13换刀异常故障诊断与维修精Word文档格式.docx

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用百分表靠紧刀架，人为的扳动刀架，百分表指针浮动不应超出0.01mm。

4．1．2刀架接口与控制

1．GSK980TD数控系统通过XS40接口与刀架控制信号连接，接口定义如图4－2所示。

图4－2XS40机床输入接口

2．换刀控制相关信号

T01～T04：

1～4号刀刀位信号，机床→CNC；

T05～T08：

5～8号刀刀位信号，机床→CNC，标准PLC程序定义的T05～T08信号接口为复用接口，T05与SPEN信号共用同一接口，T07与M41I、WQPJ信号共用同一接口，T08与M42I、NQPJ信号共用同一接口；

复用接口同时只能一个功能有效；

TCP：

刀架锁紧信号，标准PLC程序定义的TCP信号接口为复用接口，TCP与PRES（压力检测信号）信号共用同一接口；

TL+、TL-：

刀架正转、反转信号。

3．换刀方式

换刀的控制时序、控制逻辑由PLC程序定义。

标准PLC程序定义了四种换刀方式，具体如下：

（1）换刀方式A

在手动、MDI或自动方式下，执行换刀，CNC输出刀架正转信号（TL+），并开始检测刀位信号，在检测到刀位信号后关闭刀架正转信号（TL+），并开始检测刀位信号是否有跳变，若有跳变则输出刀架反转信号（TL-），刀架反转信号（TL-）输出后开始检测锁紧信号TCP，当接收到此信号后，延迟数据参数№085设置的时间，关闭刀架反转信号（TL-），换刀结束。

（2）换刀方式A（带到位检测）

换刀过程基本同换刀方式A，仅增加了刀位确认这一环节，CNC停止输出刀架反转信号的瞬间检测确认刀位信号（即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致），若一致，换刀过程完成，若不一致，CNC出现“换刀未完成”报警。

（3）换刀方式B

1）执行换刀操作后，系统输出刀架正转信号TL＋并开始检测刀具到位信号，检测到刀具到位信号后，关闭TL＋输出，延迟数据参数№082设定的时间后输出刀架反转信号TL-。

然后检查锁紧信号TCP，当接收到此信号后，延迟数据参数№085设置的时间，关闭刀架反转信号（TL-），换刀结束；

2）当系统输出刀架反转信号后，在数据参数№083设定的时间内，如果系统没有接收到TCP信号，系统将产生报警并关闭刀架反转信号；

3）若刀架无刀架锁紧信号，可把状态参数№011的Bit0（TCPS）设定为0，此时刀架锁紧信号一直有效（一直与+24V断开）。

（4）换刀方式B（带到位检测）

换刀过程基本和换刀方式B相同，仅增加了刀位确认这一环节：

CNC停止输出刀架反转信号TL-的瞬间检测确认刀位信号（即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致），若一致，换刀过程完成，若不一致，CNC出现“换刀未完成”报警。

4．刀架调试

广州GSK980TD数控系统可支持各种刀架，具体参数设定由机床的说明书为准；

如该刀架是4～8工位电动刀架，刀位信号直接输入，正向旋转选刀，反向旋转锁紧。

首次上电进行换刀时，如果刀架不转动，可能是由于刀架电机的三相电源的相序连接不正确，此时应立即按复位键，切断电源并检查接线，如为三相电源的相序连接不正确造成，可调换三相电源中的任意两相。

刀架到位信号高/低电平选择由状态参数№011的Bit1位（TSGN）设置，诊断信息NO.005的Bit7（TL-）和Bit6（TL+）检查刀架的正/反转输出信号是否有效，诊断信息NO.000的BIT0～BIT3位（T01～T04）检查T01～T04刀位信号是否有效。

