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分析4工位数控刀架的换刀过程
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　　1 车床四工位电动回转刀架的工作原理　　数控车床上使用的回转刀架一般是立式的，具有四工位（装有四把刀具）或六工位，由数控机床发出的脉冲指令进行回转和换刀。对于使用回转刀架的数控机床，在加工过程中，回转刀架不但可以存储刀具，而且在切削时要连同刀具一起承受切削力，在加工过程中要完成刀具交换转位、定位夹紧等动作。　　1.发信盘；2.推力轴承；3.螺杆螺母副；4.端面齿盘；5.反靠圆盘；6.三相异步电机；7.联轴器；8.蜗杆副；9.反靠销；10.圆柱销；11.上盖圆盘；12.上刀体　　四工位电动刀架一般由电动机、机械换刀机构、发讯盘等组成如图1所示，自动回转刀架换刀具体的换刀动作如下：数控系统输出换刀信号——PLC控制信号输出（控制电路中继电器-接触器动作）——刀架电机正向寻刀开始——刀架抬起（螺杆将销盘上升到一定高度）——刀架正转（离合销进入离合盘槽，离合盘槽带动销盘，销盘带动上刀体转位）——检测元件检测到刀位信号——刀架电机开始反转并锁紧——刀架电机断电——加工顺序进行。　　2 四工位电动回转刀架的电路调试　　目前数控车床刀架基本为电动刀架，电动刀架具有很多种类。以用霍尔元件检测到位的刀架最为常见。图2为刀架的电路控制系统硬件接线图，刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。电气控制为控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。　　刀架在电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机实际上是一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不能太长，否则可能导致刀架电机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件。霍尔元件的常态是截止，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通，将刀架位置状态发送到PLC数字输入，通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电机正转或反转。　　3 四工位刀架的PLC控制　　由数控装置和可编程控制器协调配和完成对数控机床的控制，数控机床上应用的PLC有两类：“内装型”（Bulid-in Type）PLC和“独立型”（Stand-alone Type）PLC，现在使用的PLC以内装式居多。可编程控制器主要负责完成与逻辑运算有关的一些动作。　　刀架的顺序控制是由PLC通过对刀架的全部I/O信号( xs10、11和xs20、21)的扫描，进行逻辑处理及计算来实现的，为了保证手动换刀和通过T指令进行自动换刀这两种换刀方式的正确性，在系统中设置一些相应的PMC参数来进行保证，手动换刀是用按钮启动的，自动换刀是用T指令触发的，换刀动作、延时控制时间及相应的参数设置如下：　　1）刀架电机接收到PLC相应信号后正转，正转有一个最大时间（一般为8s），在参数设计时有一个参数保证，用P2--换刀超时时间来保证；2）霍尔元件检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时（100ms），此时间控制用P4—正转延时时间来控制；3）延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时（600ms）, 此时间控制用P3—刀具锁紧时间来控制；4）延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。　　在设计PLC时，还要考虑机床整体安全互锁方面的因素，主要有以下几点：　　1）刀架电机在正转时不能反转，此在软件也设计就会与硬件互锁相呼应，起到双重互锁的作用；　　2）数控机床出现急停、限位、进给驱动报警或主轴报警时都要禁止刀具的换刀动作；　　3）刀架电动机长 时间旋转（如8s），而 检测不到刀位信号，则应给停止刀架电机，防止刀架电机被损坏并应报警提示；　　4）刀架电机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工。
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数控机床故障诊断方法与华中系统故障实例分析
