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AK31數控轉塔刀架故障維修實例分析
2015-12-1  來源:數控機(jī)床市場網  作(zuò)者:蘇州工業職業技術學院 王勇 邢晨祥
 

      【摘要】 以AK31數控轉(zhuǎn)塔刀架為例(lì),闡述轉塔刀架的結構、傳動原理及控製時序和工作過程,通過兩個維修與改造實例,從刀架的工作過程、控製原理著手,闡述轉塔刀架故障的診斷思路與(yǔ)技巧

      【關(guān)鍵詞】 AK31數(shù)控轉塔刀架;故障分析;維修(xiū)

      1 引言

     我(wǒ)院有4台(tái)長城(chéng)機床廠生(shēng)產的(de)CK7150A斜床身數控車,數控係統為FANUC 0I-TC,數控刀架為煙台AK31轉塔刀架,它的刀(dāo)位是都(dōu)通過編(biān)碼器檢測(cè)的,可以同時容納12把刀。這些數控刀架現已使用近8年了,陸陸續續出現了一些故障,有涉及到機械部分的,有涉及到電氣部分的,有(yǒu)涉及到控製部分的,因此,要想及(jí)時排(pái)除故障,必須搞清楚數控轉塔刀架的結構、傳動原理、工作過程以及控製時序,才能快速的分析故障,找到造成故障的原因並排除。現以AK31數(shù)控轉塔刀架為(wéi)例,結合本人(rén)維修的故障實例進(jìn)行分析,給出AK31數控轉(zhuǎn)塔刀架常見故障診斷方法,通過對這些故障實例(lì)進行分析和排除,希望對其他型號(hào)的數控轉塔刀架的維修有所幫助。


     2 AK31刀架的結構及工作流程



     圖1所示為(wéi)AK31數控轉塔(tǎ)刀架結構圖(tú),該刀架(jià)采用(yòng)三聯齒盤作為分度定位元(yuán)件。由電機驅動後,通過一對齒(chǐ)輪和一套(tào)行星齒輪(lún)係進行分度運動。其工作流程圖見圖2。
 
 AK31數控轉塔(tǎ)刀架故障維修實例分析

     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 數控轉塔刀架電器部分分布圖

(1) 電機:刀架電機是由電動機、製動器、熱保護器(qì)組成一體的三相力矩電機,製動器裝在電動機(jī)後端蓋上(shàng),製動器的(de)內腔為電機軸承室。

(2) 製動器:製動(dòng)器(qì)線圈電壓(yā)為直流(liú)24V,通電時為(wéi)刹緊狀態,斷電時鬆開狀態。當電機運行時必須斷電,電機停機時通電製動。

(3) 溫控開(kāi)關:電機定子線圈上裝有溫(wēn)控開關。溫度低於120度時為閉合狀態,溫度高於120度(dù)時為斷開狀態。

     4 運行信號波形圖(tú)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(chéng)說明

     運行信號波(bō)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(fāng)向(xiàng)由位置2到位置II回轉所遵循的控製進序。刀架轉位時,刹車電磁線圈先失電釋放,然後給刀架電機提供三相電(注意一開始接電的相序),根據最(zuì)短路徑原則選擇電機旋轉的方向。當(dāng)刀位(wèi)編碼器(qì)前一(yī)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。預分度電磁吸鐵得電後, 電磁鐵銷插(chā)入主軸等分鍵槽內,刀架轉動被迫停止,預分度(dù)傳感(gǎn)器發(fā)出信(xìn)號 (由低電平變為高電平),數控係(xì)統收到預分度傳感器發出信號後,係統命令刀架電機停止轉動,然後再延時50ms,刀架電機反轉交流接觸器得電使刀架電機反轉,為了使(shǐ)刀架鎖緊定位。

     刀(dāo)架鎖緊定位(wèi)後,鎖緊傳感器(qì)發出信號(由低電平變為(wéi)高電平)。數控係統收到鎖(suǒ)緊傳感器發出的信號後, 立刻讓刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器失電,刀架電機停(tíng)轉,刹車電(diàn)磁線圈得電 將刀架電機(jī)鎖住,以防(fáng)止因慣性再旋轉。

     鎖緊傳感器發(fā)出信號後(hòu),數控係統(tǒng)應進行當前刀位與(yǔ)指令刀位對比檢測,如果相同,就(jiù)可以繼續執行下麵的加工程序,如果不同出現相應的報警顯示換刀沒有(yǒu)成功或(huò)者(zhě)刀位錯誤。

     注意:如果刀架在換刀過程中突然停電(diàn)了,或者因為突發事件工人拍下了(le)急停按鈕,導致換(huàn)刀中途停止,一(yī)旦來電(diàn)或排除急停後,換刀時一定要按照(zhào)停止前的(de)運動(dòng)方向(xiàng)來進行換刀操作。

