架及其功能分析

数控刀架是保证数控车床良好运行的重要基础，可以对生产效率提升产生积极的影响，使车床可以顺利完成加工工作，以提高加工效率，减少加工误差，进一步保证加工精度［1］。

数控机床上的刀架是提高生产稳定性的重要基础，在保证刀具合理安放的同时，直接参与切削，承受切削产生的压力，所以其也是工艺系统中比较脆弱的环节。随着自动化技术的不断发展和完善，机床刀架发生了不同程度的变化，回转刀盘数量增加，有效满足了生产方面的需要。换刀机械手的出现，不仅满足了自动换刀的需要，同时可以为刀具存储提供便利，即使刀具数量较多，也可以得到良好的存储。也可以从根本提升自动换刀的时间，避免影响数控机床的运行。因此，也可以说机床切削功能和切削速度会受到刀架性能的影响［2］。

2 四工位数控刀架的结构和控制原理

图1所示为四工位数控刀架的结构图。四工位数控刀架接收到选刀指令后，在电动机的作用下，使蜗杆沃蜗轮丝可以不断转动，在转动的过程中动齿盘会逐渐离开原本的位置，彻底松开刀架，定位销从定位位置脱离，传动盘与刀架在同一时间发生转动。当转动到选刀工位时，工位感应到永磁体，并发出信号。数控系统以发出的信号为依据准确发出指令，对三相异步交流电动机反转，使涡轮发生转动，通过弹簧，定位销可以回到定位槽，进入后刀台会停止运动，动齿盘在电动机的帮助下逐渐向下部位置移动，确定位置后，会自动发出信号，代表选刀已经顺利完成［3］。

图1 四工位数控刀架结构图

3 数控机床故障诊断的基本步骤

如果数控机床在运行过程中出现异常，维修人员切记不要慌乱，需要进行全方位的观察，开展针对性的试验，不要在不了解情况的基础上盲目维修，避免错误维修引发更加严重的故障问题，延长故障维修时间。在故障发生时必须第一时间停止机床的运行，并做好现场保护，使机床可以保持最初的工作状态，并准确记录信号和故障现象，与其他维修人员进行紧密的沟通和交流，使维修人员可以针对故障问题进行深入的探究，尽快制定科学、完善的维修方案，合理开展维修工作［4］。

（1）当故障发生时，必须马上与操作者取得联系，针对故障问题展开针对性的询问，使维修人员可以对故障发生时的情况有清楚的了解。故障现场调查是维修人员分析故障原因的重要基础，只有做好现场调查才能保证故障得到顺利解决。因此，维修人员必须更加重视故障调查工作。

（2）对故障原因进行进行深入的分析和研究，使故障范围可以进一步确定。在全面了解故障现象后，需要以故障现象为基础，对故障位置进行明确。有些故障相对比较独立，查找故障也会更加容易，而有些故障形成原因比较复杂，单一的方法很难确定故障源的方向，这就需要结合数控机场的相关材料，对故障相关因素进行全面的梳理，确定故障查找的具体方向，并开展针对性的查找［5］。

（3）以故障诊断原则为依据查找故障源。在对故障进行查找时，需要从外部开始，逐渐向内部拓展，复杂和重要位置需要在最后进行查找［6］。在故障诊断的过程中，需要以现场具体情况为依据，对故障原因进行深入分析，然后结合诊断原则对故障点进行规范性地查找，并开展维修工作。

4 工位刀架常见故障诊断与维修

当开机后系统可以正常开展工作，无论采取哪种方式换刀，刀架都存在问题，就可以判断刀架出现了故障［7］。

强电控制电路故障、继电器电路故障等都是经常出现的故障，体现在刀架方面就是刀架无法自主转动，或者刀架转动不能随意停止两种情况。下面对不同故障及其原因进行分析，并提出具体的故障维修方法。

（1）刀架不转动故障排除思路

在手动状态下，按下换刀按钮，对继电器工作状态进行密切观察，如果继电器没有开始工作，需要对刀架电源控制回路进行全面检查，判断PLC程序是否可以在正确位置输出，如果继电器可以正常工作并且触点吸合，需要对交流接触器情况进行查看［8］。如果交流接触器无法吸合，需要对电压输出进行检查，确定接触器本身是否存在问题。如果可以吸合说明接触器没有任何问题，可能是刀架顺序出现错误，或者刀架电机失去作用。如果控制线路可以正确连接，可以更改刀架三相电相序，如果故障问题仍然没有得到及时的解决，说明可能是电机出现了问题。

（2）刀架不停止转动故障原因及排除措施

如果出现某一刀架旋转不停，其他刀架正常的问题，在对故障进行分析和处理时，只维修出现问题的刀架即可。如此即使刀位元件受到破坏，也可以在系统中通过输入刀架号码确定刀架的具体位置。测量电压如果没有出现变化，可以确定是因为元件原因导致的旋转不停，只需要更换元件就可以顺利解决故障问题。

（3）数控刀架的电气故障

在实际工作中曾出现过手动刀架与自动刀架都不能换刀的问题，但是霍尔元件并没有任何的问题，刀架电气动作也没有异常，松开接触器，刀架没有异常问题存在。经过调查得知，机床在使用过程中出现过刀架异常转动问题。经密切观察发现，三相异步在换刀时就发生了异常。从中可以确定，机床安装时刀架电动机相序不正确，验收人员没有做好验收工作也没有进行测试，就直接进行安装，导致安装错误。为了使故障可以得到顺利解决，需要调整刀架三相交流异步电动机相序。当数控刀架发生找不到某号刀位问题时，需要对霍尔元件状态进行准确观察。如果霍尔元件没有信号存在，可能是线路连接出现了问题，或者霍尔元件无法发挥作用。在进行排除时没有任何的复杂程序，可以快速判定。

（4）数控刀架的综合故障

如果电气与机械部分没有任何故障存在，经过反复查找仍然无法确定故障位置时，需要将刀架机械电气图样作为分析的重点。

在实际工作中曾出现过手动刀架换刀正常，自动换刀开始正常后续出现问题的故障，当该故障发生时机床加工程序也无法正常工作。在这种情况下，手动换刀没有受到任何影响。重新启动机床后，第一次自动换刀顺利，但是后续再进行换刀就发生了异常问题。在手动和自动状态下，霍尔元件均没有问题，可以手动旋转刀架。数控机床反馈信号检测受到影响，而霍尔元件可以及时反馈信号。刀架在反馈信号时需要与微动开关配合，但是微动开关并没有发出信号。经过深入的分析和研究可以确定，手动状态下检测反馈信号，可以满足换刀方面的需要，顺利完成换刀。在自动换刀状态下，微动开关状态检测出现问题，微动开关发出信号时正是第一次动作完成时。在换刀过程中，机床等待信号出现中断。测试微动开关与电路连接，没有发现故障问题。微动开关在换刀过程中虽然执行动作，但并没有发出信号。更换微动开关，经过试验刀架可以良好运行，故障顺利解决。

5 结束语

综上所述，本文对数控刀架及其功能、四工位数控刀架的结构和控制原理为基础，对数控机床故障进行了明确，其中刀架不转动、刀架不停止转动等故障最为常见，针对这些故障问题维修人员必须不断加强学习，注重观察，在实践中灵活应用理论知识，结合以往经验对具体故障进行科学分析，明确故障出现的准确原因，根据不同的原因采取正确的方法进行维修，使故障可以在短时间内顺利解决，恢复车床的正常运转。