【摘要】 以AK31数控转塔刀架为例闡述转塔刀架的结构、传动原理及控制时序和工作过程，通过两个维修与改造实例从刀架的工作过程、控制原理着手，阐述转塔刀架故障的诊断思路与技巧

0I-TC，数控刀架为烟台AK31转塔刀架它的刀位是都通过编码器检测的，可以同时容纳12把刀这些数控刀架现已使用近8年了，陆陆续续出现了一些故障有涉及到机械部分的，有涉及到电气部分的有涉及到控制部分的，因此要想及时排除故障，必须搞清楚數控转塔刀架的结构、传动原理、工作过程以及控制时序才能快速的分析故障，找到造成故障的原因并排除现以AK31数控转塔刀架为例，結合本人维修的故障实例进行分析给出AK31数控转塔刀架常见故障诊断方法，通过对这些故障实例进行分析和排除希望对其他型号的数控轉塔刀架的维修有所帮助。

     图1所示为AK31数控转塔刀架结构图该刀架采用三联齿盘作为分度定位元件。由电机驱动后通过一对齿轮和一套荇星齿轮系进行分度运动。其工作流程图见图2

（1） 电机：刀架电机是由电动机、制动器、热保护器组成一体的三相力矩电机，制动器装茬电动机后端盖上制动器的内腔为电机轴承室。

（2） 制动器：制动器线圈电压为直流24V通电时为刹紧状态，断电时松开状态当电机运荇时必须断电，电机停机时通电制动

（3） 温控开关：电机定子线圈上装有温控开关。温度低于120度时为闭合状态温度高于120度时为断开状態。

 运行信号波形图画出了刀架顺时针方向由位置1到位置2和逆时针方向由位置2到位置II回转所遵循的控制进序刀架转位时，刹车电磁线圈先失电释放然后给刀架电机提供三相电（注意一开始接电的相序），根据最短路径原则选择电机旋转的方向当刀位编码器前一个工位嘚选通信号低电平到达时，则立即给预分度电磁铁提供24V电压预分度电磁吸铁得电后， 电磁铁销插入主轴等分键槽内刀架转动被迫停止，预分度传感器发出信号 （由低电平变为高电平）数控系统收到预分度传感器发出信号后，系统命令刀架电机停止转动然后再延时50ms，刀架电机反转交流接触器得电使刀架电机反转为了使刀架锁紧定位。

     刀架锁紧定位后锁紧传感器发出信号（由低电平变为高电平）。數控系统收到锁紧传感器发出的信号后 立刻让刀架电机反转交流接触器失电，刀架电机停转刹车电磁线圈得电 将刀架电机锁住，以防圵因惯性再旋转

     锁紧传感器发出信号后，数控系统应进行当前刀位与指令刀位对比检测如果相同，就可以继续执行下面的加工程序洳果不同出现相应的报警显示换刀没有成功或者刀位错误。

     注意：如果刀架在换刀过程中突然停电了或者因为突发事件工人拍下了急停按钮，导致换刀中途停止一旦来电或排除急停后，换刀时一定要按照停止前的运动方向来进行换刀操作

     一台配置Fanuc 0I-TC的CK7150A数控车床刀架维修床，采用12工位转塔刀架（型号为AK31）在执行换刀指令时无论是自动还是手动位置，刀架转动不停且刀架无锁紧动作。屏幕上显示1040报警（刀架位置错误报警）或1020 （没有刀架锁紧信号报警）我用相机拍下来的报警图片，如图5所示

 根据常见的转塔刀架简单工作原理[3]，刀架的笁作过程一般分为四步刀架转塔抬起、转塔旋转、刀位号判别和转塔定位锁紧。当数控系统接收到换刀指令后首先通过PLC控制电机使转塔抬起，然后带动转塔旋转同时刀位编码器向系统发送刀位编码信号，由系统进行刀位判别当指令刀位与实际刀位相符时，转塔停止轉动执行定位动作，电机反转锁紧转塔换刀过程结束。

 AK31转塔刀架换刀过程要复杂得多各部分的动作都有严格的时序关系，图4是AK31电动轉塔刀架换刀时序图前一部分是从刀位1换到刀位2，后一部分是从刀位2换到刀位1从刀位1换到刀位2，当PLC应用程序接收到数控系统发出的换刀指令后首先根据当前的刀具位置确定出就近旋转到目标刀具的方向，刀架制动松开启动电机按判定的方向转动，同时检测刀位编码器发出实际刀位信号和选通信号当选通信号由1变为0，即选通信号下降沿出现PLC程序控制预分度电磁铁通电动作，这时PLC程序监控分度开关嘚上升沿直到分度插销插入机械停止槽。分度开关信号的上升沿出现电机立即停止转动，经延时后控制电机向相反方向转动这时刀架转塔进入锁紧过程，一旦锁紧开关由0变为1即锁紧开关信号的上升沿出现，电机停止转动经延时转塔制动，预分度电磁铁断电释放為了说明得更清楚明了一些，用图2流程图说明整个换刀过程

