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数控车床刀架发信盘的故障诊断与维修TF4-6132 14/15T(圆形) 数控车床刀架发信盘的故障诊断与维修 1数控车床电动刀架故障分析 电动刀架作为数控车床的重要配置，在机床运行中起着至关重要的作用，一旦出现故障很可能造成工件报废，甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。在数控机床的故障维修中，电气控制部分线路复杂，故障现象多变，有些故障现象不太明显，查找难度比较大，而机械部分与普通机床比较类似，故障相对容易排除。 电动刀架一般有四工位或六工位，由电动机、机械换刀机构、发信盘等组成，当系统发出换刀信号，刀架电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发信盘发出刀位到位信号，刀架电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。刀架出现故障时就会出现下列现象： 1.1刀架不换刀 对于这种故障，首先判断是刀架内部机械问题还是刀架电机故障。换刀时，用手触摸电机，看有无振动及测量电机电压来判断是否为电机故障。如电机正常，那么就是机械问题，一般都为刀架内部机械卡死。把刀架拆下洗干净重新装上即可。但有时候也可能是内部机械损坏。 1.2刀架锁不紧 这种故障有可能是机床参数中的刀架反锁时间设置的太短，也有可能是刀架内部锁刀螺母太松以及发信盘的霍尔元件位置与磁钢没对准。 1.3找不到刀位 表现为刀架不停的转。这种问题可能存在于刀架发信盘出现问题；CNC系统的刀位信号接收电路的问题；通信线路故障的问题等。 1.4找不到某一号刀 表现为找不到某一号刀，而其他刀位可以正常换，这种问题有可能是刀架发信盘霍尔元件产生偏移或这一号刀的霍尔元件损坏，或该刀位的信号线断路。 前两种故障通常是：机械原因导致的比较容易判断和维修，而后两种故障是电气原因导致的。 在实际生产过程中，由于刀架发信盘的原因导致数控车床刀架故障的情况较多，下面着重分析刀架发信盘的工作原理和诊断、维修。 2电动刀架发信盘的工作原理 电动刀架发信盘是固定在刀架内部中心固定轴上由尼龙材料作为封装的圆盘部件。发信盘的内部根据刀架工位数设有四个或六个霍尔元件，并与固定在刀架上的磁钢共同作用来检测刀具的位置，如图1所示。 图1 四工位电动刀架发信盘在电动刀架的位置 2.1发信盘内部结构和工作原理 四工位发信盘共有六个接线端子，两个端子为直流电源端，其余四个端子按顺序分别接四个刀位所对应的霍尔元件的控制端，根据霍尔传感器的输出信号来识别和感知刀具的位置状态。当程序指令刀架更换2号刀具时，刀架电机驱动刀架旋转；当在刀架上的磁钢到达发信盘的2号位置时，霍尔元件就会发出开关信号给CNC系统刀架位置控制接口，确定刀具已到达确定位置并锁住刀架。电路原理如图2所示。从原理图可知，发信盘的主要器件构成是霍尔器件。 图2 电动刀架发信盘电路原理图 2.2霍尔器件结构和检测 刀架发信盘内部核心元件是霍尔器件，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级集成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压信号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适合于在矩形或者柱形磁体下工作。数控车床电动刀架的发信盘通常采用3020型霍尔开关器件，采用TO-92T封装，标识面为磁极工作面。图3所示为霍尔器件内部功能框图。 图3 霍尔器件内部功能框图 霍尔开关器件具有电源电压范围宽、开关速度快，没有瞬间抖动、工作频率宽、能直接和晶体管及TTL、MOS等逻辑电路接口、对环境要求不苛刻等优点。 检测霍尔开关器件时，将器件的1、2引脚分别接到直流稳压电源的正负极，指针式万用表在电阻档上，黑表笔接3引脚，红表笔接2引脚，此时万用表的指针没有明显偏转。当用一磁铁贴近霍尔器件标志面时，指针有明显的偏转，磁铁离开指针又恢复原来位置，表明该器件完好，否则该器件已坏。 3刀架发信盘的故障维修 当数控车床电动刀架出现不停转时，首先排除程序错误，再观察刀架上的磁钢位置是否正确，然后检查通往发信盘的电源和通信线路是否正常以排除刀架控制线路故障。若上述基本检查没发现问题时，那就用替换法更换好的发信盘看是否能恢复正常，这样就可以很快确定故障范围。 当电动刀架找不到某一刀位时，先检查与该刀位相对应的通信线路是否正常，然后采用换接线方法，即将故障刀位的接线连到正常刀位的接线柱上进行测试以判断是线路问题还是发信盘的问题。 发信盘出现故障的概率较高，虽然其拆装并不复杂，但其配件在有些地区并不方便购买，并且配件价格相对较高。由于发信盘的内部结构并不复杂(图4)，其电路原理见图2，因此根据发信盘的故障情况可以自行维修，关键问题是找出发信盘中的故障点和如何更换元件。 图4 发信盘内部器件结构 首先，确定发信盘是断路故障还是短路故障，将发信盘接入小于24 V的直流稳压电流源，用指针式万用表的电阻档，用红表笔接发信盘的负极，黑表笔接发信盘的四个霍尔器件输出接线柱上的任意一个点，将磁铁贴近该霍尔传感器外侧观察指针偏转情况，若哪个不偏转就可判断该霍尔器件断路损坏，若测四个位置都不偏转可能是短路故障或者是电路中电阻、稳压二极管出现故障。对于断路故障只要更换霍尔器件就可以了；对于发信盘短路故障可以检查电阻和稳压二极管是否损坏以确定是否有维修价值。 确定故障后，将发信盘的上封盖揭开，用小台钻小心地把故障点上的密封树脂钻掉。用偏口钳将损坏的霍尔器件的实体部分剪碎，并将引脚理直，将新霍尔器件的引脚比照发信盘上留下的引脚成型为U形如图5所示，确定好位置后分别将对应引脚焊好，再按上述检测方法检测正常后，剪去多余引脚用热熔胶回复密封，并盖好上封盖，发信盘维修完毕。其它故障可参照此法，关键是不要剪断坏元件的引脚就可以了。 图5 引脚焊接示意图 4结束语 在实际维修过程中，修复的发信盘能够可靠的正常工作。由于3020霍尔元件应用较广泛，一般电子商店就可购得，价格低廉，并且维修过程并不复杂，所以修复成本和周期比购买配件有很多优越性。