AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架故障維修實例分析
2015-12-1 來源：數(shù)控機床市場網(wǎng) 作者：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王勇 邢晨祥
【摘要】 以AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架為例，闡述轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)、傳動原理及控制時序和工作過程，通過兩個維修與改造實例，從刀架的工作過程、控制原理著手，闡述轉(zhuǎn)塔刀架故障的診斷思路與技巧。
【關(guān)鍵詞】 AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架；故障分析；維修
1 引言
我院有4臺長城機床廠生產(chǎn)的CK7150A斜床身數(shù)控車，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 0I-TC，數(shù)控刀架為煙臺AK31轉(zhuǎn)塔刀架，它的刀位是都通過編碼器檢測的，可以同時容納12把刀。這些數(shù)控刀架現(xiàn)已使用近8年了，陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了一些故障，有涉及到機械部分的，有涉及到電氣部分的，有涉及到控制部分的，因此，要想及時排除故障，必須搞清楚數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)、傳動原理、工作過程以及控制時序，才能快速的分析故障，找到造成故障的原因并排除。現(xiàn)以AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架為例，結(jié)合本人維修的故障實例進行分析，給出AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架常見故障診斷方法，通過對這些故障實例進行分析和排除，希望對其他型號的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的維修有所幫助。
2 AK31刀架的結(jié)構(gòu)及工作流程
圖1所示為AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)圖，該刀架采用三聯(lián)齒盤作為分度定位元件。由電機驅(qū)動后，通過一對齒輪和一套行星齒輪系進行分度運動。其工作流程圖見圖2。
3 刀架電器部件分布圖
刀架電器部件分布圖見圖3。
圖 3 AK31 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架電器部分分布圖
（1） 電機：刀架電機是由電動機、制動器、熱保護器組成一體的三相力矩電機，制動器裝在電動機后端蓋上，制動器的內(nèi)腔為電機軸承室。
（2） 制動器：制動器線圈電壓為直流24V，通電時為剎緊狀態(tài)，斷電時松開狀態(tài)。當(dāng)電機運行時必須斷電，電機停機時通電制動。
（3） 溫控開關(guān)：電機定子線圈上裝有溫控開關(guān)。溫度低于120度時為閉合狀態(tài)，溫度高于120度時為斷開狀態(tài)。
4 運行信號波形圖及說明
4.1 運行信號波形圖
運行信號波形圖見圖4。
4.2 運行過程說明
運行信號波形圖畫出了刀架順時針方向由位置1到位置2和逆時針方向由位置2到位置II回轉(zhuǎn)所遵循的控制進序。刀架轉(zhuǎn)位時，剎車電磁線圈先失電釋放，然后給刀架電機提供三相電（注意一開始接電的相序），根據(jù)最短路徑原則選擇電機旋轉(zhuǎn)的方向。當(dāng)?shù)段痪幋a器前一個工位的選通信號低電平到達時，則立即給預(yù)分度電磁鐵提供24V電壓。預(yù)分度電磁吸鐵得電后， 電磁鐵銷插入主軸等分鍵槽內(nèi)，刀架轉(zhuǎn)動被迫停止，預(yù)分度傳感器發(fā)出信號 （由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)控系統(tǒng)收到預(yù)分度傳感器發(fā)出信號后，系統(tǒng)命令刀架電機停止轉(zhuǎn)動，然后再延時50ms，刀架電機反轉(zhuǎn)交流接觸器得電使刀架電機反轉(zhuǎn)，為了使刀架鎖緊定位。
刀架鎖緊定位后，鎖緊傳感器發(fā)出信號（由低電平變?yōu)楦唠娖剑?shù)控系統(tǒng)收到鎖緊傳感器發(fā)出的信號后， 立刻讓刀架電機反轉(zhuǎn)交流接觸器失電，刀架電機停轉(zhuǎn)，剎車電磁線圈得電 將刀架電機鎖住，以防止因慣性再旋轉(zhuǎn)。
