数控车床刀架典型故障诊断与维修

江苏省常熟中等专业学校1项目七：数控车床刀架典型故障诊断与维修项目导读：数控车床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，缩短辅助时间，减少工件因多次安装引起的误差，都带有刀架系统。数控车床的刀架是机床的重要组成部分，用于安装和夹持刀具。它的结构和性能直接影响机床的切削性能和切削效率。电动刀架作为数控车床的重要配置,在机床运行工作中起着至关重要的作用,一旦出现故障很可能使工件报废,甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故,而且刀架故障在数控车床故障中占有很大的比例，常常包括电气方面、机械方面以及液压方面的问题。本项目通过对数控车床刀架的结构与工作原理的阐述，并以其在日常生产中遇到的常见故障为依据，剖析了生产中刀架出现的故障，并提出相应的维修方案。一．学习任务：任务一：典型刀架拆装及结构分析任务二：刀架PMC画面调用及功能分析任务三：刀架电气线路检测与工作原理分析任务四：刀架无法运转故障诊断与维修任务五：刀架旋转不停止故障诊断与维修任务六：刀架无法锁紧故障诊断与维修二．项目学习目标：知识目标掌握数控车床典型刀架机构工作原理以及刀架PMC控制原理，理解刀架电路控制过程及霍尔元件工作原理。技能目标能够熟练进行典型刀架机构拆装，读懂刀架PMC程序，能够熟练运用常用工具对霍尔元件以及刀架电路的进行检测，会对典型刀架故障进行诊断与排除。教学条件oiMateTD数控车床实训台，常用机械拆装工具，万用表，讨论桌。江苏省常熟中等专业学校2三．案例情境：一台济南第一机床厂CK6136数控车床，系统为FANUC0iMateTD,刀架为四工位转盘式刀架。故障现象为：运行换刀指令T0202，刀架无换刀动作，过了10秒后，系统界面跳出1004报警“Toolchangeovertime”。机床无法实现换刀，直接影响后道加工，给整套产品的生产进度造成了麻烦。刀架的故障位置在哪里？怎么样才能快速排除刀架故障?要及时快速排除数控机床的刀架故障，维修人员首先必须熟练掌握刀架的结构、工作原理和控制流程，针对故障现象作出准确的判断；其次要能够读懂机床使用企业提供的资料信息，包括参数、梯形图以及电气原理图等等；同时能够利用系统的状态显示功能监测刀架的运行状态，掌握常用检测仪器和工具的使用方法，结合刀架换刀机构动作状态确定故障点。江苏省常熟中等专业学校3四．项目训练：任务一典型刀架结构拆装及结构分析·知识链接1.典型刀架分类数控车床使用的是刀架是最简单的自动换刀装置，按照结构形式划分，可以分为：排刀式刀架、转盘式架、转塔式刀架等等。按照驱动形式划分，有液压驱动和电机驱动两种。各式刀架如图7-1-1所示。液压驱动刀架电动刀架排刀式刀架图7-1-1各式刀架目前，国内数控车床刀架以电动为主，分为转塔式和转盘式两种。转塔式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；转盘式刀架有八、十等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外转盘式刀架还有液压刀架和电机驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。2.刀架结构及各部件名称（表7-1-1）四工位转塔式电动刀架是当前主流的刀架之一，是经济型数控车床的首选，市场占有率相当高。因此，本单元就以温岭三和四工位电动刀架为研究对象，介绍刀架的结构和工作原理。三和LDB4系列电动刀架（如图7-1-2所示）采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的优点。转换时采用霍尔开关发信。该刀架包括电机、霍尔元件、蜗杆，蜗轮与丝杆套连接，丝杆套通过螺母与动齿盘联接，动齿盘与上、下齿盘相啮合，传动盘与固定在动齿盘上的传动销外圆相接触，动齿盘通过连接盘与四方刀台和永久磁铁相连。