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摘 要：数控车床是一种高效、安全、稳定的自动化机床，它是计算机技术、自动计数、信息技术、微电子技术、伺服技术和精密测量技术综合研究的技术新成果，是一种全新的现代化工业控制技术。数控车床由于经济性好、废品少、加工效率高的优势得到各生产行业的重视。但是在过去工作中，我们经常会遇到各种各样的数控车床故障，换刀系统故障便是其中常见故障之一，这里我们就数控车床换刀系统常见的故障与维修方法进行分析，旨在为同行日后工作提供参考。
关键词：数控机床；换刀系统；故障；维修
近年来，伴随重工业的飞速发展，机械制造业也取得了可喜的成绩，数控车床作为机械加工中不可缺少的设备之一，在机械加工生产中承担主要生产任务和工序。因此，确保数控车床工作安全、运行稳定、减少故障对提高机械加工企业生产效益有着十分重要的意义。但是在近年来，虽然各类维修技术和方法不断涌现，但是随着设备使用时间的不断增加，各种故障的产生日益复杂。因此，我们在这里有必要对数控车床中常见故障进行分析。本文就数控车床换刀系统中常见故障现象进行分析，以供大家参考和借鉴。
1 数控车床换刀系统常见故障分析
与其他的设备相比较，数控车床换刀系统故障的产生和设备运行时间有着密切的关系，两者之间的规律甚至可以采用曲线图来进行表示。在数控车床运行中，整个寿命期限的故障发生大致可以分为早期故障、偶发性故障和耗损故障三种。其中早发故障主要指的是数控车床换刀系统在刚投入使用不久发生的故障，此类故障主要表现在发生频率高，但是随着使用时间的增加而逐渐下降。而偶发性故障则是数控车床换刀系统经过初期使用，相关元件老化、磨合、调整，进而进入到正常、稳定的使用状态，这个状态中换刀系统的故障发生率相对来说较为稳定，偶尔会产生一些故障，但也是因为外界因素的影响而产生的。而耗损故障则是因为车床在长期使用中没有得到有效的维护和保养，进而在一段时间的使用之后产生故障，这些故障的发生率随着时间的增加不断提升。
1.1 定位误差
定位误差是数控车床换刀系统中的主要故障之一，它的出现主要可以分为两个不同的层次。首先，在当前霍尔元件定位中，因为电动机与刀位出现误差，使得定位卡销与卡槽之间出现了一定的差异，进而影响到整个换刀系统的定位。这种误差的出现主要是因为定位霍尔元件的位置出现了变动，甚至是定位弹簧出现了一定的故障。
1.2 刀位与预计不符
数控车床换刀系统在正常的运行当中，数控换刀系统之所以能够正常运转，主要是因为固定磁铁的限制。而在一定情况下，一旦霍尔元件接触到磁铁，那么磁铁必然会发出一定的电平，这些电平信号在发出后，该传递系统随之停止转动，并反馈出相关信号，及时控制刀架紧缩和夹紧。当此类对应的霍尔元件在出现故障之后，其信号回传通道也随之产生故障，最终导致整个刀位与预计不符。
2 数控车床换刀系统故障维修实例
下面我们通过介绍几种常见的数控车床换刀系统的故障现象、产生原因和排除方法，从而为相关工作人员提供参考。
2.1 实例一
2.1.1 故障分析
某机械加工企业在工作中采用了CAK6150数控车床，在车床上设置了6个刀位刀架。在车床正常运行的时候，6个刀架一直处于不停旋转状态，一直到换刀延迟报警之后才得以更换。就此类故障分析，这类故障一般都不会对车床产生任何形式的破坏。这种结果是我们根据多次反复演示得出的结果，因此在手动方式下进行换刀操作发现，该不同型号的刀具在换刀系统中操作要求严格，一旦产生刀号与换刀系统型号不符，整个换刀系统马上停止运行，换刀系统随之产生松弛状态。此类故障的原理主要是由系统发出换刀指令，再由可编程控制器判断换刀系统的刀型号并发出相应的换刀信号、然后正在运转的继电器产生动作，松开刀架、旋转刀位并反转继电器。
2.1.2 故障排除
根据以上分析，首先检查发讯盘：该刀架传动部分采用同步齿形带，手动操作齿形带，使刀架先后换成1-6号刀并锁紧，检查6个霍尔元件反馈线电压状态，发现3号刀对应的反馈线电压始终为2V左右（正常为17 V或者0.8 V），怀疑发讯盘对应3号刀的霍尔元件损坏。更换发讯盘后故障依旧，初步排除发讯盘故障可能。查看机床电路图，发现从发讯盘到电气柜中间有接线盒，位置在冷却液管下方，怀疑是接线盒内进入冷却液后造成短路。拆开接线盒，清理并吹干后发现故障仍不能排除，至此基本断定为该连接线路中某处破线造成短路，刀架连接电缆中有两根线为备用线，换其中一根备用线后机床换刀恢复正常。
2.2 实例二
