數(shù)控車床電動刀架的安裝調(diào)試與常見故障的排除

陳堅(jiān) 趙玉鳳

摘?要：本文敘述了數(shù)控電動刀架結(jié)構(gòu)和工作原理、與FANUC Oi Mate系統(tǒng)連接的三個步驟：電氣原理圖的設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置;同時還講述了常見故障的一般排除方法。

關(guān)鍵詞：電動刀架的安裝調(diào)試;FANUC Oi Mate;常見故障排除

LDB4系列電動刀架采用蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，三齒盤嚙合螺桿鎖緊，具有轉(zhuǎn)位穩(wěn)定、免抬等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用蝸輪蝸桿、三齒盤嚙合等機(jī)構(gòu)，在工作的時候，上刀體不需要抬起，這樣在刀架轉(zhuǎn)位的時候，不存在受冷卻液和切削力的影響。

我們在使用數(shù)控機(jī)床時，區(qū)別于以前的手動控制，希望工作時間和工作輔助時間減少，這樣我們需要每一個工序盡量快一些，在工藝安排上，盡量一次裝夾完成多道工序，這樣不僅可以節(jié)省時間，還可以提高精度，同時需帶有自動換刀裝置。數(shù)控車床上的電動刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，一般可分為立式和臥式兩種規(guī)格[1-2]。

一、電動刀架

（一）工作原理

LDB4系列電動刀架接收數(shù)控系統(tǒng)的換刀信號以后，繼電器開始工作，電動刀架開始選刀，選刀過后，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，此時，通過蝸桿、蝸輪、螺桿將銷盤上升至一定高度時，離合銷進(jìn)入離合盤槽，離合盤帶動離合銷，離合銷帶動銷盤，銷盤帶動上刀體轉(zhuǎn)位，當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到所需刀位時，磁鋼感應(yīng)霍爾元件，電路發(fā)出到位信號，電機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷進(jìn)入反靠盤槽，離合銷從離合盤槽中爬出，刀架完成粗定位。同時銷盤下降端齒嚙合，完成精確定位，刀架鎖緊。反轉(zhuǎn)時間到，繼電器動作電機(jī)停止[3]。

（二）刀架工作路線

接收換刀指令—電動機(jī)開始正轉(zhuǎn)—銷盤帶動上刀體轉(zhuǎn)位—轉(zhuǎn)動確定位置指令—電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)—刀架完成粗定位—開始精定位鎖緊—時間到，電動機(jī)停轉(zhuǎn)—回復(fù)指令—加工開始

（三）刀架工作要點(diǎn)

（1）刀架采用三相380V刀架電機(jī)，刀架連續(xù)運(yùn)行時，換刀不能過于頻繁，1分鐘不超過6次，換刀過于頻繁容易燒壞電機(jī)。（2）在精定位鎖緊時，一般時間為1.2～1.3秒。鎖緊的時間如果比較短，可能會出現(xiàn)不能很好的鎖緊，如果鎖緊的時間置過長會使電機(jī)溫升過高而損壞電機(jī)。所以在每臺刀架的合格證上都需要注明刀架的準(zhǔn)確鎖緊時間。（3）接線時，防止短路。

二、數(shù)控刀架與FANUC Oi Mate系統(tǒng)連接的三個步驟

（一）電動刀架的電氣連接設(shè)計(jì)

電氣線路的主電路為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路，刀架的換位和鎖緊動作分別由電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)。一般情況下，為了實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，保護(hù)電路，在主電路中串聯(lián)一個熱繼電器，同時為了交流接觸器在工作時產(chǎn)生電弧而延遲了電路的開斷、縮短了電器使用壽命，在交流接觸器出線口并上一個三相滅弧器起到滅弧作用。控制電路如下圖所示，刀架內(nèi)部4個偵測當(dāng)前刀位的開關(guān)（霍爾元件）信號是低電平，而FANUC系統(tǒng)的PLC的輸入端是高電平有效，由于是OC門輸出，為了得到高電平，每個傳感器連接了1.8KΩ的上拉電阻，也可以通過中間繼電器將低電平有效轉(zhuǎn)換為高電平有效，但會增加成本。PLC的輸出連接了兩個中間繼電器，一個正轉(zhuǎn)，一個反轉(zhuǎn)，直接控制正反轉(zhuǎn)接觸器線圈[1]。

（二）PLC程序設(shè)計(jì)