     5 轉塔刀架故障(zhàng)維修與(yǔ)改造實例(lì)

     5.1 實例一(yī)

     (1) 故障現象

     一台配(pèi)置Fanuc 0I-TC的CK7150A數控車床(chuáng),采用12工位轉塔刀架(型號為AK31)在執行換刀指令時,無論是(shì)自動(dòng)還是手動位置,刀架轉動(dòng)不停,且刀架無鎖(suǒ)緊動作。屏幕上顯示1040報警(刀(dāo)架(jià)位置錯誤(wù)報警)或1020 (沒有(yǒu)刀架鎖緊信號報警),我用相機(jī)拍(pāi)下來的報警圖片,如圖5所示。


     (2) 分析與(yǔ)處(chù)理過程

     根據常見的轉(zhuǎn)塔刀架簡單工作原理[3],刀架的工作過程一般分為四步,刀架轉塔(tǎ)抬起、轉塔旋轉、刀位號判別和轉塔定位鎖緊(jǐn)。當數(shù)控係統(tǒng)接收到換刀指令後,首先通過PLC控製電(diàn)機使轉塔抬起,然後帶動轉塔旋轉,同時刀位編碼器向係統發送刀位編碼信(xìn)號,由係統進(jìn)行刀位判(pàn)別,當指令刀位與(yǔ)實際刀位相符時,轉塔停止轉動,執行定位動作,電機反轉鎖緊(jǐn)轉塔,換刀過程(chéng)結束。

     AK31轉塔刀架換(huàn)刀(dāo)過程要複雜得多,各部分的動作都有嚴格的時序關係,圖4是AK31電動轉塔刀架換刀時(shí)序圖,前一部分(fèn)是從刀位1換到刀位(wèi)2,後一部分是從刀(dāo)位2換到刀位1。從(cóng)刀位1換到刀位2,當PLC應用程序接收到數控係統發出的換刀指令後,首先根據當前的刀具位(wèi)置(zhì)確(què)定出就近旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀(dāo)具的方向,刀架製動鬆開,啟動電機按判定的方向轉動,同時檢測刀位編碼器發(fā)出(chū)實際刀位信號和選通信號。當選通信號(hào)由1變為0,即選通信號下降沿出現,PLC程序(xù)控(kòng)製預分度電磁鐵通電動作,這時PLC程序監(jiān)控分度開關的上升沿,直到分度插銷插入機械停止槽。分度開關信號的上升沿出現,電機立即停止轉動,經延時後控製電機向相反方向轉動。這時刀(dāo)架轉塔進入鎖緊過程,一旦鎖緊開關由(yóu)0變為1,即鎖緊開關信號的上升沿出現,電機停止轉動,經延時轉塔製動,預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(dāo)過程。

     遵照先機械後(hòu)電氣,先簡單後複雜的檢(jiǎn)修原則。先檢查機械部分,部分(fèn)機械動作比較正常。從(cóng)故(gù)障現象仔細分析(xī),機械故障發生的可能(néng)性較小了,刀架本身電氣故障發生的可能性比(bǐ)較大。所(suǒ)以應先從電氣(qì)故障分析(xī)入(rù)手,在轉塔刀架控製(zhì)信號中,電機轉動、電機(jī)製動、預分度電磁鐵動作是數(shù)控(kòng)係統(tǒng)對(duì)刀架的控製信號;刀具位(wèi)置編碼、分度開關(guān)、鎖緊開關是刀架的(de)反饋信號。刀架能轉動,說明(míng)數控(kòng)係(xì)統對刀架電機的控製是(shì)對的,刀架轉動不停(tíng)、刀架(jià)無鎖緊動作在於不能完成預定位。顯然,根據以上工(gōng)作(zuò)原理分析,不能完成(chéng)預定位是刀架的故障原(yuán)因所在了。

     影(yǐng)響刀架(jià)分(fèn)度定位(wèi)的主要部(bù)件是刀具位置編碼器、分度開關、預(yù)分度電磁鐵、插銷(xiāo),其(qí)中任何一個環節存在問題,都將影(yǐng)響到刀架的預定位(wèi)。在不拆卸轉塔刀架的情況下,手動控(kòng)製電(diàn)機的轉動、製動,通/ 斷預分度電磁鐵24伏直流電源,觀察電機、製動器、電磁鐵、刀具位置編碼器、及插(chā)銷的工作情況,發現有時(shí)從1號刀換到2號刀都能使電機轉動,偶(ǒu)爾不能轉(zhuǎn)動。按機床控製麵板上(shàng)的 Diagnosis鍵,在線監控PLC運行狀態,觀察各輸(shū)入、輸出點的通斷情況。發現刀架(jià)鎖緊接近開關(使用說明書上刀架鎖緊接近開關編號為X6.6)X6.6始終為1,正常情況下,轉塔刀架在沒有伸出機械禿圓環時此信號(hào)應為0,說明鎖緊接近開關的位置有所變化(huà),需要往上調整一點(diǎn),調(diào)整方法如(rú)下:

     如圖6,移去頂蓋,擰下螺釘40,卸下支架41,去掉(diào)後蓋,卸下接線板支架,拆下鎖緊開關的接線。擰下螺母42,卸下(xià)鎖緊接近開(kāi)關。根據V值調整Z值以保證P值(zhí)為0.8MM: (P)0.8=V-Z,V、Z的值是通(tōng)過(guò)測量獲得(dé)的。測量V值(zhí)時, 滾輪(lún)架的扇形麵必須與接近開關正(zhèng)對(duì),即刀架在鎖緊狀態下。若不在此狀態下,請手動旋轉使滾輪架達到與(yǔ)接近(jìn)開關正(zhèng)對,然後將螺母(mǔ)42擰在開關上,裝上(shàng)支架41,將開關接線練到接(jiē)線板上。接近開關的指燈可通過支架(jià)的小(xiǎo)孔觀(guān)察到,在鎖緊狀態下,指示燈亮,這時蓋上後蓋和頂蓋。


       將鎖緊接近開(kāi)關調整好(hǎo)後,試(shì)機,驚喜發現刀架電機在反方向(xiàng)轉動時(shí)能機械鎖緊,僅正(zhèng)轉時不能鎖緊。最仔細檢查(chá)發現,插銷在反轉時(shí)不能插入機械停止槽內。仔(zǎi)細檢查發現,插銷磨損(sǔn)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。裝機後試車,刀架正反都能機械鎖緊刀盤。


      5.2 實例二

     (1) 故障(zhàng)現象

     一台配置Fanuc 0I-TC的CK7150A數控車(chē)床,采用(yòng)AK31型數控刀架,在執行自動加工時(shí),當2號加工完了,然後下(xià)一把刀是3號刀(dāo)來加工(gōng),但是沒有換到3號刀還是(shì)2號刀(dāo)繼(jì)續加(jiā)工的,導致撞刀,於是切換到手動換刀模式,換5號刀,實際也是5號(hào)刀,再換(huàn)到(dào)3號刀,刀架(jià)實際(jì)上轉(zhuǎn)到(dào)2號刀沒有任何報警,其它(tā)7把刀均(jun1)換刀正常。

     (2) 分析與處理(lǐ)過程

     由電氣(qì)原理圖可知,其二進製絕對值編碼器的刀(dāo)位輸出信號與係統輸入信號對應關(guān)係分別為 0 位對(duì)應 X3.4、1 位對應X3.5、 2位(wèi)對應X3.6、3位對應X3.7。打(dǎ)開FANUC PMC DGN輸入輸出信號監控畫麵,然後手動(dòng)按換刀(dāo)按鈕,換刀刀位(wèi)、實際刀位與刀位信號輸入狀態對應關係見表l。由表(biǎo)l可見,當換3號刀時,實際上換到2號刀去了,其3號刀的信號狀態實際值應為“0011”,而實際上顯示 “0010”,編碼器的3號刀輸(shū)出信號有誤。刀架預分(fèn)度(dù)接近開關信號X3.0、鎖(suǒ)緊接近開關信號X3.1及電機過熱檢測信號X3.2的狀態都正常。如果換刀刀(dāo)位比實際刀位都(dōu)滯後或提前相同數量(liàng)刀位的換刀出錯狀況。我(wǒ)們可以調整編碼器位置或更改(gǎi)加工程序(xù)刀號來解決。而此次換刀隻有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(xiàn)斷線、短路、脫落、虛接,用萬用表測了測沒有什麽異常現象。然(rán)後檢查編碼器相關信號到電氣箱輸入輸出(chū)信號轉換(huàn)板之間的連線,也沒有什麽問題,因此初步判斷編碼器可能有問題。因為編碼屬於精密光(guāng)學部件,不宜拆開維修,於是更換了JXG—Y—P型刀架編碼器,試換刀正常。


     6 總結

     AK31數控(kòng)轉塔刀架出現(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鍵的問題。文中結合AK31數控轉塔刀架的傳動原(yuán)理、工作流程、運行信號時序圖,通過兩個維修與改造實例(lì)分析(xī)了轉塔刀架故障(zhàng)排查的思路,並提出(chū)適當的維修與改造方法(fǎ),為相關工程技術人員提供一定的參考和借鑒。
 
 
 

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