刀架系统故障实例与诊断优化方案

【例1-30】 瑞士SCHAUBLIN公司生产的SCHAUBLINl10数控车床，数控系统为FANUC 0TC系统。刀架旋转失控故障。

故障现象：加工中突然出现转塔刀架旋转失控现象。发生故障时转塔刀架可能旋转多圈而不能停止到位，且故障时有时无，没有规律。发生故障时，有时会显示444号（提示内容为第四轴伺服系统故障）或410号（提示内容为第四轴停止位置偏差大于程序设定值）报警。

故障检查与分析：故障现象不仅时有时无，且在手动状态下运行时，每点动一下，转塔刀架往往连续运转多步而不停，且不论正、反向均如此。并且随着时间的增加，故障的频率增加很快，只是偶然能正常工作。根据有时出现的444号报警与410号报警提示，可确定为转塔刀架运动系统故障无疑。经现场仔细观察，发现转塔刀架正常工作的一个全过程为：接收到转位信号→转塔刀架弹起→转过一个刀位（仍在弹起状态）→转塔刀架落下复位（准备执行下一个转位动作）。而故障状态下的运行过程为：接收到转位信号→转塔刀架弹起→转过多个刀位一直不落下。根据故障现象分析，不论有无故障发生，其转塔刀架转位信号的接收都是正常的，且与转塔刀架旋转方向无关。同时观察到在走参考点时，PLC中X3073.0显示正常，因此可以排除参考点传感器SB141、转塔刀架旋转方向动作控制（旋转方向控制仅在手动状态下有效）和转塔刀架转位信号的传输故障，应把重点放在与转位动作有关的几个元件上。首先，仍采用传统的方法，即观察PLC中各元件动作的信号显示来帮助确定故障部位。由于该故障时有时无，正好有可能为我们提供正常和异常两种情况下的信号状态。表1-1列出了转塔刀架各转位元件在上述两种情况下的信号状态。

表1-1 信号状态

从表1-1中可以看到，在转塔刀架弹起和转塔旋转（弹起状态）两个动作中，正常和异常的信号状态区别在于X3073.5（SB143）和X3206.1（YV243）两个元件状态均处于异常情况。而YV243（电磁阀）是一个输出执行元件，它的动作受输入元件（SB143）的状态控制。所以问题的关键是进一步确认SB143（转塔刀架锁定传感器）的工作状态是否正常。拆下转塔刀架端子板X81的一上盖板上的4只螺钉，卸下盖板，可见到转塔刀架3个位置传感器SB141、SB142、SB143和接线端子X81。

首先在手动状态下点动转塔刀架，可观察到三只位置传感器根部的LED显示，判断出其工作基本正常（只是SB143在输出高电平时LED显示较亮，而输出低电平时LED显示有时较暗一些）。为了进一步确定其工作状态，用万用表测量接线端子X81上的2、5两端电平，发现当SB143上LED显示较暗时其5端输出仍为高电平（正常状态低电平输出时LED应不发光，而不是较暗）。至此，转塔刀架锁定传感器SB143工作异常。拆下SB143检查，证实其确已损坏。

由此可见，本例故障的关键是由于转塔刀架锁定传感器SB143工作异常不稳定。当其失效时，输出不受机床动作的控制，而一直输出高电平，这就迫使电磁阀YV243（位于机床左侧上部的阀门组件板上）长期通电不能释放，最终导致转塔刀架不能落下复位。