鎖緊傳感器發(fā)出信號后，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)進行當(dāng)前刀位與指令刀位對比檢測，如果相同，就可以繼續(xù)執(zhí)行下面的加工程序，如果不同出現(xiàn)相應(yīng)的報警顯示換刀沒有成功或者刀位錯誤。
注意：如果刀架在換刀過程中突然停電了，或者因為突發(fā)事件工人拍下了急停按鈕，導(dǎo)致?lián)Q刀中途停止，一旦來電或排除急停后，換刀時一定要按照停止前的運動方向來進行換刀操作。
5 轉(zhuǎn)塔刀架故障維修與改造實例
5.1 實例一
（1） 故障現(xiàn)象
一臺配置Fanuc 0I-TC的CK7150A數(shù)控車床，采用12工位轉(zhuǎn)塔刀架（型號為AK31）在執(zhí)行換刀指令時，無論是自動還是手動位置，刀架轉(zhuǎn)動不停，且刀架無鎖緊動作。屏幕上顯示1040報警（刀架位置錯誤報警）或1020 （沒有刀架鎖緊信號報警），我用相機拍下來的報警圖片，如圖5所示。
（2） 分析與處理過程
根據(jù)常見的轉(zhuǎn)塔刀架簡單工作原理[3]，刀架的工作過程一般分為四步，刀架轉(zhuǎn)塔抬起、轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)、刀位號判別和轉(zhuǎn)塔定位鎖緊。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到換刀指令后，首先通過PLC控制電機使轉(zhuǎn)塔抬起，然后帶動轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)，同時刀位編碼器向系統(tǒng)發(fā)送刀位編碼信號，由系統(tǒng)進行刀位判別，當(dāng)指令刀位與實際刀位相符時，轉(zhuǎn)塔停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行定位動作，電機反轉(zhuǎn)鎖緊轉(zhuǎn)塔，換刀過程結(jié)束。
AK31轉(zhuǎn)塔刀架換刀過程要復(fù)雜得多，各部分的動作都有嚴格的時序關(guān)系，圖4是AK31電動轉(zhuǎn)塔刀架換刀時序圖，前一部分是從刀位1換到刀位2，后一部分是從刀位2換到刀位1。從刀位1換到刀位2，當(dāng)PLC應(yīng)用程序接收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的換刀指令后，首先根據(jù)當(dāng)前的刀具位置確定出就近旋轉(zhuǎn)到目標刀具的方向，刀架制動松開，啟動電機按判定的方向轉(zhuǎn)動，同時檢測刀位編碼器發(fā)出實際刀位信號和選通信號。當(dāng)選通信號由1變?yōu)?，即選通信號下降沿出現(xiàn)，PLC程序控制預(yù)分度電磁鐵通電動作，這時PLC程序監(jiān)控分度開關(guān)的上升沿，直到分度插銷插入機械停止槽。分度開關(guān)信號的上升沿出現(xiàn)，電機立即停止轉(zhuǎn)動，經(jīng)延時后控制電機向相反方向轉(zhuǎn)動。這時刀架轉(zhuǎn)塔進入鎖緊過程，一旦鎖緊開關(guān)由0變?yōu)?，即鎖緊開關(guān)信號的上升沿出現(xiàn)，電機停止轉(zhuǎn)動，經(jīng)延時轉(zhuǎn)塔制動，預(yù)分度電磁鐵斷電釋放。為了說明得更清楚明了一些，用圖2流程圖說明整個換刀過程。
遵照先機械后電氣，先簡單后復(fù)雜的檢修原則。先檢查機械部分，部分機械動作比較正常。從故障現(xiàn)象仔細分析，機械故障發(fā)生的可能性較小了，刀架本身電氣故障發(fā)生的可能性比較大。所以應(yīng)先從電氣故障分析入手，在轉(zhuǎn)塔刀架控制信號中，電機轉(zhuǎn)動、電機制動、預(yù)分度電磁鐵動作是數(shù)控系統(tǒng)對刀架的控制信號；刀具位置編碼、分度開關(guān)、鎖緊開關(guān)是刀架的反饋信號。刀架能轉(zhuǎn)動，說明數(shù)控系統(tǒng)對刀架電機的控制是對的，刀架轉(zhuǎn)動不停、刀架無鎖緊動作在于不能完成預(yù)定位。顯然，根據(jù)以上工作原理分析，不能完成預(yù)定位是刀架的故障原因所在了。