　　【摘 要】数控机床在使用过程中难免出现故障，本文在分析华中世纪星系统特点和功能的基础上，介绍了数控机床故障排除的思路和原则，针对华中世纪星系统常见的一些的故障进行了分析和处理，总结了数控机床故障诊断与维修的一般方法。 中国论文网 /8/view-4827349.htm　　【关键词】故障诊断；数控机床；华中世纪星；机床维修 　　一、引言 　　数控机床是一种高效自动化机床，它综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是将现代技术和高科技知识集于一体的机、电、液、控技术设备，具有技术密集和知识密集的特点，有较高自动化水平和生产效率。在众多国内数控系统中，武汉华中数控有限公司研发的数控装置以其高性能、低价位并具有自主知识产权的特点，赢得了国家的认可，在机加行业得到广泛应用。 　　数控机床作为机电一体化高度复杂设备，在使用过程中难免会出现故障，而数控技术的综合性和复杂性使其在发生故障后维修的难度远大于普通设备，如果不能及时地定位排除故障，将制约数控机床的使用率，直接影响正常生产。资料表明，当维修数控机床时，大约80%的时间用于查找数控机床故障，而只有20%的时间用于故障的排除。当企业数控机床品牌、型号选定后，减少故障修理时间是提高数控机床的开动率、给企业创造更多经济效益的有力保证措施。 　　二、数控机床故障诊断基础 　　1.数控机床故障诊断原则 　　（1）先外部后内部 　　要求数控机床维修人员从外部向内部逐一进行检查排除。 　　（2）先机械后电气 　　要求数控机床维修人员在进行电气检查之前，应首先检查数控机床机械是否处于正常状态，如行程开关是否压上超程挡块、气动液压部分是否正常等。 　　（3）先静后动 　　要求数控机床维修人员在到达维修现场后，不应急于查找和排除故障，而应先询问操作人员故障发生时的情况，并查阅相关资料。 　　2.数控机床故障排除的思路 　　数控系统的型号颇多，产生的故障原因往往比较复杂，但无论哪种系统，它们的构成和控制原理基本相同。因此在数据机床出现故障时，要求维修人员必须有清晰的故障排除思路： 　　（1）调查故障现场，确认故障现象、故障性质，应充分掌握故障信息，做到“多动脑、慎动手”，避免故障的扩大化。 　　（2）根据所掌握故障信息明确故障的复杂程度，并列出故障部位的全部疑点。 　　（3）依据技术资料分析所有可能的故障原因，要求思路开阔，不应将故障局限于数控机床的某一部分，在深入分析的基础上，拟定检查的内容和方法，制订故障排除的方案。 　　（4）在确定故障排除方案后，利用万用表、示波器、转速表等测量工具，用试验的方法验证并检测故障，逐级定位故障部位，确认出故障的类型。为了准确、快速地定位故障，应遵循故障排除的原则。 　　（5）故障的排除，通常找到故障原因后，问题会迎刃而解。 　　（6）养成良好的工作习惯，解决故障后应做好相关资料的整理记录工作，为该机床建立故障档案，以便提高自身的业务水平，方便机床的后续维护和维修。 　　数控机床在使用中不可避免地要产生各种故障，维修不到位将严重影响数控机床开动率，造成设备闲置和经济损失，这使得掌握数控机床故障诊断技术变得越来越重要。下面以华中世纪星数控系统为例介绍一些机床故障的排除方法。 　　三、华中世纪星数控机床常见故障诊断与排除实例 　　世纪星HNC-21系列数控装置采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机、高性能32位中央处理器配置，7.5寸彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O板接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC以太网等程序交换功能，主要适用于数控车铣床和加工中心的控制。华中世纪星数控机床数控机床故障分类有多种方法，按故障发生与需要维修的位置主要有数控系统不能正常开机故障、急停故障、自动换刀系统故障、主轴系统故障、手持单元故障、进给系统故障等，本文只对几种故障现象做详细介绍。 　　1.数控系统不能正常开机故障诊断与排除 　　数控机床要开动起来，首先要保证数控系统能够正常上电，这也是数控机床调试过程中首先要做的。 　　（1）数控系统电源接口 　　图1所示为HNC-21数控装置与其它装置单元连接的总体框图，其中XS1为数控系统电源接口，采用DC24V或AC24V作为输入电源。 　　图2所示为NC通电控制线路图，数控机床进线电源采用三相AC380V电源，经过变压器变为AC220V，再经过开关电源转变为DC24V后，作为数控系统的电源输入电压，SB1为数控机床控制面板上的NC电源关按钮，SB2为NC电源开按钮。 　　图1 总体框图 图2 NC通电控制线路 　　（2）数控不能正常开机的原因 　　1）系统电源不正确。 　　2）系统程序丢失。 　　（3）故障排除思路 　　1）当按下数控机床操作面板上的SB2启动按钮时，机床不能上电，应首先观察KA0指示灯是否得电。 　　2）如果得电又断电，说明NC通电控制线路24V电源已经接入，原因应是KA0常开触点没有接入控制回路，没有形成自锁回路。 　　3）如果指示灯没有点亮，则应检查+24V电源是否正确（检查从开关电源输入的24V是否连接到NC通电控制线路）。 　　4）24V电源正确后，仍不能正常启动且KA0指示灯仍不亮，则应检查开关SB2按钮是否损坏以及SB1和SB2是否接反以及数控系统中转接板连线是否正确。 　　5）检查XS1是否连接到数控系统以及电压是否正确，如都正常CRT显示屏仍不能正常上电，应检查数控系统中熔断器和显示屏是否损坏。