故障处理：更换传感器SB143后故障排除。

【例1-31】 济南第一机床厂的MJ-50数控车床，所配系统为FANUC 0TC。刀架转位不正常故障及排除。

故障现象：在机床调试过程中，无论手动、MDI或自动循环，刀架有时转位正常，有时出现转位故障，刀架不锁紧，同时“进给保持”灯亮，刀架停止运动。

故障检查与分析：该转位刀架是济南第一机床厂的专利产品，是液压控制夹紧、松开，由液压马达驱动转位的。因此，刀架有机械问题的可能性很小。

应确认转位刀架PLC控制程序有问题，尤其是刀架控制程序中延时继电器的时间设定不当，有可能出现这种故障。因为刀架装上刀具以后，各刀位回转的时间就不一样了，有可能延时时间满足了回转较快的刀位，而满足不了回转较慢的刀位，出现转位故障，不过这种故障是有规律可循的，而这台机床转位刀架故障找不到这种规律。根据每次转位刀架出现故障时，“进给保持”灯亮这一点，从PLC梯形图上分析，反推故障点，但查不到原因。机床厂提供的两年前PLC梯形图上，“进给保持”灯与转位刀架故障信号无关。显然，机床厂提供的这份PLC程序梯形图与机床实际控制程序不符。

由于程序与梯形图不符，无法分析，只能完全依靠I/O诊断画面来分析故障原因。在反复手动刀架转位中，我们逐渐找到了规律，那就是奇数刀位很少出故障，故障大多发生在偶数刀位且无规律可循，为此，重点查看刀架奇偶校验开关信号X14.3，发现在偶数刀位时，奇偶校验开关信号X14.3时有时无，于是断定找到了故障原因。因为该刀架设计为偶数奇偶校验，在偶数刀位时，如果奇偶校验开关X14.3有信号，奇偶校验通过，刀架结束转位动作并夹紧；如果X14.3无信号，则奇偶校验出错，发出报警信号，“进给保持”灯亮，刀架不能结束转位动作，保持松开状态。而在奇数刀位时不受奇偶校验影响，因而转位正常。

故障处理：拆开转位刀架后罩，检查奇偶校验开关及接线均正常，接着检查由开关到数控系统I/O板的线路，发现电箱内接线端子板上X14.3导线与端子压接不良，导线在端子内是松动的，重新压好端子，故障排除，刀架位正常。

【例1-32】 中国台湾大冈TNC-20N数控车床，系统型号为FANUC 0T。刀库刀具编码混乱故障处理。

故障现象：该机床发生碰撞事故后，刀架在垂直导轨方向上偏差0.9mm，刀架在原方向上旋转90°，用另一组定位销定位刀架后，偏位故障排除，但刀塔转了90°。刀具号在原刀号上增加了“3”，即选择一号刀时实际到位刀是四号刀，这使操作工极易产生误操作。

故障检查与分析：该刀架的换刀过程如下：选择刀号发出换刀指令→NC选择刀架旋转方向→刀架旋转→编码器输出刀码→要换刀具到位，PLC指令刀架定位销插入→刀架夹紧。

最终选择的刀具是由编码器输出刀码决定的。重新安装刀架时转90°后定位。而编码器并没有旋转，还停在原来的刀码位置，这是造成乱刀的原因。

故障处理：由于编码器输出4位开关信号，PLC以二进制码对刀具绝对编码，改PLC程序可以调整刀码，但要请机床制造厂家来完成，花费大，维修周期长，此法不考虑。

除此之外采用以下两种方法均可使刀号调整正常：一是让刀架固定在某刀具号A上，脱开编码器与刀架驱动电动机之间的齿轮连接，旋转编码器使其编码与刀架固定的刀号A^一致，再将编码器与刀架连接即可；二是固定编码器输出某个刀具编码A，脱开编码器与刀架驱动电动机之间的齿轮连接，拔出刀架定位销，用手盘动刀架，使指定刀号与编码号一致。采用上述第一种方法时，由于编码器在约15°范围内转动时，输出码不变化，均与指定刀码一致，所以往往要多次调整其位置才能使刀架准确定位。采用第二种方法时，刀架是靠定拉销插入定位槽来定位，每个指定刀位对应一个定位槽，一次即可完成定位。

用上述两种方法时，系统起动，但急停开关一定要按下，以防发生事故。

【例1-33】 数控车床，出现报警2007“TURRET INDEXING TIME UP”（刀塔分度超时）。

数控系统：FANUC 0TC系统。

故障现象：刀塔旋转起动后，刀塔旋转不停，并出现2007报警，指示刀塔旋转超时。机床复位后，刀塔旋转停止，但出现报警2031“TURRET NOT CLAMP”（刀塔没有卡紧），指示刀塔没有卡紧。