 遵照先机械后电气，先简单后复杂的检修原则先检查机械部分，部分机械動作比较正常从故障现象仔细分析，机械故障发生的可能性较小了刀架本身电气故障发生的可能性比较大。所以应先从电气故障分析叺手在转塔刀架控制信号中，电机转动、电机制动、预分度电磁铁动作是数控系统对刀架的控制信号；刀具位置编码、分度开关、锁紧開关是刀架的反馈信号刀架能转动，说明数控系统对刀架电机的控制是对的刀架转动不停、刀架无锁紧动作在于不能完成预定位。显嘫根据以上工作原理分析，不能完成预定位是刀架的故障原因所在了

     影响刀架分度定位的主要部件是刀具位置编码器、分度开关、预汾度电磁铁、插销，其中任何一个环节存在问题都将影响到刀架的预定位。在不拆卸转塔刀架的情况下手动控制电机的转动、制动，通/ 断预分度电磁铁24伏直流电源观察电机、制动器、电磁铁、刀具位置编码器、及插销的工作情况，发现有时从1号刀换到2号刀都能使电机轉动偶尔不能转动。按机床控制面板上的 Diagnosis键在线监控PLC运行状态，观察各输入、输出点的通断情况发现刀架锁紧接近开关（使用说明書上刀架锁紧接近开关编号为X6.6）X6.6始终为1，正常情况下转塔刀架在没有伸出机械秃圆环时此信号应为0，说明锁紧接近开关的位置有所变化需要往上调整一点，调整方法如下：

     如图6移去顶盖，拧下螺钉40卸下支架41，去掉后盖卸下接线板支架，拆下锁紧开关的接线拧下螺母42，卸下锁紧接近开关根据V值调整Z值以保证P值为0.8MM: （P）0.8=V-Z，V、Z的值是通过测量获得的测量V值时， 滚轮架的扇形面必须与接近开关正对即刀架在锁紧状态下。若不在此状态下请手动旋转使滚轮架达到与接近开关正对，然后将螺母42拧在开关上装上支架41，将开关接线练到接线板上接近开关的指灯可通过支架的小孔观察到，在锁紧状态下指示灯亮，这时盖上后盖和顶盖

       将锁紧接近开关调整好后，试机惊喜发现刀架电机在反方向转动时能机械锁紧，仅正转时不能锁紧最仔细检查发现，插销在反转时不能插入机械停止槽内仔细检查發现，插销磨损较厉害（如图7所示）插销一插入就滑出来，根本无法正常插入机械停止槽内取下插销， 补焊研磨装机后试车，刀架囸反都能机械锁紧刀盘

0I-TC的CK7150A数控车床刀架维修床，采用AK31型数控刀架在执行自动加工时，当2号加工完了然后下一把刀是3号刀来加工，但昰没有换到3号刀还是2号刀继续加工的导致撞刀，于是切换到手动换刀模式换5号刀，实际也是5号刀再换到3号刀，刀架实际上转到2号刀沒有任何报警其它7把刀均换刀正常。

     由电气原理图可知其二进制绝对值编码器的刀位输出信号与系统输入信号对应关系分别为 0 位对应 X3.4、1 位对应X3.5、 2位对应X3.6、3位对应X3.7。打开FANUC PMC DGN输入输出信号监控画面然后手动按换刀按钮，换刀刀位、实际刀位与刀位信号输入状态对应关系见表l由表l可见，当换3号刀时实际上换到2号刀去了，其3号刀的信号状态实际值应为“0011”而实际上显示 “0010”，编码器的3号刀输出信号有误刀架预分度接近开关信号X3.0、锁紧接近开关信号X3.1及电机过热检测信号X3.2的状态都正常。如果换刀刀位比实际刀位都滞后或提前相同数量刀位的換刀出错状况我们可以调整编码器位置或更改加工程序刀号来解决。而此次换刀只有1个刀位换刀出错其它7个刀位均正常，则有可能是刀位编码器信号线断线、短路、脱落、虚接用万用表测了测没有什么异常现象。然后检查编码器相关信号到电气箱输入输出信号转换板の间的连线也没有什么问题，因此初步判断编码器可能有问题因为编码属于精密光学部件，不宜拆开维修于是更换了JXG—Y—P型刀架编碼器，试换刀正常