FANUC Oi MATE系統(tǒng)，與其他國內(nèi)系統(tǒng)如廣數(shù)系統(tǒng)或國外系統(tǒng)如西門子系統(tǒng)等不同，這些數(shù)控系統(tǒng)大部分在出廠時就已經(jīng)預(yù)裝了涵蓋常用功能的PLC程序，而FANUC系統(tǒng)沒有預(yù)裝PLC程序，所有的功能控制都必須通過PLC編程軟件FANUC LADDER-III V5.7進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再傳輸?shù)较到y(tǒng)中。

電動刀架控制部分PLC設(shè)計(jì)過程簡述：

（1）將四個刀架到位輸入信號X7.0、X7.1、X7.2、X7.3進(jìn)行賦值到內(nèi)部繼電器R21.1、R21.2、R21.3、R21.4（刀架到位停止時刀位號地址）和內(nèi)部繼電器R22.2、R22.3、R22.4、R22.5（手動換刀時下次到達(dá)的刀位號地址）中;

（2）在手動方式執(zhí)行手動換刀時，將內(nèi)部繼電器R22中的值通過功能指令MOVE邏輯乘數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)部繼電器R25中;

（3）將手動方式刀架正轉(zhuǎn)按鍵輸入信號X20.5進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成內(nèi)部繼電器R24.2，當(dāng)X20.5為“1”信號時，R24.2就變?yōu)椤?”信號，且自保，當(dāng)出現(xiàn)刀架反轉(zhuǎn)信號R26.3為“1”信號、急停報警或機(jī)床復(fù)位等信號時，R24.2就變?yōu)椤?”信號;

（4）在手動換刀時，通過功能指令COIN一次性檢測，將內(nèi)部繼電器R21中的值與內(nèi)部繼電器R25中的值進(jìn)行比較，即將所需到位的刀具號與刀架換刀到位后的刀位號進(jìn)行比較，如果一致內(nèi)部繼電器R23.1變?yōu)椤?”信號;

（5）在自動執(zhí)行T功能時，將刀具功能代碼信號F26通過功能指令DECB進(jìn)行二進(jìn)制譯碼，將譯碼結(jié)果存在內(nèi)部繼電器R20（T1、T2、T3、T4分別對應(yīng)R20.1、R20.2、R20.3、R20.4）中;

（6）在自動執(zhí)行T功能時，通過功能指令COIN一次性檢測，將內(nèi)部繼電器R21中的值與內(nèi)部繼電器R20中的值進(jìn)行比較，即將所選的刀具號與刀架換刀到位后的刀位號進(jìn)行比較，如果一致內(nèi)部繼電器R23.0變?yōu)椤?”信號;

（7）在自動方式（或MDI方式）執(zhí)行T功能或手動方式手動換刀時進(jìn)行邏輯處理，使刀架正轉(zhuǎn)輸出信號Y7.0，同時導(dǎo)出刀架正轉(zhuǎn)指示燈信號Y20.5，當(dāng)自動換刀到位信號R230為“1”信號、刀架反轉(zhuǎn)輸出信號Y7.1為“1”信號、刀架正轉(zhuǎn)停止信號R26.0為“1”信號、急停報警或機(jī)床復(fù)位等信號時，Y7.0就變?yōu)椤?”信號;

（8）在自動方式（或MDI方式）執(zhí)行T功能或手動方式手動換刀后，刀架正轉(zhuǎn)開始，當(dāng)自動換刀到位信號R23.0或手動換刀到位信號R23.1為“1”信號時，經(jīng)過邏輯處理，導(dǎo)出刀架正轉(zhuǎn)停止信號R26.0為“1”信號;

（9）將刀架正轉(zhuǎn)停止信號R26.0進(jìn)行邏輯處理后，再通過功能指令TMR14定時器，導(dǎo)出刀架反轉(zhuǎn)開始信號R26.2;

（10）在自動方式（或MDI方式）執(zhí)行T功能或手動方式手動換刀時進(jìn)行邏輯處理，導(dǎo)出刀架反轉(zhuǎn)輸出信號Y7.1，同時導(dǎo)出刀架正轉(zhuǎn)指示燈信號Y20.6，當(dāng)反轉(zhuǎn)鎖緊時間結(jié)束信號R26.3為“1”信號時，Y7.1就變?yōu)椤?”信號;

（11）將刀架反轉(zhuǎn)輸出信號Y7.1進(jìn)行邏輯處理后，再通過功能指令TMR15定時器，導(dǎo)出反轉(zhuǎn)鎖緊時間結(jié)束信號R26.3;