　　6）若系统能完成上电，但进不到操作系统界面，则需要重新做系统程序。 　　2.自动换刀系统故障诊断与排除 　　（1）刀架控制系统电气线路连接图 　　该数控机床刀架采用的是四工位车床刀架，刀架电机采用三相交流380V供电，正转时驱动电机正转，反转时刀架自动锁死，为了保证刀架完全锁死，保证刀具的定位精度，在PLC参数中设置了0.5s的反转锁死时间。每把刀具都各有一个霍尔位置检测开关，图3为四工位刀架控制线路图。 　　图3 四工位刀架控制线路图 　　（2）刀架换刀故障原因 　　当开机后系统处于正常工作状态，手动或者自动换刀时，刀架出现不能换刀主要有以下几种原因： 　　1）强电控制电路故障。 　　2）接触器控制电路故障。 　　3）PLC输入/输出故障。 　　4）刀架机械故障。 　　（3）故障排除方法思路 　　刀架故障现象主要有“刀架不动”和“刀架正转不停”两种。 　　1）刀架不动故障排除思路 　　①按下换刀启动按钮后，观察继电器指示灯是否点亮以及观察PLC输出点位Y0.6、Y0.7的状态变化，如继电器指示灯不点亮，检查刀架刀位控制模块24V电源控制回路（380V经变压器变220V后，经开关电源变为24V）和PLC程序输出点位（刀架正传Y0.6、反转Y0.7）设置是否正确；如点亮且继电器触点连接正确并吸合，确定继电器没有问题，再看接触器吸合状况。 　　②接触器不吸合，检查220V电压是否输入以及接触器是否损坏；如吸合说明接触器没问题，则可能是刀架相序接反、刀架锁死以及刀架电机损坏等原因。 　　③如控制线路连接连线正确，把刀架电机U、V相序互换，如还不能排除故障，说明可能电机卡死或电机损坏。 　　2）刀架正转不停故障原因及排除采取措施 　　故障原因 排除故障采取的措施 　　刀架刀位信号模 　　块的电源不正确 检查模块的电源是否正常，接线极性是否正确，通常的刀架刀位信号模块应该为DC24V。 　　PLC刀位信号参数设置错 检查PLC参数设置是否和系统输入一一对应 　　系统开关量输入 　　电缆接错或断路 1.检查开关量输入电缆 　　2.需更换开关量输入电缆 　　刀架位置检测霍尔元件损坏 需更换刀架刀位信号模块 　　无刀架反转输出（Y0.7） 1.检查输出端口 　　2.检查开关量输出电缆 　　3.检查电路 　　刀架反转继电器或接触器坏 需更换继电器或接触器 　　PMC参数设置错 查看正转延时时间、反转延时时间以及换刀超时等时间参数设置是否正确； 　　机械松动或机械坏 1.检查电机与刀架联接的部分定位销是否有松动 　　2.需更换刀架 　　3.急停故障诊断与排除 　　（1）急停故障原因分析 　　数控机床正常上电后，打开急停按钮，发现系统处于急停状态，数控系统处于急停状态主要有以下几种原因（如图4所示）： 　　1）急停回路故障。 　　2）“软急停”输入端口接线位置错误。 　　3）PLC中“软急停”点位设置错误。 　　4）外部输入线缆接错位置。 　　5）其它部件报警引起的急停。 　　（2）故障排除方法思路 　　1）首先按下“超程解除按钮”，如果系统能够复位，说明故障出现在超程限位开关位置，检查行程开关是否压限位挡块以及行程开关内部接线；如系统不能复位，说明故障可能是“急停开关故障”、“KA继电器故障”、“外部24V电源故障”、“软急停输入端口位置错误”、“PLC软急停点位设置错误”、“外部线缆连接错误”。 　　图4 HNC-21数控装置急停回路 　　2）外部24V电源故障，根据KA继电器指示灯可判断外部24电源是否接入急停回路。 　　3）KA继电器故障，打开急停开关，如KA继电器指示灯不亮检查外部电源，指示灯亮检查KA继电器线圈以及急停回路接线是否接在它的常开触点上。 　　4）急停开关故障，主要检查急停按钮的常闭触点，若未装手持单元或手持单元上无急停按钮，XS8接口中的4和17脚应短接。 　　5）检查“软急停”输入端口接线位置是否与PLC中“软急停”点位设置一致。 　　6）对于有报警信息的根据报警信息排除相应故障。 　　7）外部输入线缆接错位置，如将XS10和XS11对调，XS10中的第一个触点对应位置I0.0为急停回路中X向行程开关的常闭触点；而XS11第一个触点对应位置I2.4为“软急停”，两者互换接入数控系统，将发生急停报警，且按“超程接触按钮”也不能复位。 　　数控机床是复杂的设备，在诊断与维修时要事先消化技术资料，搜集现场相关信息，做好充足的准备。在此基础上，要遵守故障诊断与维修的原则和步骤，切忌盲目动手；另外应严格按照有关资料如图纸、说明书的规定要求去做，注意资料中的数据，因数据是指导设备维修的重要依据。最后数控机床是机电一体化的高科技产品，在遇到故障时，不能单一考虑是某一方面的故障，要学会根据故障现象，综合分析故障原因，灵活使用自诊断法、备件更换法、机电脱离法等各种诊断方法，这样才能更迅速、有针对性地将故障排除。 　　作者简介： 　　刘娟（1981—），女，陕西宝鸡人，硕士，讲师，现供职于陕西省电子工业学校。 　　卢彦峰（1981—），男，陕西西安人，学士，讲师，现供职于陕西省电子工业学校，研究方向：数控机床维修。
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