数控车床电动刀架的安装调试与常见故障的排除

机械化工科技风

2021年

1月

DOZ10.19392/j. cnki. 1671-7341.202102079

数控车床电动刀架的安装调试与常见故障的排除

陈坚

1赵玉凤

2

1.中航航空高科技股份有限公司 江苏南通

2260012.南通理工学院 江苏南通

226001

摘 要：

本文叙述了数控电动刀架结构和工作原理、与FANUC Ot Mate

系统连接的三个步骤：电气原理图的设计、PLC

程

序设计、参数设置；同时还讲述了常见故障的一般排除方法。

关键词：

电动刀架的安装调试;FAN'C Ot Mate

；常见故障排除

LDB4系列电动刀架采用蜗轮蜗杆转动，三齿盘啮合螺

杆锁紧，具有转位稳定、免抬等优点，运用蜗轮蜗杆、三齿盘

啮合等机构,在工作的时候，上刀体不需要抬起,这样在刀架

转位的时候,不存在受冷却液和切削力的影响。

我们在使用数控机床时，区别于以前的手动控制，希望

工作时间和工作辅助时间减少,这样我们需要每一个工序尽

量快一些，在工艺安排上，尽量一次装夹完成多道工序，这样

不仅可以节省时间，还可以提高精度，同时需带有自动换刀

装置。数控车床上的电动刀架是一种最简单的自动换刀装

置，一般可分为立式和卧式两种规格：

1'2] #

一、 电动刀架

（一） 工作原理

LDB4系列电动刀架接收数控系统的换刀信号以后，继

电器开始工作，电动刀架开始选刀，选刀过后，电动机正转，

此时，通过蜗杆、蜗轮、螺杆将销盘上升至一定高度时，离合

销进入离合盘槽，离合盘带动离合销，离合销带动销盘，销盘

带动上刀体转位，当上刀体转到所需刀位时，磁钢感应霍尔

元件，电路发出到位信号，电机反转，反靠销进入反靠盘槽,

离合销从离合盘槽中爬出，刀架完成粗定位。同时销盘下降

端齿啮合,完成精确定位，刀架锁紧。反转时间到，继电器动

作电机停止-

3]。

（二） 刀架工作路线

接收换刀指令一电动机开始正转一销盘带动上刀体转

位一转动确定位置指令一电动机开始反转一刀架完成粗定

位一开始精定位锁紧一时间到，电动机停转一回复指令一加

工开始

（三） 刀架工作要点

（

1）刀架采用三相

380V刀架电机，刀架连续运行时，换

刀不能过于频繁,

1分钟不超过

6次，换刀过于频繁容易烧坏

电机。（

2）在精定位锁紧时，一般时间为

1.2~1.3秒。锁紧

的时间如果比较短,可能会出现不能很好的锁紧，如果锁紧

的时间置过长会使电机温升过高而损坏电机。所以在每台

刀架的合格证上都需要注明刀架的准确锁紧时间。（

3）接线

时，防止短路。

二、 数控刀架与

FANUC Oi Mate系统连接的三个步骤

（一）电动刀架的电气连接设计

电气线路的主电路为电机正反转控制线路，刀架的换位 和锁紧动作分别由电机的正反转控制实现。一般情况下，为

了实现过载保护，保护电路，在主电路中串联一个热继电器,

同时为了交流接触器在工作时产生电弧而延迟了电路的开

断、缩短了电器使用寿命，在交流接触器出线口并上一个三

相灭弧器起到灭弧作用。控制电路如下图所示，刀架内部

4

个侦测当前刀位的开关（霍尔元件）信号是低电平，而

FANUC系统的

PLC的输入端是高电平有效，由于是

OC门输

出，为了得到高电平，每个传感器连接了

1.8KQ的上拉电

阻，也可以通过中间继电器将低电平有效转换为高电平有

效，但会增加成本。

PLC的输出连接了两个中间继电器，一

个正转，一个反转,直接控制正反转接触器线圈⑴#

X7. 1X20・ 5X7. 2

ov\ SQ1：Rl|

SQ2ZR2[

SQ3匚R3[

SQ4r]