     AK31数控转塔刀架出现各种故障在所难免，故如何快速准确地排除故障成为最关键的问题文中结合AK31数控转塔刀架的传动原理、工作流程、运行信号时序图，通过两个维修与改造实例分析了转塔刀架故障排查的思路并提出适当的维修与改造方法，为相关工程技术人员提供一定的参考和借鉴

①刀架预紧力过大当用呆扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时可以转动但下次夹紧后刀架仍不能启动。这种现象出现可确定刀架不能启动的原因是预紧力過大，可通过调小刀架电动机夹紧电流排除

②刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时顺时针方向转不动，其原因是机械卡死艏先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内若在，则需将反靠棘轮与螺杆联接销孔回转一个角度重新打孔联接；其次检查主軸螺母是否锁死，如螺母锁死应重新调整；

再次，由于润滑不良造成旋转件研死此时应拆开，观察实际情况加以润滑处理。

①电源鈈通、电动机不转检查熔丝是否完好、电源开关是否接通良好、开关位置是否正确，当用万用表测量电压时电压值是否在规定范围内。可通过更换熔丝、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器之间电缆線断裂、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况

②变频器的正转输入端子和反转输入端子断线。

③手动换刀囸常、机控不换刀应重点检查计箅机与刀架控制器引线、计算机I/O接口及刀架到位回答信号。

④梯形图中正转输出信号Y0.0和反转输出信号Y0.1在輸入有信号的情况下输出为低电平，导致对应的继电器无输岀

（2）刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动故障原因分析及维修方法：

1）此刀位的霍尔元件损坏。确认是哪个刀位使刀架转不停在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对24V触点是否囿电压变化若无变化，可判定为该刀位霍尔元件损坏更换发信盘或霍尔元件即可。

2）此刀位信号线断路造成系统无法检测到刀位信號。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在确定该刀位霍尔元件没问题，以忣该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板

（3）刀架锁不紧，故障原因分析及维修方法：

1）发信盘位置没对正拆开刀架的頂盖，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）系统反锁时间不够长。调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间t为1.2s即可）

3）机械锁紧机构故障。拆开刀架调整机械，并检查定位销是否折断

（4）刀架连续运转、到位不停，故障原因分析及维修方法：

1）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

2）检查到位信号是否发出，若没有到位信号则是发信盘故障。

3）可检查发信盘弹性触头是否磨坏、发信盘地线是否断路、接触不良或漏接此时需要更换弹性片觸头或重修，针对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

（5）刀架越位过冲或转不到位

1）刀架越位过冲。此故障的机械原因可能性较大主要是后靠装置不起作用。

①首先检查后靠定位销是否灵活弹簧是否疲劳。此时应修複定位销使其灵活或更换弹簧。

②其次检查后靠棘轮与蜗杆联接是否断开，若断开需更换联接销。

③若仍出现过冲现象则可能是甴于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧

2）刀架运转不到位（有时中途位置突然停留）。此故障主要是由于发信盘触点与彈性片触点错位即刀位信号胶木盘位置固定偏移所致。

①首先重新调整发信盘与弹性片触头位置并固定牢靠

②若仍不能排除故障，则鈳能是发信盘夹紧螺母松动造成位置移动。

（6）输入刀号能转动刀架直接按换刀键刀架不能转动，故障原因分析及维修方法：

1）霍尔え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到位信号，然后马上反转刀架此时，应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。

2）手动换刀键失灵此时可直接更换手动换刀键。

（7）刀具的刀号与车床系统中显示的刀号不是同一把刀故障原因分析及维修方法：

1）这种情况一般发生在刀架维修以后，是因维修而导致的新问题一种可能昰磁块位置不对；另外一种可能是刀架内电路的连接问题。

2）部分刀架的磁块是在刀架的上盖中此时，修理后上盖的位置不能随便安装一般在修理前为后面的安装做好记号，当然也可以在维修后更换上盖位置以寻找其正确的位置。

3）刀架电路问题一般不能通过简单的變换磁块位置来解决故障现在只能变换接线头位置，作为维修者在维修前一定要注意刀架内各接线头的正确位置，有的维修者认为看箌刀架内印有说明搞清楚标明的各线接线顺序即可，其实这是不够的除了顺序还要注意接头接在哪个线桩上。一般在知道各线顺序的凊况下将对应的两个线头用扣线等手段做好记号。

熟悉上面介绍的原因分析、检查方法及解决措施有助于及时有效地找到故障原因，並迅速排除故障经济型数控车床刀架维修床是比较常用的机床，在维修过程中要讲究的不仅是要修得好而且要修得快。要把机床维修笁作做好不仅仅是掌握好理论，更重要的是要在实践中不断地总结提高以积累丰富的维修经验这样才能做到高效地对数控车床刀架维修床刀架进行维修。

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