江苏省常熟中等专业学校4图7-1-2LDB4四工位电动刀架装配图表7-1-1刀架主要部件一览表图标名称实物1联轴器3调整垫4轴承盖江苏省常熟中等专业学校55闷头6下刀体7蜗轮8中轴9螺杆江苏省常熟中等专业学校610反靠盘11蜗杆12防护圈13上刀体14离合盘江苏省常熟中等专业学校715止退圈17罩座18铝盖22发信盘江苏省常熟中等专业学校824反靠销3.刀架换刀动作分析数控车床刀架从CNC系统接收换刀指令到驱动电机动作，当换刀指令发出后，刀架电机启动正转，通过平键套筒联轴器使蜗杆转动，从而带动蜗轮转动，蜗轮带动螺杆转动。刀架上刀体中安装有离合盘，内孔有内螺纹，与螺杆旋合。当涡轮开始旋转时，刀架下刀体固定不动，蜗轮转动使上刀体抬起，当抬至一定距离后，上、下齿盘脱开，刀架开始转动。当转到程序指定的刀号时，刀架电机反转，上刀体逐渐下落，反靠销在弹簧力的作用下进入下齿盘中进行粗定位，当上、下齿盘黏合时候实现精确定位。刀架机构的动作过程主要分为以下环节，如图7-1-3所示。图7-1-3刀架机械结构动作流程刀架电机带动蜗杆11转动蜗杆11带动蜗轮7旋转蜗轮通带动螺杆转动螺杆旋转带动上齿盘上升下降上齿盘上升到位刀架正转刀架信号到位上刀体停止转动蜗轮反转上刀体下降反靠销锁紧换刀动作完成江苏省常熟中等专业学校9·技能训练任务单序号任务内容具体要求1拆装四工位刀架顺利完成刀架各零部件拆装，各零部件外形保持良好；熟练掌握拆装工具使用方法。2观察刀架机构运行过程理解机械机构工作原理1.操作准备:刀架机构拆装过程中常用工具主要包括：内六角扳手、锤子、铜棒、螺丝刀等等。如图7-1-4所示。图7-1-4刀架拆装所需工具2.操作步骤——刀架拆卸(1)使用1字螺丝刀拆下闷头，如图7-1-5所示。江苏省常熟中等专业学校10图7-1-5拆卸闷头(2)使用螺丝刀拆下铝盖，如图7-1-6所示。图7-1-6拆卸铝盖(3)使用螺丝刀拆下护罩垫圈，如图7-1-7所示。取出塑料护罩。护罩内侧槽中带有磁钢，用于刀位信号检测，拆卸过程中注意磁钢脱落。江苏省常熟中等专业学校11图7-1-7拆卸护罩垫圈(4)拆除刀位信号线，松开发信盘螺母，使用尖嘴钳取出螺母，慢慢将发信盘从中轴上取出，如图7-1-8所示。图7-1-8取出发信盘(5)使用内六角扳拆卸止退圈，如图7-1-9所示。图7-1-9拆卸止退圈(6)将刀架下刀体翻转，使用十字螺丝刀拆卸中轴，待中轴取出后拆卸螺杆固定螺母，如图7-1-10所示。江苏省常熟中等专业学校12图7-1-10拆卸螺杆固定螺母（7）螺杆与蜗轮通过平键连接实现传动，使用橡皮锤、铜棒敲击螺杆端面，螺杆与蜗轮相脱离。此时刀架上刀体与下刀体实现分离，取出反靠销，如图7-1-11所示。图7-1-11刀架上刀体与下刀体分离（8）旋转螺杆，使其与上刀体分离。松开上齿盘螺钉，并使用记号笔在上齿盘与上刀体位置分别做好对应标记，以此作为下次安装的位置，如图7-1-12所示。图7-1-12拆卸旋转螺杆（9）使用铜棒敲击离合盘，将上齿盘和离合盘从上刀体取出，如图7-1-13所示。江苏省常熟中等专业学校13图7-1-13拆卸上齿盘和离合盘（10）将下刀体翻转，取出蜗轮。松开蜗杆轴承盖，使用铜棒轻轻敲击蜗杆端面，将蜗杆取出，如图7-1-14所示。图7-1-14取出蜗杆——刀架装配（1）装配时所有零件清洗干净，传动部件上润滑脂。（2）按拆卸反顺序装配。在刀架装配完成后，转动电动机，是否能轻松实现刀架抬起、刀架转位、刀架定位、刀架锁紧，若无法实现则未装配好，必须拆卸蜗轮丝杆、转位套、球头销、刀架体、定位销等重新装配。江苏省常熟中等专业学校14任务二刀架PMC画面调用及功能分析·知识链接如果要快速找到数控车床刀架故障所在，必须要准备理解数控系统及刀架PMC程序的逻辑控制关系。本任务以FANUC数控系统作为研究对象，结合亚龙YL-558型数控车床刀架PMC程序，重点介绍刀架PMC的控制原理以及刀架故障诊断方法。1.换刀过程分析编辑界面输入换刀指令,数控系统对刀号进行编译并存入系统内部地址F26~F29中，如图7-2-1所示。