故障检查与分析：观察故障现象，发现刀塔根本没有回落的动作，根据刀塔的工作原理和电气原理图，PMC输出Y48.2通过继电器控制刀塔推出电磁阀。因此，首先怀疑数控系统没有发出刀塔回落命令，但利用DGNOSPARAM功能观察PMC输出Y48.2，在刀塔旋转找到第一把刀后，Y48.2的状态变成0，说明刀塔回落的命令已发出，检查刀塔推出电磁阀的电源已断开，但刀塔并没有回落，说明电磁阀有问题。

故障处理：更换新的电磁阀，故障排除。

图1-14 PMC输入X2.6的连接图

【例1-34】 数控车床，出现报警2031“TURRET NOT CLAMP”（刀塔没有夹紧）。

数控系统：FANUC0TC系统。

故障现象：刀塔旋转后出现2031报警，指示刀塔没有夹紧，不能进行自动加工。

故障检查与分析：因为报警指示刀塔没有夹紧，所以，首先对刀塔进行检查，发现已经夹紧，没有问题。根据机床工作原理，如图1-14所示，刀塔夹紧是通过开关PRS13检测的，接入PMC输入X2.6，利用系统DGNOS PARRAM功能检查PMC输入X2.6的状态，发现为0，PMC没有接收到夹紧信号。怀疑可能是检测开关有问题，将刀塔后盖打开，检查检测开关，确实有问题。(www.xing528.com)

故障处理：更换夹紧检测开关，机床恢复正常。

【例1-35】 南京机床厂FANUC 0T系统刀架奇偶报警的排除。

故障现象：刀架奇偶报警。

故障检查与分析：该机床为南京机床厂生产的数控车床，其控制系统采用FANUC0T系统。机床在使用过程中发生刀架奇偶报警，奇数刀能定位，而偶数刀不能定位，此时，机床能正常工作。从宏观上分析，FANUC0T系统无故障。从机床电气线路图上看，从机床侧输入PLC信号中，角度编码器有5根信号丝，见图1-15。

图1-15 回转刀架二进制码

这是一个8421编码，它们分别对应PLC的输入信号X06.0、X06.1、X06.2、X06.3、X06.6。在刀架的转换过程中，四个输入信号根据刀架的变化而进行不同的组合，从而输出刀架的奇偶信号。根据故障现象，若当角度编码器最低位634号线信号恒为“1”时，则刀架信号将恒为奇数，而无偶数信号，故产生报警。根据上述分析，将CRT上PLC输入参数调出观察，该信号果然恒为“1”。而其余4根线的信号，则根据刀架的变化情况或“0”或“1”。检查NC输入电压正常，证实了角度编码器发生故障。拆开角度编码器，绘制出其电气原理图（部分），如图1-16所示。

图1-16 角度编码器电气原理图（部分）

根据电路图可以看出，634号线与集成电路块UND2984A的14脚直接相连，检查该集成电路块，14脚信号输出恒为“1”，说明集成电路损坏。

故障原因：集成电路块UND2984A损坏，使其14脚输出信号不管刀架怎样变化均恒为“1”，从而造成上述故障。

故障处理：更换一新的集成电路块后，故障排除。

【例1-36】 沈阳SK630数控车床刀架故障的处理。

故障现象：换刀时，刀架转几周后才能定位到所需的刀号位置。加工时刀架一边换刀，一边按程序编的轨迹运动。

图1-17 刀架换刀流程

故障检查与分析：沈阳第三机床厂生产的SK630型数控车床是两坐标连续控制万能型CNC车床，其控制系统为FANUC 5T系统，刀架采用继电器逻辑控制，电动换刀和行程开关编码。由于继电器逻辑控制方式可靠性差，易出故障，我们用日本产OMRON C20P型可编程序控制器对其进行了电气改造。改造后，提高了机床的工作效率，增强了机床的可靠性。