4．1．3数控系统刀架参数

1．刀架控制信号参数

011

BDEC

BD8

ZNIK

TSGN

Bit7＝1：

反向间隙补偿方式B，补偿数据以升降速方式输出，设置频率无效；

＝0：

反向间隙补偿方式A，以设置频率（状态参数No.010设置）或设置频率的1/8输出。

Bit6＝1：

反向间隙补偿以设置频率的1/8进行补偿；

＝0：

反向间隙补偿以设置频率进行补偿。

Bit2＝1：

执行回零操作时方向键自锁，按一次方向键回零继续直至结束；

执行回零操作时方向键不自锁，必须一直按住方向键。

Bit1＝1：

刀位信号低电平（与+24V断开）有效；

刀位信号低电平（与+24V接通）有效。

182

PB6

PB5

换刀结束时检查刀位信号；

换刀结束时不检查刀位信号。

Bit0＝1：

换刀方式A；

换刀方式B。

2．刀架时间参数

076

T1MAXT

换刀时，移动一刀位所需的时间上限；

设定范围：

100~5000（单位；

毫秒）

078

TLMAXT

换刀时，移动最多刀位的时间上限；

1000~60000（单位；

082

T1TIME

换刀T1时间：

刀架正转停止到刀架反转锁紧开始的延迟时间；

0~4000（单位：

083

TCPWRN

T2：

未接收到刀架锁紧﹡TCP信号的报警时间；

084

TMAX

总刀位数选择；

1~32

085

TCPTIME

刀架反转锁紧时间；

0~40000（单位：

3．刀架诊断参数

000

TCP

DIQP

XDEC

BDT

T04

T03

T02

T01

脚号

XS39.12

XS39.11

XS40.1

XS40.2

XS40.3

XS40.4

XS40.5

XS40.6

刀架锁紧信号/压力低检测信号（机床→PLC）

DIQP：

卡盘控制信号（机床→PLC）

XDEC：

X轴回参考点减速信号（机床→CNC）

BDT：

程序选跳信号（机床→PLC）

T04：

刀位信T03：

刀位信号T3（机床→PLC）

T03：

T02：

刀位信号T2（机床→PLC）

T01：

刀位信号T1（机床→PLC）

005

TL-

TL+

DOQPS

DOTWS

S04

S03

S02

S01

XS40.13

XS40.12

XS39.10

XS39.9

XS39.8

XS39.14

XS39.1

XS39.5

TL+：

刀架反转信号（PLC→机床）

TL-：

刀架正转信号（PLC→机床）

DOQPS：

卡盘松开信号（PLC→机床）

DOTWS：

尾座退信号（PLC→机床）

S04：

主轴转速开关量控制信号S04（PLC→机床）

S03：

主轴转速开关量控制信号S03（PLC→机床）

S02：

主轴转速开关量控制信号S02（PLC→机床）

S01：

主轴转速开关量控制信号S01（PLC→机床）

4．2刀架的具体控制电路

1．刀架控制主电路

刀架控制主电路如图4－3所示，刀架电动机的三相电源通过开关QF3接入，由接触器KM3和KM4分别控制刀架电动机的正反转，从而实现电动刀架的换刀与锁紧：

图4－3刀架控制主电路

2．刀架的控制电路

刀架的控制电路如图4－4和4－5所示：

图4－4数控系统上电控制图

图4－5数控机床刀架控制电路

3．数控刀架工作原理分析：

（1）刀位检测部分

刀位检测电路是由霍尔元件、上拉电阻和相关的辅助电路、刀架定位感应磁铁等组成。

系统XS40接口23脚输出24V电压通过R1、R2、R3、R4上拉电阻接到XS40接口的第6、5、4、3脚，作为1、2、3、4号刀位的检测电平，当系统上电工作时刀架上的磁铁对应着相应的刀号检测霍尔元件，相应的霍尔元件导通，把相应的检测端口电平拉低。

（2）换刀过程

数控系统解析程序如果有换刀指令则向PLC发出换刀指令，PLC接受到换刀指令后检测XS40接口的刀位信号，如果当前刀位是系统所需的刀位，则PLC把信号反馈给系统显示当前刀位，系统不再发出换刀指令执行下一段程序。

如果当前刀位不是系统所需的刀位则向PLC作出换刀指令，XS40接口的12脚为低电平，继电器KA3吸合交流接触器KM3吸合，刀架电机带动刀架正转换刀，当刀架转动时到达相应的刀位时相应的霍尔元件为低电平，PLC检测到相应的刀位电平的变化把信号发给系统，系统发出停止换刀命令，XS40接口第12脚为高电平KA3断电、KM3断电刀架停止换刀，接着系统发出刀架反夹紧转命令，XS40接口的第13脚为低电平，继电器KA4吸合交流接触器KM4吸合，刀架电机反转到达系统参数设定的时间后，SX40接口13脚为高电平，KA4断电、KM4断电，换刀结束。

4．3数控车床刀架常见故障维修实例

4.3.1典型故障分析

例1故障现象：

电动刀架锁不紧

故障分析与处理：

（1）发信盘位置没对正:

拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。

（2）系统反锁时间不够:

调整系统反锁时间数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。

（3）锁紧机构故障:

拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断.

例2故障现象：

电动刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动

（1）此位刀的霍尔元件损坏:

确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入转动该刀位，用万用表量该刀位触点对+24V触点是否有变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件

（2）此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号:

检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可

（3）系统的刀位信号接收电路有问题:

当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板

例3故障现象：

刀架连续运转、到位不停

由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查：

检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。

可检查：

发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。

此时需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。

4.3.2其它故障分析

1．电动刀架的每个刀位都转不停

电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理如表4－1所示：

表4－1电动刀架的每个刀位都转不停故障分析与处理

故障原因

处理方法

系统无+24V、COM输出

用万用表测量系统出线端，看这两端输出电压是否正常存在，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或送厂维修