影響刀架分度定位的主要部件是刀具位置編碼器、分度開關(guān)、預(yù)分度電磁鐵、插銷，其中任何一個環(huán)節(jié)存在問題，都將影響到刀架的預(yù)定位。在不拆卸轉(zhuǎn)塔刀架的情況下，手動控制電機的轉(zhuǎn)動、制動，通/ 斷預(yù)分度電磁鐵24伏直流電源，觀察電機、制動器、電磁鐵、刀具位置編碼器、及插銷的工作情況，發(fā)現(xiàn)有時從1號刀換到2號刀都能使電機轉(zhuǎn)動，偶爾不能轉(zhuǎn)動。按機床控制面板上的 Diagnosis鍵，在線監(jiān)控PLC運行狀態(tài)，觀察各輸入、輸出點的通斷情況。發(fā)現(xiàn)刀架鎖緊接近開關(guān)（使用說明書上刀架鎖緊接近開關(guān)編號為X6.6）X6.6始終為1，正常情況下，轉(zhuǎn)塔刀架在沒有伸出機械禿圓環(huán)時此信號應(yīng)為0，說明鎖緊接近開關(guān)的位置有所變化，需要往上調(diào)整一點，調(diào)整方法如下：
如圖6，移去頂蓋，擰下螺釘40，卸下支架41，去掉后蓋，卸下接線板支架，拆下鎖緊開關(guān)的接線。擰下螺母42，卸下鎖緊接近開關(guān)。根據(jù)V值調(diào)整Z值以保證P值為0.8MM: （P）0.8=V-Z，V、Z的值是通過測量獲得的。測量V值時， 滾輪架的扇形面必須與接近開關(guān)正對，即刀架在鎖緊狀態(tài)下。若不在此狀態(tài)下，請手動旋轉(zhuǎn)使?jié)L輪架達到與接近開關(guān)正對，然后將螺母42擰在開關(guān)上，裝上支架41，將開關(guān)接線練到接線板上。接近開關(guān)的指燈可通過支架的小孔觀察到，在鎖緊狀態(tài)下，指示燈亮，這時蓋上后蓋和頂蓋。
將鎖緊接近開關(guān)調(diào)整好后，試機，驚喜發(fā)現(xiàn)刀架電機在反方向轉(zhuǎn)動時能機械鎖緊，僅正轉(zhuǎn)時不能鎖緊。最仔細檢查發(fā)現(xiàn)，插銷在反轉(zhuǎn)時不能插入機械停止槽內(nèi)。仔細檢查發(fā)現(xiàn)，插銷磨損較厲害（如圖7所示）。插銷一插入就滑出來，根本無法正常插入機械停止槽內(nèi)，取下插銷， 補焊研磨。裝機后試車，刀架正反都能機械鎖緊刀盤。
5.2 實例二
（1） 故障現(xiàn)象
一臺配置Fanuc 0I-TC的CK7150A數(shù)控車床，采用AK31型數(shù)控刀架，在執(zhí)行自動加工時，當(dāng)2號加工完了，然后下一把刀是3號刀來加工，但是沒有換到3號刀還是2號刀繼續(xù)加工的，導(dǎo)致撞刀，于是切換到手動換刀模式，換5號刀，實際也是5號刀，再換到3號刀，刀架實際上轉(zhuǎn)到2號刀沒有任何報警，其它7把刀均換刀正常。
（2） 分析與處理過程
由電氣原理圖可知，其二進制絕對值編碼器的刀位輸出信號與系統(tǒng)輸入信號對應(yīng)關(guān)系分別為 0 位對應(yīng) X3.4、1 位對應(yīng)X3.5、 2位對應(yīng)X3.6、3位對應(yīng)X3.7。打開FANUC PMC DGN輸入輸出信號監(jiān)控畫面，然后手動按換刀按鈕，換刀刀位、實際刀位與刀位信號輸入狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系見表l。由表l可見，當(dāng)換3號刀時，實際上換到2號刀去了，其3號刀的信號狀態(tài)實際值應(yīng)為“0011”，而實際上顯示 “0010”，編碼器的3號刀輸出信號有誤。刀架預(yù)分度接近開關(guān)信號X3.0、鎖緊接近開關(guān)信號X3.1及電機過熱檢測信號X3.2的狀態(tài)都正常。如果換刀刀位比實際刀位都滯后或提前相同數(shù)量刀位的換刀出錯狀況。我們可以調(diào)整編碼器位置或更改加工程序刀號來解決。而此次換刀只有1個刀位換刀出錯，其它7個刀位均正常，則有可能是刀位編碼器信號線斷線、短路、脫落、虛接，用萬用表測了測沒有什么異常現(xiàn)象。然后檢查編碼器相關(guān)信號到電氣箱輸入輸出信號轉(zhuǎn)換板之間的連線，也沒有什么問題，因此初步判斷編碼器可能有問題。因為編碼屬于精密光學(xué)部件，不宜拆開維修，于是更換了JXG—Y—P型刀架編碼器，試換刀正常。
6 總結(jié)
AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架出現(xiàn)各種故障在所難免，故如何快速準確地排除故障成為最關(guān)鍵的問題。文中結(jié)合AK31數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的傳動原理、工作流程、運行信號時序圖，通過兩個維修與改造實例分析了轉(zhuǎn)塔刀架故障排查的思路，并提出適當(dāng)?shù)木S修與改造方法，為相關(guān)工程技術(shù)人員提供一定的參考和借鑒。
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