數(shù)控車床刀架發(fā)信盤的故障診斷與維修

1、數(shù)控車床刀架發(fā)信盤的故障診 斷與維修數(shù)控車床刀架發(fā)信盤的故障診斷與維修秦皇島職業(yè)技術學院陳仕華段文艷摘要：刀架作為數(shù)控車床的重要配置，在機床 運行工作中起著至關重要的作用，一旦出現(xiàn)故障很 可能造成工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事 故。本文針對數(shù)控車床電動刀架最易出現(xiàn)故障的發(fā) 信盤入手，分析其內部結構以找出解決故障的最佳 方法，以提高維修效率和降低維修成本。關鍵詞：電動刀架發(fā)信盤霍爾器件一、引言隨著數(shù)控技術的提高，數(shù)控機床逐漸成為機械加工企業(yè)的“常規(guī)”設備。其成功 地解決了某些形狀復雜，一致性要求高的中、小批零件的自動化問題，這不僅大大提 高了生產(chǎn)效率和加工精度，還減輕了工人的勞動強度，縮短

2、了生產(chǎn)準備周期。但是， 在數(shù)控機床使用過程中，難免會出現(xiàn)各種故障，所以故障的維修就成了數(shù)控機床使用 者最關鍵的問題。由于維修數(shù)控機床結構和控制電路比較復雜，通常都是由設備生產(chǎn) 廠家（或代理服務公司）提供維修服務，這樣就有可能不能及時修復從而影響生產(chǎn)的 正常進行，并且也會增加不必要的設備維修成本。掌握一些數(shù)控設備維修技術可以快 速判斷故障所在，縮短維修時間，以降低維修成本。在日常故障中，我們經(jīng)常遇見的是刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統(tǒng)顯示類、 驅動類、通信類等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。、數(shù)控車床電動刀架故障分析電動刀架作為數(shù)控車床的重要配置，在機床運行工作中起著至關重要的作用，一 旦出

3、現(xiàn)故障很可能造成工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故。在數(shù)控機床的故 障維修中，電氣控制部分線路復雜，故障現(xiàn)象多變，有些故障現(xiàn)象不太明顯，查找難 度比較大，而機械部分與普通機床比較類似，故障相對容易排除。電動刀架一般有四工位或六工位，由電動機、機械換刀機構、發(fā)信盤等組成，當 系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，刀架電機正轉，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉到所選擇刀位，發(fā)信盤發(fā)出刀位到位信號，刀架 電機反轉，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構 鎖緊刀架。刀架出現(xiàn)故障時就會出現(xiàn)下屬現(xiàn)象：1、刀架不換刀對于這種故障，首先判斷是刀架內部機械問題

4、還是刀架電機故障，換刀時，用手 觸摸電機，看有無振動及測量電機電壓來判斷是否為電機故障。如電機正常，那么就 機械問題，一般都為刀架內部機械卡死，把刀架拆下洗干凈重新裝上即可。有時候也 可能是內部機械損壞。2、刀架鎖不緊這種故障有可能是機床參數(shù)中的刀架反鎖時間設置的太短，也有可能是刀架內部 鎖刀螺母太松以及發(fā)信盤的霍爾元件位置與磁鋼沒對準。3、找不到刀位勺刀表現(xiàn)為刀架不停的轉。這種問題可能存在于刀架發(fā)信盤出現(xiàn)問題；CNC系統(tǒng)的位信號接收電路的問題；通信線路故障的問題等。4、找不到某一號刀表現(xiàn)為找不到某一號刀，而其他刀位可以正常換，這種問題有可能是刀架發(fā)信盤 霍爾元件產(chǎn)生偏移或這一號刀霍爾元件損壞

5、，或該刀位的信號線斷路。前兩種故障通常是有機械原因導致的比較容易判斷和維修，而后兩種故障是電氣 原因導致的。在實際生產(chǎn)過程中，由于刀架發(fā)信盤的原因導致數(shù)控車床刀架故障的情況較多， 下面著重分析刀架發(fā)信盤的工作原理和診斷、維修。、電動刀架發(fā)信盤的工作原理電動刀架發(fā)信盤是固定在刀架內部中心固定軸上由尼龍材料作為封裝的圓盤部 件。發(fā)信盤的內部根據(jù)刀架工位數(shù)設有四個或六個霍爾元件，并與固定在刀架上的磁 鋼共同作用來檢測刀具的位置，如圖 1所示。四工位U圖1四工位電動刀架發(fā)信盤在電動刀架的位置1、發(fā)信盤內部結構和工作原理四工位發(fā)信盤共有六個接線端子，兩個端子直流電源端，其余四個端子按順序分 別接四個刀位

6、所對應的霍爾元件的控制端，根據(jù)霍爾傳感器的輸出信號來識別和感知 刀具的位置狀態(tài)。當程序指令刀架更換 2號刀具時，刀架電機驅動刀架旋轉，當在刀 架上的磁鋼到達發(fā)信盤的 2號位置時，霍爾元件感測到一定的磁感應強度就會發(fā)出開 關信號給CNC系統(tǒng)刀架位置控制接口，確定刀具已到達確定位置并鎖住刀架。電路原 理如圖2所示。有原理圖可知，發(fā)信盤的主要器件構成是霍爾器件。12343020302030203020I1R1 、 - + 123231 231 23電源廠一；接口-V1 1111 1系統(tǒng)刀架位置控制接口電動刀架發(fā)信盤電路原理圖(圖中 1、2、3、為霍爾器件)2、霍爾器件結構和檢測刀架發(fā)信盤內部核心元件