执行换刀指令，系统指令F7.3触发，当条件满足，刀架正转信号Y3.4导通。刀架正转过程中，刀位信号X3.0、X3.1、X3.2、X3.3状态随之发生变化，同时当前刀号与指令刀号进行比较，当两者一致时刀架正转信号Y3.4断开，并伴随触发刀架反转信号Y3.0导通，刀架反转。PMC程序中设定反转时间或者刀架到位检测信号，当时间到或检测信号接收到，刀架反转停止。换刀结束，发送换刀完成信号G4.3.具体流程如图7-2-2所示图7-2-1T功能单独指令时序图江苏省常熟中等专业学校15图7-2-2刀架换刀流程2.PMC画面的基本配置FANUC数控系统PMC画面可以分为PMC维修、PMC梯形图和PMC配置三个菜单模块。每个菜单模块又分很多子菜单，操作者需了解每个菜单功能才能快速进行系统调试与信号查询。PMC维修菜单：显示PMC信号状态的监控、跟踪、PMC数据显示/编辑等与PMC的维输入换刀指令(如T0303)数控系统对刀号进行编码存入系统地址F26~F29中指令刀=当前刀？刀架正转信号Y3.4触发到位信号X3.0、X3.1、X3.2、X3.3变化刀架正转指令刀=当前刀？否是否刀架正转停止开始反转是反转延时到或刀架到位检测信号到发送完成信号G4.3，换刀结束换刀时间预设时间？输出报警是否江苏省常熟中等专业学校16护相关的画面。如图7-2-3所示。图7-2-3PMC维修PMC梯形图:显示与梯形图的显示/编辑相关的画面。如图7-2-4所示。图7-2-4PMC梯形图PMC配置：显示构成顺序程序的梯形图以外的数据的显示/编辑、PMC功能的设定画面。如图7-2-5所示。图7-2-5PMC配置PMCCNF用于在线监控的参数设定画面标头设定PMC状态SYS参数模块符号信息在线标头显示/编辑画面PMC功能设定画面PMC状态画面系统参数显示/编辑画面I/O模块显示/编辑画面符号、注释显示/编辑画面信息显示/编辑画面PMC配置辅助菜单＜PMC配置江苏省常熟中等专业学校173.刀架PMC相关功能指令分析PMC程序中调用功能指令有利于简化程序，实现系统内部的逻辑处理。要能读懂刀架PMC程序，功能指令的理解至关重要。（1）逻辑乘数据传送：SUB8/MOVE，如图7-2-6所示。功能：将逻辑乘数与输入数据进行逻辑乘，将结果输出至指定地址。图7-2-6逻辑乘数据传送：SUB8/MOVE控制条件ACT=1：执行命令控制参数逻辑乘数据：逻辑乘输入数据地址：进行逻辑乘操作的数据输出地址：指定输入数据进行逻辑乘运算之后的结果输出地址使用范例图7-2-7逻辑乘数据传送MOVE功能指令应用语句分析：控制条件R119.0为1时，执行MOVE指令，输入数据R120与00001111进行逻辑乘，结果输出至K0009中。如图7-2-7所示。江苏省常熟中等专业学校18（2）一致性判断：SUB16/COIN，如图7-2-8所示。功能：检查输入值和比较值是否一致，如果一致输出信号。（该功能仅适用于BCD码）图7-2-8一致性判断：SUB16/COIN控制条件BYT=0：输入和比较数据均为BCD两位数据。BYT=1：输入和比较数据均为BCD四位数据。ACT=1：执行指令。控制参数输入数据格式指定=0：输入数据用常数来指定。=1：输入数据用地址来指定。输入数据：比较用的基准数据，格式取决于上述的指定。比较数据地址：指定用于存放比较数据的地址。输出W1=0：输入数据≠比较数据W1=1：输入数据＝比较数据使用范例图7-2-9一致性检测COIN功能指令应用语句分析:控制条件R119.0为1，执行COIN指令，R0.0为0时，处理数据为BCD两位，R0.0为1时，处理数据为BCD四位。001表示数据形式为地址。输入数据k009与数据F26进行比较，数据一致时，R130.0为1.如图7-2-9所示。江苏省常熟中等专业学校193.可变定时器：SUB3/TMR，如图7-2-10所示。功能：延时导通，机床操作人员可以不进入PMC程序，通过修改PMC参数来实现定时时间的修改。图7-2-10可变定时器：SUB3/TMR控制条件ACT=0：定时器输