徐善伟
（晋中职业技术学院，山西 晋中 030600）
摘要：以意大利BARUFFALDI TS／12为例说明刀塔的工作原理，并分析在维修中如何利用换刀过程的流程图迅速顺利地找到故障点，及时排除故障。
关键词：数控机床；刀塔；流程图中图分类号：TG659
1 刀塔的结构及工作原理
意大利的BARUFFALDI和德国的SAUTER刀塔是世界上几家有名的刀塔公司，在数控车床上得到大量的使用。意大利BARUFFALDI TS／12刀塔结构示意图如图1所示。
本刀塔采用三联齿盘作为分度定位元件，由电动机驱动后通过一对齿轮和一套行星齿轮系进行分度传动。工作过程如下：CNC发出转位信号后，刀塔电动机制动器松开，电动机开始按规定方向旋转（就近选刀），通过齿轮2和3带动行星齿轮4旋转，这时分度主轴13由于端齿盘还未脱开而处于锁紧状态，驱动齿轮18不旋转，行星齿轮4带动空套齿轮5旋转，空套齿轮5带动滚轮架16转过预分度角度，使端齿盘后面凸轮松开，弹簧15使双联齿盘14向右移动，从而使三联齿轮相互脱开；滚轮架16受到端齿盘后面的键槽限制停止转动，这时空套齿轮5成为定齿轮，行星齿轮4通过齿轮18带动主轴13旋转，实现转位分度；当刀塔转到预选位置前一位置时，编码器20发出信号，电磁铁8获电动作，将预分度销子9压入主轴13的凹槽中，预分度接近开关7给电动机发出信号，电动机停转，主轴13停止转动，电动机经过延时开始反向旋转；通过齿轮2和3，行星齿轮4和空套齿轮5带动滚轮架16反转，滚轮压紧凸轮，使端齿盘向前移动，端齿盘重新啮合，这时锁紧开关6发出信号，切断电动机电源，制动器获电制动电动机，电磁铁断电，销子9被弹簧弹回，转位工作结束。
2 刀塔换刀流程
BARUFFALDI TS／12换刀流程图如图2所示。
根据刀塔换刀流程，很容易判断换刀动作下一步需要满足什么样的条件才能运行，为我们维修提供了很好的参考信息。
3 刀塔故障维修实例分析
3.1 实例一
长城机床厂生产的长城786数控车床在使用过程中出现在换刀时刀塔旋转不停止，一直等到报警1040（换刀时间太长）为止。
根据流程图可知：只有当刀塔的预分度接近开关有了信号以后电动机才停止。故障的现象是刀塔电动机旋转不停，可以判断一定是预分度接近开关没有信号。刀塔预分度接近开关没有信号可能有以下几种情况：
(1)电磁铁线圈没有产生磁力，导致预分度销子不动作，预分度无触点接近开关没有感应到销子的动作。电磁铁不产生磁力的原因有可能是供给电磁铁的DC 24 V电源损坏；也可能是电磁铁断线或者电磁铁线圈烧毁；还有可能是控制电磁铁得电的中间继电器有故障，即使有了输出信号，输出也只是到继电器这里，电磁铁还是没有得电。找到电磁铁线圈的两端，使用万用表测量其电阻，正常电阻一般为20Ω左右，也可以带电测量两端电压，正常电压为DC 24 V。
(2)可能是弹簧太硬，电磁铁的吸力不足以压下去预分度定位销，所以没有预分度信号输出。这种情况一般都是由于刀塔使用时间很长，弹簧出现了弹性不够，预分度定位销被电磁铁吸入以后靠弹簧的弹力已经弹不出来，因此换刀时刀塔就不会旋转。需要更换弹簧，这时候很容易出现这种故障。
(3)预分度开关坏，即使定位销到位，预分度接近开关也感应不到信号，所以就没有信号的输入。这个可以从PMC诊断画面找到相应的诊断号，手指按住定位销，使其上下移动，看诊断号是否有“1”和“0”的翻转。“1”代表预分度开关有感应，而“0”“1”和“0”代表没有感应到信号。
这几种情况在实际生产中都出现过，在维修过程中需要结合刀盘控制的具体图纸和PMC信号进行相应的检查，以便准确判断出故障的原因，并迅速地排除故障。
3.2 实例二
某数控车床换刀时刀塔不旋转，但是能听到电动机有旋转的声音，直到机床出现报警：预分度销没有复位。起初按RESET键能够恢复，使用时间长了以后机床一开机就可能出现预分度销没有复位报警的状况。刀塔电动机旋转的条件是：刀塔电动机制动装置松开，而且预分度销不在定位孔中。经检查发现机床一开机预分度电磁铁就得电，预分度销就插入到定位孔中。打开PMC诊断画面，看到电磁铁得电的输出信号没有，控制电磁铁得电的中间继电器没有带电，判断是控制电磁铁的中间继电器故障，仔细检查是中间继电器的常开触点粘接在一起。由于中间继电器使用时间较长，继电器的触点已经失去复位能力，使得常开触点一直闭合，因此开机就报警，换上新的中间继电器后刀塔恢复正常。
3.3 实例三
某数控车床换刀时经常出现换错刀位，有时候还旋转不停，直到出现报警才停止。综合以上两个现象，根据流程图判断出是编码器故障，因为刀号是由角度编码器控制的，只有到目标位置电动机才停止旋转。打开PMC诊断画面，在手动旋转编码器时，编码器的信号不翻转，检查DC 24 V电源没有问题，所以判断是编码器本身的问题，更换新的编码器后故障消除。
3.4 实例四 ．
某数控车床在换刀时正转换刀正常，反转时换刀有时不到位，有时正常。由流程图可以看出，由于正转没有问题，可以判断编码器和所有的接近开关都没有问题，正转和反转的区别仅仅在于是由不同的接触器控制。打开电气柜，观察到接触器吸合也很正常，但是用万用表测量发现控制反转的接触器电压明显低于控制正转的接触器电压，怀疑是接触器触点碳化所致，换上新的接触器后刀塔恢复正常。
3.5 实例五
台湾大岗数控车床，换刀时出现刀塔需锁紧的报警。报警时手动转刀塔转不动，证明机械位置其实已经到位，由流程图可以看出，报警仅仅是刀塔锁紧接近开关没有信号，数控系统认为刀塔没有锁紧而导致报警，因此可以判断是锁紧接近开关出了问题，但是拆开刀塔，用铁片去感应锁紧接近开关，在PMC诊断画面该信号有“1”和“0”的翻转，证明接近开关正常，仔细观察发现是开关松动，换刀时有震动，接近开关离感应块较远，超出感应距离，调整好接近开关位置，锁紧螺帽，刀塔恢复正常。
4 总结
在数控车床维修中刀塔故障时有发生，如果能很好地利用流程图去判断问题，就会使我们少走弯路，节约大量维修时间，也为机床的正常生产提供帮助。所以我们在维修中要充分利用流程图和时序图去分析故障点，同时需要很好地利用系统的自诊断功能和PMC诊断画面或者动态T形图，综合分析、判断，才能迅速排除故障。
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