7、是霍爾器件(Hall-effect devices )，它是由電壓調整器,302010輸岀，地霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級集成的磁敏傳感 電路，其輸入為磁感應強度，輸出是一個數(shù)字電壓信號。它是一種單磁極工作的磁敏 電路，適合于矩形或者柱形磁體下工作。在數(shù)控車床的電動刀架的發(fā)信盤通常采用 型霍爾開關器件，其采用TO-92T封裝，標識面為磁極工作面，三個引腳由左到右為 電源、2地和3輸出。圖3所示為霍爾器件內部功能框圖圖3霍爾器件內部功能框圖霍爾開關器件具有電源電壓范圍較寬 (4.5V24V DC )，開關速度快沒有瞬間抖動， 工作頻率寬(DC100KHz )，能直

8、接和晶體管及TTL、MOS等邏輯電路接口，對環(huán)境 要求不苛刻等優(yōu)點。檢測霍爾開關器件時，將器件的1、2引腳分別接到直流穩(wěn)壓電源(可選 20V)的 正負極，指針式萬用表在電阻檔(X 10) 上，黑表筆接3引腳，紅表筆接2引腳，此時萬用表的指針沒有明顯偏轉，當用一磁鐵貼近霍爾器件標志面時，指針有明顯的偏 轉（若無偏轉可將磁鐵調換一面再試），磁鐵離開指針又恢復原來位置，表明該器件完 好，否則該器件已壞。四、刀架發(fā)信盤的故障維修當數(shù)控車床電動刀架出現(xiàn)不停地轉時，首先排除程序錯誤，再觀察刀架上的磁鋼 位置是否正確，然后檢查通往發(fā)信盤的電源和通信線路是否正常以排除刀架控制線路 故障。若上述基本檢查沒發(fā)現(xiàn)問

9、題時，那就用替換法更換好的發(fā)信盤看是否能恢復正 常，這樣就可以很快確定故障范圍當電動刀架找不到某一刀位時，先檢查與該刀位相對應的通信線路是否正常，然 后采用換接線法，即將故障刀位的接線連到正常刀位的接線柱上進行測試以判斷是線 路問題還是發(fā)信盤的問題發(fā)信盤出現(xiàn)故障的概率較高，雖然其拆裝并不復雜，但其配件在有些地區(qū)并不方便購買，并且配件價格相對較高，由于發(fā)信盤的內部結構并不復雜，如圖4所示電路原理見圖2,因此根據(jù)發(fā)信盤的故障情況可以自行維修，維修難度并不高，關鍵問 題是找出發(fā)信盤中的故障點和如何更換元件。1接線柱1發(fā)信盤外殼電源2接線柱電阻 R、I I-24接線柱V、 穩(wěn)壓管-、地 3接線柱31,

10、 2，3, 4為霍爾器件圖4發(fā)信盤內部器件結構24V的直流穩(wěn)壓”），黑表筆首先，確定發(fā)信盤是短路故障還是短路故障，將發(fā)信盤接入小于 電流源，用指針式萬用表的電阻檔用紅表筆接發(fā)信盤的負極（標志位 接發(fā)信盤的四個霍爾器件輸出接線柱上的任意一個點，將磁鐵貼近該霍爾傳感器外側 觀察指針偏轉情況（注意磁鐵的極性），若哪個不偏轉就可判斷該霍爾器件斷路損壞， 若測四個位置都不偏轉可能是短路故障或者是電路中電阻、穩(wěn)壓二極管出現(xiàn)故障。對 于斷路故障只要更換霍爾器件就可以了；對于發(fā)信盤短路故障可以檢查電阻和穩(wěn)壓二 極管是否損壞以確定是否有維修價值。確定故障后，將發(fā)信盤的上圭寸蓋揭開，用小臺鉆（或手鉆，鉆頭直徑可選

11、2.53mm） 小心地把故障點上的密封樹脂鉆銑掉（注意不要損壞器件引腳）。用偏口鉗將損壞的霍 爾器件的實體部分剪碎（注意不要剪斷器件的引腳），并將引腳理直，將新霍爾器件的 引腳，比照發(fā)信盤上留下的引腳成型為 U形（注意霍爾器件的標志方向），如圖5所示, 確定好位置后分別將對應引腳焊好，再按上述檢測方法檢測正常后，剪去多余引腳用熱熔膠回復密封，并蓋好上封蓋，發(fā)信盤維修完畢。其它故障可參照此法，關鍵是不 要剪斷壞元件的引腳就可以了。焊接處保留原壞器件的引腳發(fā)信盤外側圖5引腳焊接示意圖五、結束語在實際維修過程中，修復的發(fā)信盤能夠可靠的正常工作，由此可知對數(shù)控設備來說，有些易損部件在了解其功能和結構的前提下可以完全修復，由于3020霍爾元件應用較廣泛一般電子商店就可購得，價格低廉，并且維修過程并不復雜，所以修復成本 和周期比購買配件有很多優(yōu)越性。參考文獻1 周宏甫數(shù)控技術M.廣州：華南理工大學出版社，2005.2 馬西秦.自動檢測技術.北京：機械工業(yè)出版社，2007.作者簡介:陳仕華 男1964年8月出生于天津寧河縣，河北秦皇島職業(yè)技術學院機電工程系電子電氣實訓室主任，從事機械加工實踐