由图1-17所示刀架换刀流程可知，数控柜发出的信号经由PLC来控制刀架电动机，因此，引起刀架失控的原因可能有以下几方面：①CNC通过PLC发出误动作信号，CNC来的信号通过PLC内部运算后，由输出端输出控制中间继电器，再由中间继电器控制接触器来控制刀架电动机，用PC编程机观察可编程序控制器PLC的输入/输出点均正常，说明CNC并没有发出错误信号；②PLC程序有误，用同①的检查方法，对照PLC的梯形图，反复观察PLC的输入/输出信号均为正常，说明PLC的程序无误；③用万用表测量刀架电动机在执行换刀程序时PLC的输出电压，发现此时电压值属正常，但换刀电压保持时间过长，使刀架不停地旋转，这可能是中间继电器有问题，换上备用中间继电器后，试车发现故障仍然存在；④打开刀架体后盖，反复观察刀架的运动，发现KX1由于冷却水透进，有生锈现象，用万用表测量发现常开触点时断时闭，换上备用KX1后第一故障排除，第二故障仍旧；⑤观察刀架的夹紧动作，发现刀架在反转夹紧过程中，将KX2压得过紧，经测量发现开关弹簧已压坏，其常开触点成为常闭触点。在此情况下，无论刀架是转位还是夹紧，都给PLC输入一个刀架夹紧符合信号（FIN），使得机床在运行程序时出现边走直线运动、边转刀的危险现象，这是要特别注意的。换上新KX2，并将其位置调整适中，第二故障排除。

【例1-37】 一台数控车床出现报警2007 TURRET INDEXING TIME UP（刀塔分度超时）。

数控系统：FANUC 0TC系统。

故障现象：这台机床第一次出现故障，在旋转刀塔时，出现2007报警，指示刀塔旋转超时。

故障检查与分析：观察故障现象，在起动刀塔旋转时，刀塔根本没有旋转。根据刀塔旋转的工作原理，起动刀塔旋转时，首先刀塔浮起，然后进行旋转。

刀塔推出电磁阀是由PMC输出Y48.2通过直流继电器控制电磁阀YV7完成的，如图1-18所示。利用系统DGNOSPARAM功能观察PMC输出Y48.2的状态，在起动刀塔旋转时，其状态变为“1”，没有问题，但电磁阀上没有电压，可能是继电器K7损坏，但更换继电器K7后，并没有解决问题，而检查K7的触点确实没有吸合，检查继电器板上K7线圈上的电压只有16V左右，电压过低，再检查继电器板上端子P24V的电压时也为16V左右。为此查找电压低的故障原因，发现整流电源上的电源输出端子虚接，造成接触不良。

图1-18 刀塔推出电气控制原理图

故障处理：将电源端子紧固好后，机床故障消除。

【例1-38】 一台数控车床出现报警2048 TURRET ENCODER ERROR（刀塔编码器错误）。

数控系统：FANUC 0TC系统。

故障现象：这台机床第一次出现故障，旋转刀塔后，出现2048报警，指示刀塔编码器有问题。

故障检查与分析：根据机床工作原理，这台机床使用编码器检查刀塔的刀号，编码器采用8421码对刀号进行编码，刀号的8421码接入PMC的X6.0、X6.1、X6.2、X6.3、X6.4，刀塔转换信号接入PMC的X6.5，首先用DGNOS PARAM功能检查X6.5的状态，发现变化异常，这种现象表明编码器位置可能有问题，需要调整。将刀塔拆开，对编码器进行调整，发现刀号变化和X6.5的变化都不正常，说明编码器有问题。

故障处理：因为没有备件，将编码器拆开进行检查，发现内部有很多油将码盘部分遮盖了，所以使编码器工作不正常，用清洗剂将编码器清洗，安装好后调整好位置，重新开机，机床故障消除。