一台某机床厂生产的cAK4085di数控车床，配FANUC 0i-MATE.TC数控系统，刀架为WD系列6刀位刀架。使用中出现刀架不换刀，同时报警“刀架未锁紧”。
2.2.1 故障分析
分别尝试手动方式、MDI方式、自动方式换刀，刀架均无动作。检查刀架实际状态为锁紧状态。查看电气图后打开电气柜检查刀架强电电路发现断路器断开，合上断路器后重新尝试换刀，并检查其电流：刀架正转接触器正常动作，随后断路器再次断开，并且电流超过正常值。由此判断可能其机械负载过大，某处发生机械卡死。结合出现的报警"刀架未锁紧"，分析其故障原因可能是以下一种或多种情况： （1）刀架锁紧开关故障或位置变动（固定螺钉松动造成开关后移）；（2）刀架锁紧信号线断路。
2.2.2 故障排除
根据以上分析，首先检查输入到PLC的刀架锁紧反馈信号以排除是否是PLC问题：换刀指令执行后直到出现报警"刀架未锁紧"，经测量该信号始终为低电平，初步排除PLC问题。接下来排查故障原因（1）、（2）：打开刀架尾盖，如图3所示，观察刀架锁紧微动开关是否被压下以及连线是否完好，发现连接线中的一根已经脱落，至此确定是由于刀架锁紧信号线断路造成系统无法接收到刀架锁紧信号，从而换刀后出现"刀架未锁紧"报警。将该连接线重新焊接，测试换刀功能，仍出现过载保护器（断路器）跳闸现象，说明仍有机械过载现象，判断是由于刀架锁紧信号断线致使刀架电机反转无法停止而导致刀架锁得过紧卡死，从而使过载保护器（断路器）跳闸，此时可用榔头轻轻敲击刀塔（朝刀塔松开方向）。经以上处理后系统换刀恢复正常。
结束语
根据以上实例可以看出：（1）数控车床刀架换刀故障以电气原因为主，故障诊断时应在分析其换刀动作及原理基础上，根据系统自诊断报警功能所提供的信息，分析换刀动作執行到哪一步骤后停止，来进一步缩小故障原因范围，然后根据故障现象列出造成该故障的所有可能原因，并分析其可能性大小，最后根据排除故障的基本原则逐个进行排查。（2）应充分重视故障分析在维修中的作用。充分的故障分析可以快速、准确确定故障原因，尽管此项工作往往比故障的修复更加困难，耗费的时间也更多。
参考文献
[1]周炳文.实用数控机床故障诊断及维修技术500例[M].北京：中国知识出版社，2006.
[2]尤东升.数控机床故障诊断与维修[M].成都：电子科技大学出版社，2007.
[3]孙伟.数控设备故障诊断与维修技术[M].北京：国防工业出版社，2008.
[4]侯晓方.数控车床电动刀架故障诊断与维修[J].机床与液压，2010，38（16）：91-92，71.
关键词：数控机床；换刀系统；故障；维修
近年来，伴随重工业的飞速发展，机械制造业也取得了可喜的成绩，数控车床作为机械加工中不可缺少的设备之一，在机械加工生产中承担主要生产任务和工序。因此，确保数控车床工作安全、运行稳定、减少故障对提高机械加工企业生产效益有着十分重要的意义。但是在近年来，虽然各类维修技术和方法不断涌现，但是随着设备使用时间的不断增加，各种故障的产生日益复杂。因此，我们在这里有必要对数控车床中常见故障进行分析。本文就数控车床换刀系统中常见故障现象进行分析，以供大家参考和借鉴。
1 数控车床换刀系统常见故障分析
与其他的设备相比较，数控车床换刀系统故障的产生和设备运行时间有着密切的关系，两者之间的规律甚至可以采用曲线图来进行表示。在数控车床运行中，整个寿命期限的故障发生大致可以分为早期故障、偶发性故障和耗损故障三种。其中早发故障主要指的是数控车床换刀系统在刚投入使用不久发生的故障，此类故障主要表现在发生频率高，但是随着使用时间的增加而逐渐下降。而偶发性故障则是数控车床换刀系统经过初期使用，相关元件老化、磨合、调整，进而进入到正常、稳定的使用状态，这个状态中换刀系统的故障发生率相对来说较为稳定，偶尔会产生一些故障，但也是因为外界因素的影响而产生的。而耗损故障则是因为车床在长期使用中没有得到有效的维护和保养，进而在一段时间的使用之后产生故障，这些故障的发生率随着时间的增加不断提升。
1.1 定位误差
定位误差是数控车床换刀系统中的主要故障之一，它的出现主要可以分为两个不同的层次。首先，在当前霍尔元件定位中，因为电动机与刀位出现误差，使得定位卡销与卡槽之间出现了一定的差异，进而影响到整个换刀系统的定位。这种误差的出现主要是因为定位霍尔元件的位置出现了变动，甚至是定位弹簧出现了一定的故障。
1.2 刀位与预计不符