系统有+24V、COM输出，但与刀架发信盘连接断路；

或是+24V对COM地短路

用万用表检查刀架上的+24V、COM地与系统的接线是否存在断路；

检查+24V是否对COM地短路，将+24V电压降低

系统有+24、COM输出，连接正常，发信盘的发信电路板上+24V和COM接地回路有断路

发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断路，用焊锡或导线重新连接

刀位上+24v电压低偏，电路上的上拉电阻开路

用万用表测量每个刀位上的电压是否正常，如果偏低，检查上拉电阻，若是开路，则更换1/4W2KΩ上拉电阻

系统反转控制信号TL-无输出

用万用表测量系统出线端，看这一端的输出电压是否正常或存在，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或关厂维修

系统有反转信号TL-输出，但与刀架电机之间的回路存在问题

检查各中间连线是否存在断路，检查各触点是否接触不良，检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏

刀位电平信号参数未设置好

检查系统参数刀位高电平检测参数是否正常，修改参数

霍尔元件损坏

在对刀位无断路的情况下，若所对的刀位线有低电平输出，则霍尔元件无损坏，否则需要更换刀架发信盘或其上的霍尔元件。

一般四个霍尔元件同时损坏的机率很小

磁块故障，磁块无磁性或磁性不强

更换磁块或增强磁性。

若磁块在刀架抬起时位置太高，则需调整磁块的位置，使磁块对正霍尔元件

2．电动刀架不转

电动刀架不转故障分析与处理如表4－2所示：

表4－2电动刀架不转故障分析与处理

刀架电机三相反相或缺相

将刀架电机线中两条互调或检查外部供电

系统的正转控制信号TL+无输出

用万用表测量系统出线端，量度+24V和TL+两触点，同时手动换刀，看这两点的输出电压是否有+24V，若电压不存在，则为系统故障，需送厂维修或更换相关IC元器件

系统的正转控制信号TL-输出正常，但控制信号这一回路存在断路或元件损坏

检查正转控制信号线是否断路，检查这一回路各触点接触是否良好；

检查直流继电器或交流接触器是否损坏

刀架电机无电源供给

检查刀架电机电源供给回路是否存在断路，各触点是否接触良好，强电电气元件是否有损坏；

检查熔断器是否熔断

上拉电阻未接入

将刀位输入信号接上2kΩ上拉电阻，若不接此电阻，刀架似乎表现为不转，实际上的动作为先进行正转后立即反转，使刀架看似不动

机械卡死

手摇使刀架转动，通过松紧程度判断是否卡死，若是，则需拆开刀架，调整机械，加入润滑液

反锁时间过长造成的机械卡死

在机械上放松刀架，然后通过系统参数调节刀架反转时间

刀架电机损坏

拆开好架电机，转动刀架，看电机是否转动，若不转动，再确定线路没问题时，更换刀架电机

刀架电机进水造成电机短路

烘干电机，加装防护，做好绝缘措施

3．刀架锁不紧

刀架锁不紧故障分析与处理如表4－3所示：

表4－3刀架锁不紧故障分析与处理

发信盘位置没对正

拆开刀架盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁块，使刀位停在准确位置

系统反锁时间不够长

调整系统反锁时间参数

机械锁紧机构故障

拆开刀架，调整锁紧机构，检查定位销是否折断

4．刀架某一位刀转不停

刀架某一位刀转不停故障分析与处理如表4－4所示：

表4－4刀架某一位刀转不停故障分析与处理

此刀位的霍尔元件损坏

确认是哪个刀位使刀架转动不停，在系统上转动该位刀，用万用表测量该刀位信号触点对+24V触点是否有电压变化，若无变化，则可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件

此刀位信号线断路，造成系统无法检测到刀位的到位信号

检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路

系统的刀位信号接收电路有问题

在确定该刀霍尔元件没问题，以及该刀位与系统信号连线也没有问题的情况下更换主板

5．输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动

输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理如表4－5所示：

表4－5输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动故障分析与处理

霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架的到位信号，然后马上反转刀架

检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置，调整发信盘位置，使霍尔元件对正磁块

手动换刀键失灵

更换手动换刀键

6．刀架有时转不动

刀架有时转不动故障分析与处理如表4－6所示：

表4－6刀架有时转不动故障分析与处理

刀架的控制信号受干扰

系统可靠接地，特别注意变频器的接地，接入抗干扰电容

刀架内部机械故障，造成有时会卡死

维修刀架，调整机械

练习与思考题

1．叙述数控车床刀架的工作原理。

2．画出XS40接口与刀架控制信号连接图，说出与刀架控制相关的引脚。

3．GSK980TD数控系统的刀架主要控制参数有哪些？

如何设置？

4．图4－5中的上拉电阻有什么作用？

5．某GSK980TD数控车床安装立式四方电动刀架，如果将数控系统的84号参数设置为6，车床换刀时有什么现象，为什么？

6．举例说明刀架诊断参数在数控刀架故障诊断与维修中的作用。