转塔刀架故障分析与诊断

转塔刀架故障分析与诊断

【摘要】转塔刀架有不同种类、不同结构、不同控制方式。本文简要介绍不同刀架运行过程中的几则实列，从刀架工作原理分析故障产生的原因，诊断问题的解决方法。故障原因有刀架自身的因素，也有应用过程中的因素，论述具有一定的代表性。

【关键词】数控；转塔刀架；原理分析；故障诊断

一、引言

转塔刀架是数控车床的核心部件，换刀过程的好坏关系到机床加工和运行的可靠性，直接影响到数控车床的使用效率。就目前而言，转塔刀架种类繁多，更新快，从早期的液压、霍尔元件控制，发展到至今的编码器电动控制、伺服控制。控制方式虽然存在差异，但工作过程大致相同，基本控制原理为：数控系统发出选刀指令→PLC逻辑分析处理→刀架松开→刀位抬起转位选刀指令与目标刀位比较→符合到位应答→反转定位锁紧→换刀完成。

二、故障的原理分析与诊断

数控车床采用SIEMENS或FANUC数控系统；配置（4-8）工位德国SAUTER、意大利DUPLOMATIC或沈阳SLD170A04N转塔刀架。

1.某一刀位不到位

在刀架运转过程中，4工位刀架有3个刀位换刀正常，只有其中一个刀位不能正常换刀，表现为刀架在此刀位不能到位。

沈阳数控转塔刀架采用霍尔元件控制，霍尔元件信号采集范围宽是导致此故障的主要原因，在刀架换刀过程中数控系统发出选刀指令，PLC逻辑分析刀架锁紧信号松开，此时刀架可以运转，当刀位接近所选刀位之时锁紧信号先接通，锁紧信号接通即可切断刀架运转指令，就会导致某一刀位不到位现象出现。此情况只需将转塔刀架刀盖打开，将刀架霍尔元件电气信号电路板松开轻轻移动少许位置，让刀位信号在锁紧信号之前检测即可解决此问题。

2.刀架无动作

刀架无论是手动/自动状态均无动作，故障一般发生在电气或机械部分，是刀架较容易处理的故障现象之一。遇到这种情况，首先检查刀架电机及电机电源线有没有问题，由于到位锁紧开关与PLC存在互锁的逻辑关系，此时也需要检查锁紧开关的输出状态是否正常。

确认电气部分无误后，仍不能排除，此时可考虑机械部分原因。按使用说明

书操作步骤拆开端盖试转刀盘，如果转不动那将是机械部位卡住了，找出问题原因调整也就好了。

3.刀架旋转不停

刀架无论是在手动/自动换刀过程中均旋转不停，故障一般为电气故障。拿德国SAUTER刀架来说，在刀架旋转过程中牵扯预分度信号、锁紧信号，在刀架开始运转时预分度电磁铁接通激活预分度信号为1，正转检测到刀位信号后，制动电磁铁置位，预分度电磁铁和信号为0，此时反转插定位销，而在刀架运转过程中如果PLC程序无误，电磁铁所用直流24V电流如果缺失，则会导致刀架旋转不停。

4.目标刀位位置检测故障

选刀指令与目标刀位不一致产生的位置检测故障，是数控刀架常见的一种故障，其现象表现为：转塔刀架一直旋转不停且不到位或换刀后不能再次换刀。

刀架的每个工位都有相关的到位检测信号，通过选刀指令与之通讯比较，如果NC或PLC没有检测到信号或接收错误的检测信号，换刀过程将失败。图一是一台典型的数控车床转塔刀架接口控制原理图，当数控系统NC发出选刀指令时，经PLC逻辑转换与编码器S1目标刀位比较，符合后编码器时序控制位Strobe （bit5）发出刀架定位启动信号，见时序控制信号波形。编码器采用二进制码，NO.1-4为目标刀位输出、parity位6为同位检测，负责刀架定位完成时刀位检查，同时检测奇偶信号位，有双重确认功能。表一为1-8工位真值表。通过以上原理分析看出，影响位置检测故障，常有以下几种因素：①控制系统信号传递故障。此时NC系统常有故障报警提示，可对照制造厂家产品设计说明自定义报警或数控系统诊断手册提示，也可以通过PLC输出状态指示判断故障部位，检查各接口连接是否良好、触点是否有松动，信号线有没有断线。②编码器信号输出状态是否正常、连接有没有松动、窜位。此情况需要更换或重新调整编码器。

5.定位检测故障

数控转塔刀架选刀结束后，刀架电机反转经定位检测锁紧，换刀完成。图二为刀架定位检测工作原理图。图中Y1为定位电磁铁，S2为接近开关。工作过程：当strobe（bit5）见图一发出定位启动信号时，经PLC逻辑控制，定位电磁铁Y1得电，定位销被推入定位孔中，接近开关S2信号为0，指示灯熄灭，同时给PLC 发出定位检测到达信号。反之信号为1，指示灯亮，PLC处于等待状态(此时系统会认为定位销一直没有打入定位孔，电机不会反转)。定位检测故障往往会照成刀盘转到刀位后，刀架无法锁紧。此时也可以检查接近开关S2输出状态是否正常，感应距离是否合适（一般在0.3

-0.5mm之间），表面是否附着污物（接近开关无反馈信号，无论定位销打入定位孔与否，系统都因捕捉不到信号而认为定位销一直在定位孔内，从而使电机处于静止或原位振动状态）、电磁铁是否得电、编码器strobe输出状态是否正常、

以及定位销是否有质量问题，如：弯曲或顶不到位，以及弹簧弹性等机械方面故障原因。

6.刀架与工件碰撞引起的机械故障

刀架在运转过程中，由于意外因素与工件碰撞，会使刀盘轻微转位，刀尖与工件轴心偏离，定位销因变形不能顺畅弹出。此时，由于扭矩的作用力，当选刀指令发出后，刀位会有微动，常伴有“嗡嗡”声响。此时刀架电机处于赌转状态，保护开关跳闸等情况发生。遇到上述情况，需要拆下定位销后面的电磁铁（图二所示），摘除定位销上面的弹簧，检查或更换定位销，同时对刀盘重新进行调整。许多应用厂家由于对刀架的机械结构和工作原理缺乏了解，对该故障的处理显示出束手无策。

7.伺服控制器故障

意大利DUPLOMATIC四工位转塔刀架，伺服电机驱动，齿轮降速，配有独立伺服控制系统。特点是转位速度快、稳定性能好、效率高，但系统控制器较为复杂，故障的诊断需要具备一定的基础知识和专业应用能力。

(1)故障现象：刀架旋转不到位，有过位现象(大约15°角)，数控系统显示用户自定义报警70002刀架要求回原点。按下刀架回零键，报警未消除，系统有显示70005、70006过压、过流报警，刀架无法正常运行。

(2)检测

1）刀架到位检测信号：锁紧、原点位均有+24V输出，检测正常。

2）编码器、PLC信号→刀架伺服控制系统确认连接正常。

3）伺服电机检测：U、V、W绕组值为4-5Ω(正常值)。

4）+24V电源正常。

5）调用PLC程序观察逻辑状态，做辅助诊断分析。报警自定义指定状态位：70002（I10.2）、70005（I10.5）、70006（I10.6）均有报警输出。

6）供电监测不同时段供电监测表明，电压在396-416V之间，负载工况对电网电压波动影响较大。

7）借助转塔刀架系统软件SWM

265F100，通过计算机与伺服控制器通讯检测诊断。

①用笔记本电脑装载SWM265F100软件程序，指定端口地址并通过BUF