数控车床换刀系统在正常的运行当中，数控换刀系统之所以能够正常运转，主要是因为固定磁铁的限制。而在一定情况下，一旦霍尔元件接触到磁铁，那么磁铁必然会发出一定的电平，这些电平信号在发出后，该传递系统随之停止转动，并反馈出相关信号，及时控制刀架紧缩和夹紧。当此类对应的霍尔元件在出现故障之后，其信号回传通道也随之产生故障，最终导致整个刀位与预计不符。
2 数控车床换刀系统故障维修实例
下面我们通过介绍几种常见的数控车床换刀系统的故障现象、产生原因和排除方法，从而为相关工作人员提供参考。
2.1 实例一
2.1.1 故障分析
某机械加工企业在工作中采用了CAK6150数控车床，在车床上设置了6个刀位刀架。在车床正常运行的时候，6个刀架一直处于不停旋转状态，一直到换刀延迟报警之后才得以更换。就此类故障分析，这类故障一般都不会对车床产生任何形式的破坏。这种结果是我们根据多次反复演示得出的结果，因此在手动方式下进行换刀操作发现，该不同型号的刀具在换刀系统中操作要求严格，一旦产生刀号与换刀系统型号不符，整个换刀系统马上停止运行，换刀系统随之产生松弛状态。此类故障的原理主要是由系统发出换刀指令，再由可编程控制器判断换刀系统的刀型号并发出相应的换刀信号、然后正在运转的继电器产生动作，松开刀架、旋转刀位并反转继电器。
2.1.2 故障排除
根据以上分析，首先检查发讯盘：该刀架传动部分采用同步齿形带，手动操作齿形带，使刀架先后换成1-6号刀并锁紧，检查6个霍尔元件反馈线电压状态，发现3号刀对应的反馈线电压始终为2V左右（正常为17 V或者0.8 V），怀疑发讯盘对应3号刀的霍尔元件损坏。更换发讯盘后故障依旧，初步排除发讯盘故障可能。查看机床电路图，发现从发讯盘到电气柜中间有接线盒，位置在冷却液管下方，怀疑是接线盒内进入冷却液后造成短路。拆开接线盒，清理并吹干后发现故障仍不能排除，至此基本断定为该连接线路中某处破线造成短路，刀架连接电缆中有两根线为备用线，换其中一根备用线后机床换刀恢复正常。
2.2 实例二
一台某机床厂生产的cAK4085di数控车床，配FANUC 0i-MATE.TC数控系统，刀架为WD系列6刀位刀架。使用中出现刀架不换刀，同时报警“刀架未锁紧”。
2.2.1 故障分析
分别尝试手动方式、MDI方式、自动方式换刀，刀架均无动作。检查刀架实际状态为锁紧状态。查看电气图后打开电气柜检查刀架强电电路发现断路器断开，合上断路器后重新尝试换刀，并检查其电流：刀架正转接触器正常动作，随后断路器再次断开，并且电流超过正常值。由此判断可能其机械负载过大，某处发生机械卡死。结合出现的报警"刀架未锁紧"，分析其故障原因可能是以下一种或多种情况： （1）刀架锁紧开关故障或位置变动（固定螺钉松动造成开关后移）；（2）刀架锁紧信号线断路。
2.2.2 故障排除
根据以上分析，首先检查输入到PLC的刀架锁紧反馈信号以排除是否是PLC问题：换刀指令执行后直到出现报警"刀架未锁紧"，经测量该信号始终为低电平，初步排除PLC问题。接下来排查故障原因（1）、（2）：打开刀架尾盖，如图3所示，观察刀架锁紧微动开关是否被压下以及连线是否完好，发现连接线中的一根已经脱落，至此确定是由于刀架锁紧信号线断路造成系统无法接收到刀架锁紧信号，从而换刀后出现"刀架未锁紧"报警。将该连接线重新焊接，测试换刀功能，仍出现过载保护器（断路器）跳闸现象，说明仍有机械过载现象，判断是由于刀架锁紧信号断线致使刀架电机反转无法停止而导致刀架锁得过紧卡死，从而使过载保护器（断路器）跳闸，此时可用榔头轻轻敲击刀塔（朝刀塔松开方向）。经以上处理后系统换刀恢复正常。
结束语
根据以上实例可以看出：（1）数控车床刀架换刀故障以电气原因为主，故障诊断时应在分析其换刀动作及原理基础上，根据系统自诊断报警功能所提供的信息，分析换刀动作執行到哪一步骤后停止，来进一步缩小故障原因范围，然后根据故障现象列出造成该故障的所有可能原因，并分析其可能性大小，最后根据排除故障的基本原则逐个进行排查。（2）应充分重视故障分析在维修中的作用。充分的故障分析可以快速、准确确定故障原因，尽管此项工作往往比故障的修复更加困难，耗费的时间也更多。
参考文献
[1]周炳文.实用数控机床故障诊断及维修技术500例[M].北京：中国知识出版社，2006.
[2]尤东升.数控机床故障诊断与维修[M].成都：电子科技大学出版社，2007.
[3]孙伟.数控设备故障诊断与维修技术[M].北京：国防工业出版社，2008.
[4]侯晓方.数控车床电动刀架故障诊断与维修[J].机床与液压，2010，38（16）：91-92，71.