（12）在自動方式（或MDI方式）執(zhí)行T功能，通過功能指令TMR16定時器，導(dǎo)出換刀超時信號R26.4，這個信號并入系統(tǒng)報警信號中;

（13）最后經(jīng)過邏輯處理，導(dǎo)出自動換刀結(jié)束信號R282，并入結(jié)束信號G4.3，以便程序自動運(yùn)行下段程序。

（三）PLC參數(shù)設(shè)置

當(dāng)?shù)都苁褂脮r間長了，間隙變大之后，為了方便維修，可以通過調(diào)整刀架鎖緊時間來進(jìn)行調(diào)整間隙，在PLC中使用功能指令TMR定時器，而沒有使用功能指令TMRB固定定時器。這些定時器的時間在系統(tǒng)參數(shù)中的T參數(shù)中可以設(shè)置或修改，其中T14設(shè)為500ms，T15設(shè)為1200ms，T16設(shè)為5000ms。

三、常見故障及排除方法

由于電動刀架在數(shù)控車床的使用和加工過程中，利用頻率較高，出現(xiàn)故障的幾率也較大，刀架的運(yùn)轉(zhuǎn)好壞及其穩(wěn)定性關(guān)系到機(jī)床是否能夠正常運(yùn)行，從而影響生產(chǎn)及降低效率。下面就本人在現(xiàn)場調(diào)試以及平時對數(shù)控車床使用單位的服務(wù)過程中，遇到刀架出現(xiàn)的常見故障，以及所采取的排除方法介紹如下：

（一）給出任意換刀指令，刀架轉(zhuǎn)個不停

當(dāng)給出任意換刀指令時，出現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)個不停，表示刀架只接受換刀指令，而檢測不到刀位信號，也就是說霍爾元件未發(fā)出信號，經(jīng)檢查霍爾元件所需DC24V電源正常，霍爾元件也正常，磁鋼片與霍爾元件位置也正確，至I/O口連接線等都完好，最后將磁鐵位置和極性進(jìn)行調(diào)整，原來是磁鋼片裝反，更換后刀架選刀正常。上述故障是因?yàn)榇盆F的極性不對，而感應(yīng)不到相應(yīng)的刀號發(fā)出正確的信號造成的。

（二）刀架換刀時，發(fā)出急停報警

對于我公司的數(shù)控車床，將刀架的熱保護(hù)繼電器常閉信號串載于急?；芈分?，當(dāng)出現(xiàn)刀架反轉(zhuǎn)或機(jī)械卡死或缺相時，堵轉(zhuǎn)電流急劇增大，熱保護(hù)繼電器斷開，引起急停報警，機(jī)床停止動作，無法換刀。通過對線路進(jìn)行檢查校正，檢查刀架機(jī)械連接部分，刀架使用正常。

（三）電動刀架鎖不緊

故障原因分析及處理方法：（1）刀架反鎖時間不夠長：調(diào)整系統(tǒng)反鎖時間參數(shù)即可（新刀架反鎖時間t=1.2—1.3s即可）;（2）刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器的接線接觸不良;（3）機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)故障：拆開刀架，并檢查傳動銷是否折斷，蝸輪、蝸桿副是否磨損，中軸是否斷裂等，調(diào)整或更換相應(yīng)機(jī)械部件。

（四）刀臺換刀位時不到位或過沖太大

主要是由于電機(jī)未反轉(zhuǎn)或機(jī)械傳動卡死的原因?qū)е碌?，還可能是發(fā)信盤位置沒對正，要使刀架的霍爾元件對準(zhǔn)磁鋼，使刀位停在準(zhǔn)確位置。

四、結(jié)語

電動刀架是數(shù)控機(jī)床中比較小的一個部件，但其中涉及到電氣線路、PLC控制、機(jī)械結(jié)構(gòu)等多個方面的內(nèi)容。在安裝調(diào)試電動刀架過程中，可能會出現(xiàn)這樣那樣的故障，這就需要安裝調(diào)試人員相互配合，認(rèn)真研究電路及信號控制過程、機(jī)械結(jié)構(gòu)，根據(jù)故障現(xiàn)象仔細(xì)分析、檢查，便能及時有效地定位故障源頭，迅速排除故障，完成刀架的安裝調(diào)試工作[1-2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱俊.數(shù)控車床電動刀架的安裝與調(diào)試[J].機(jī)床電器，2010，37（06）：10-11.

[2]馮華勇，宋健，初宏偉.數(shù)控車床刀架常見故障現(xiàn)象及排除方法[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，23（01）：30-32.

[3]余仲裕.數(shù)控機(jī)床維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：2-3.