+24V

控制电路图

（二）PLC

程序设计

FANUC Ot MATE系统，与其他国内系统如广数系统或国

外系统如西门子系统等不同，这些数控系统大部分在出厂时

就已经预装了涵盖常用功能的

PLC程序，而

FANUC系统没有

预装

PLC程序,所有的功能控制都必须通过

PLC编程软件

FANUC LADDERm V5.7进行设计，然后再传输到系统中。

电动刀架控制部分

PLC设计过程简述：

（

1 '将四个刀架到位输入信号

X7.0、

X7. 1、

X7.2、

X7.3

进行赋值到内部继电器

R21 • 1、

R21 • 2、

R21.3、

R21.4（刀架到

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位停止时刀位号地址)和内部继电器

R22.2、

R22.3、

R22.4、

R22.5&手动换刀时下次到达的刀位号地址)中；

(

2) 在手动方式执行手动换刀时，将内部继电器

R22中

的值通过功能指令

MOVE逻辑乘数据传送到内部继电器

R25 中；

(

3) 将手动方式刀架正转按键输入信号

X20.5进行处理,

转换成内部继电器

R24.2,当

X20.5为“

1 ”信号时,

R24.2就变

为“

1”信号，且自保,当出现刀架反转信号

R26.3为“

1”信号、

急停报警或机床复位等信号时,

R24.2就变为“

0”信号；

(

4) 在手动换刀时，通过功能指令

COIN —次性检测，将

内部继电器

R21中的值与内部继电器

R25中的值进行比较，

即将所需到位的刀具号与刀架换刀到位后的刀位号进行比

较,如果一致内部继电器

R23. 1变为“

1”信号；

(

5) 在自动执行

T功能时，将刀具功能代码信号

F26通

过功能指令

DECB进行二进制译码，将译码结果存在内部继

电器

R20 (

T1、

T2、

T3、

T4 分别对应

R20. 1、

R20. 2、

R20. 3、

R20.4)中；

(

6) 在自动执行

T功能时，通过功能指令

COIN —次性

检测,将内部继电器

R21中的值与内部继电器

R20中的值进

行比较，即将所选的刀具号与刀架换刀到位后的刀位号进行

比较,如果一致内部继电器

R23.0变为“

1 ”信号；

(

7) 在自动方式(或

MDI方式)执行

T功能或手动方式

手动换刀时进行逻辑处理,使刀架正转输出信号

Y7.0,同时

导出刀架正转指示灯信号

Y20. 5 ,当自动换刀到位信号

R23. 0为“

1”信号、刀架反转输出信号

Y7.1为“

1”信号、刀架

正转停止信号

R26.0为“

1”信号、急停报警或机床复位等信

号时,

Y7.0就变为“

0”信号；

(

8) 在自动方式(或

MDI方式)执行

T功能或手动方式

手动换刀后，刀架正转开始，当自动换刀到位信号

R23.0或

手动换刀到位信号

R23. 1为“

1”信号时，经过逻辑处理，导岀

刀架正转停止信号

R26.0为“

1”信号；

(

9) 将刀架正转停止信号

R26. 0进行逻辑处理后,再通

过功能指令

TMR14定时器，导出刀架反转开始信号

R26.2；

(

10) 在自动方式(或

MDI方式)执行

T功能或手动方式

手动换刀时进行逻辑处理，导出刀架反转输出信号

Y7. 1,同

时导出刀架正转指示灯信号

Y20.6，当反转锁紧时间结束信

号

R26.3为

T信号时,

Y7. 1就变为“

0”信号;

(

11) 将刀架反转输岀信号

Y7.1进行逻辑处理后,再通过

功能指令

TMR15定时器，导出反转锁紧时间结束信号

R26. 3 ；

(

12) 在自动方式(或

MDI方式)执行

T功能，通过功能

指令

TMR16定时器，导出换刀超时信号

R26.4,这个信号并

入系统报警信号中；

(

13) 最后经过逻辑处理，导出自动换刀结束信号

R2& 2,

并入结束信号

G4. 3,以便程序自动运行下段程序。

(

三)PLC

参数设置

当刀架使用时间长了，间隙变大之后,为了方便维修，可以

通过调整刀架锁紧时间来进行调整间隙，在

PLC中使用功能指

令

TMR定时器，而没有使用功能指令

TMRB固定定时器。这些

定时器的时间在系统参数中的

T参数中可以设置或修改，其中T14 设为

500ms ,

T15 设为

1200ms ,

T16 设为

5000ms。

三

、 常见故障及排除方法

由于电动刀架在数控车床的使用和加工过程中，利用频

率较高，出现故障的几率也较大，刀架的运转好坏及其稳定

性关系到机床是否能够正常运行，从而影响生产及降低效

率。下面就本人在现场调试以及平时对数控车床使用单位

的服务过程中，遇到刀架出现的常见故障，以及所采取的排

除方法介绍如下：

(

一)

给出任意换刀指令，

刀架转个不停

当给出任意换刀指令时，出现刀架转个不停，表示刀架

只接受换刀指令,而检测不到刀位信号，也就是说霍尔元件

未发出信号,经检查霍尔元件所需

DC24V电源正常,霍尔元

件也正常，磁钢片与霍尔元件位置也正确，至

I/O 口连接线

等都完好，最后将磁铁位置和极性进行调整，原来是磁钢片

装反，更换后刀架选刀正常。上述故障是因为磁铁的极性不

对,而感应不到相应的刀号发出正确的信号造成的。

(

二)

刀架换刀时,

发出急停报警

对于我公司的数控车床，将刀架的热保护继电器常闭信

号串载于急停回路中，当出现刀架反转或机械卡死或缺相

时，堵转电流急剧增大，热保护继电器断开，引起急停报警,

机床停止动作，无法换刀。通过对线路进行检查校正，检查

刀架机械连接部分，刀架使用正常。

(

三)

电动刀架锁不紧

故障原因分析及处理方法:(

1)刀架反锁时间不够长:调

整系统反锁时间参数即可

(新刀架反锁时间

t= 1.2—1.3s即

可)；(

2)刀架电机正反转接触器的接线接触不良；(

3)机械

锁紧机构故障:拆开刀架，并检查传动销是否折断，蜗轮、蜗

杆副是否磨损，中轴是否断裂等,调整或更换相应机械部件。

(

四)

刀台换刀位时不到位或过冲太大

主要是由于电机未反转或机械传动卡死的原因导致的,

还可能是发信盘位置没对正，要使刀架的霍尔元件对准磁

钢，使刀位停在准确位置。

四

、 结语

电动刀架是数控机床中比较小的一个部件,但其中涉及

到电气线路、

PLC控制、机械结构等多个方面的内容。在安装

调试电动刀架过程中，可能会出现这样那样的故障，这就需要

安装调试人员相互配合，认真研究电路及信号控制过程、机械

结构，根据故障现象仔细分析、检查，便能及时有效地定位故

障源头，迅速排除故障，完成刀架的安装调试工作

-T。

参考文献

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机床电

器,2010,37(06) .10-11.

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宋健，

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北京：

机械工业出版社，

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