數(shù)控車床換刀時(shí)無法識(shí)別刀具故障診斷與維修

威海職業(yè)學(xué)院 （山東 264210） 韓鴻鸞

威海某單位一臺(tái)數(shù)控車床在換刀時(shí)出現(xiàn)了刀架轉(zhuǎn)動(dòng)不停，但找不到所換刀具的故障。據(jù)機(jī)床操作者描述，該故障已經(jīng)持續(xù)近半年時(shí)間了，最初幾個(gè)月出現(xiàn)一次故障，后來一個(gè)月出現(xiàn)幾次故障，而最近發(fā)展到每次換刀都會(huì)出現(xiàn)這種故障。據(jù)了解，維修人員前幾次維修也沒有做什么實(shí)質(zhì)性的維修，只要關(guān)機(jī)一段時(shí)間再開機(jī)故障就消除了；有時(shí)也打開機(jī)床檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)故障，但把數(shù)控機(jī)床重新裝好后，故障就有可能解決。最近機(jī)床出現(xiàn)故障，采用上述方式故障并沒有解決。筆者應(yīng)邀參與了故障的診斷與維修，現(xiàn)將維修過程講述出來，供讀者參考。

圖1 就近選刀

表1 局布變量定義

1. 檢查用戶程序

用戶程序若編寫成了一個(gè)死循環(huán)就有可能出現(xiàn)這樣的故障，該機(jī)床加工的零件不是很復(fù)雜，只用三把刀，分別是外圓刀、切斷刀和螺紋刀。通過反復(fù)檢查，該用戶程序沒有問題，但是當(dāng)場(chǎng)編寫了一個(gè)換刀程序，故障雖然沒有解決，但該故障變成了時(shí)有時(shí)無的情況。

懷疑這種故障是針對(duì)固定的某把刀具，就把原先的T1、T2和T3換成了T4、T5和T6，故障雖然沒有完全消除，但有時(shí)能找到所要換的刀具。因根本原因沒有找到，若用12把刀的話，故障肯定還會(huì)出現(xiàn)，所以需要進(jìn)一步進(jìn)行維修。

2. 檢查PLC程序

該機(jī)床是二手機(jī)床，最初配置為SIEMENS 810C系統(tǒng)，后來由于配件買不到換成了802D系統(tǒng)，該機(jī)床的PLC控制如下：

（1）就近選刀。就近選刀如圖1所示，選刀流程如圖2所示，就近選刀子程序梯形圖如圖3所示，局布變量定義如表1所示。

圖2 選刀流程圖

圖3 就近選刀子程序梯形圖

（2）換刀。換刀流程如圖4所示，其子程序梯形圖如圖5所示，局布變量定義如表2所示，全局變量定義如表3所示。

表2 局布變量定義

表3 全局變量定義

通過檢查各種信號(hào)，發(fā)表信號(hào)狀態(tài)與理論值一樣（見圖5中標(biāo)紅與標(biāo)綠部分）。這就確定故障不在PLC部分。

3. 檢查機(jī)械部分

圖6所示為數(shù)控本車床用的臥式回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其轉(zhuǎn)位換刀過程為：

（1）刀盤脫開。接收到數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令→活塞9右腔進(jìn)油→活塞推動(dòng)軸承12連同刀架主軸6左移→動(dòng)、靜鼠牙盤脫開，刀盤解除定位、夾緊。

（2）刀盤轉(zhuǎn)位。液壓馬達(dá)2起動(dòng)→推動(dòng)平板共軛分度凸輪→推動(dòng)齒輪副5、4→刀架主軸6連同刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)位。

（3）刀盤定位夾緊活塞9左腔進(jìn)油→刀架主軸6右移→動(dòng)、靜鼠牙盤嚙合，實(shí)現(xiàn)定位夾緊。

該回轉(zhuǎn)刀架的夾緊與松開、刀盤的轉(zhuǎn)位均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、PLC順序控制來實(shí)現(xiàn)。11是安裝刀具的刀盤，它與刀架主軸6固定聯(lián)接。當(dāng)?shù)都苤鬏S6帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鼠牙盤13和固定在刀架上的鼠牙盤10脫開，旋轉(zhuǎn)到指定刀位后，刀盤的定位由鼠牙盤的嚙合來完成。

活塞9支承在一對(duì)推力球軸承7和12及雙列滾針軸承8上，它可帶動(dòng)刀架主軸移動(dòng)。當(dāng)接到換刀指令時(shí)，活塞9及軸6在壓力油推動(dòng)下向左移動(dòng)，使鼠牙盤13與10脫開，液壓馬達(dá)2起動(dòng)帶動(dòng)平板共軛分度凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪5和齒輪4帶動(dòng)刀架主軸及刀盤旋轉(zhuǎn)。刀盤旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確位置，通過開關(guān)PRS1、PRS2、PRS3和PRS4的通斷組合來檢測(cè)確認(rèn)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到指定的刀位后，開關(guān)PRS7通電，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，指令液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，這時(shí)壓力油推動(dòng)活塞9向右移動(dòng)，使鼠牙盤10和13嚙合，刀盤被定位夾緊。開關(guān)PRS6確認(rèn)夾緊并向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，于是刀架的轉(zhuǎn)位換刀循環(huán)完成。

圖4 換刀流程圖

圖5 換刀子程序梯形圖

圖6 數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架裝置中，采用了平板共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將液壓馬達(dá)的連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成刀盤的分度運(yùn)動(dòng)。

經(jīng)過仔細(xì)檢查沒有發(fā)現(xiàn)故障，運(yùn)行換刀程序，有一個(gè)凸輪的凸起有點(diǎn)斜(見圖6b中標(biāo)紅的部分)，檢查發(fā)現(xiàn)是用膠粘貼上的。

把同一型號(hào)廢舊的機(jī)床上的凸輪換上后，故障排除。同時(shí)筆者還總結(jié)出以下解決方法：①把檢測(cè)軸上的凸輪等換為圓光柵或光電編碼器等周向檢測(cè)元件，此方法雖然可以排除故障，但修改比較大。②買新的同型號(hào)的檢測(cè)凸輪換上即可。③加工一個(gè)凸輪換上，因?yàn)槎鄠€(gè)凸輪在一起，加工時(shí)要注意各個(gè)凸起的周向角度應(yīng)與原件一樣（見圖6b中標(biāo)綠的部分），同時(shí)要保證凸起的高度也要與原件一樣（見圖6b中標(biāo)藍(lán)的部分）。

4. 結(jié)語

其實(shí)引起本文中描述的故障原因并不多見，在日常使用過程中，檢測(cè)元件與凸輪接觸不到（見圖6a中標(biāo)紅的部分）更容易起本換刀時(shí)找不到刀的故障。若是在新機(jī)床驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)此故障，一般是PLC故障或電氣故障造成的，在極少數(shù)情況下是機(jī)械故障與接近開關(guān)的原因。對(duì)于普通機(jī)床改造的數(shù)控機(jī)床，出現(xiàn)此類故障大都是機(jī)械方面造成的。對(duì)于正常應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床，也就是在偶發(fā)故障期出現(xiàn)的此類故障，一般是接近開關(guān)造成的。這類故障不是指接近開關(guān)壞了，而是接近開關(guān)到凸輪的距離太遠(yuǎn)了，只要進(jìn)行調(diào)整一下即可。

[1] 韓鴻鸞. 圖解數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)維修從新手到高手[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.