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摘要：现代制造业中，数控机床以先进的加工技术取代传统的加工技术，有效地降低生产和管理成本，提高了加工工件的精度和質量。随着数控机床的普及化应用，机床维护也成了机电一体化专业学生必须掌握的重要技能。在对数控机床故障分析和盘查过程中，通过GSK980TA系统提供PMC维修界面的信号状态查询、系统提供的各种监控诊断方法，分析自动换刀装置电气控制原理和电动刀架停不下来的常见故障，达到最快捷、最有效的机床维修效果。
关键词：GSK980TA系统；LDB4型立式自动换刀装置；霍尔传感器；发信盘；人机界面；刀架旋转停不下来 故障检修
前言
掌握数控机床的原理及应用、快速地排除加工过程中机床的机械和电气故障，可以保证数控机床安全、可靠、有效地进行自动化加工。本文以GSK980TA系统的CKA6150型数控车床为例，主要从介绍LDB4型立式自动换刀装置的组成结构、换刀动作过程、电动机的电气控制原理、霍尔传感器的作用等基础知识，通过GSK980TA系统提供PMC维修界面的信号状态查询，分析自动换刀装置电气控制原理和电动刀架停不下来的故障，来达到快捷最有效的机床维修效果，保障机械加工的顺利进行。
一、GSK980TA系统的自动换刀装置
刀架是数控车床加工过程中非常重要的部件，加工各种不同的零件必须安装不同切削加工的刀具，CKA6150型数控车床中的LDB4型立式电动刀架是一种自动换刀装置。
1.自动换刀装置的结构
LDB4型立式电动刀架利用蜗杆传动、三齿盘啮合、螺杆锁紧的机械传动原理，刀体转动到位信号由磁铁与发询盘的霍尔元件发出，LDB4型立式电动刀架是机电一体化紧密结合一种典型装置。
LDB4型立式电动刀架有四个不同的刀位，可以安装4把不同功能的刀具，四方刀架转动90°时，刀具交换一个刀位。自动刀架采用三相交流电压为380V的电动机控制，在刀架连续运行时，换刀的次数要求每分钟不能超过6次，否则会烧毁电动机。
LDB4型立式电动刀架的结构如下图
图2所示，由驱动电动机、发信盘、霍尔元件、蜗杆、涡轮、丝杆套连接、丝杆套与动齿盘连接，动齿盘与上下齿盘啮合，动齿盘的传动销外圆与传动盘相接触，动齿盘通过连接盘与四方刀架的磁钢相连。
2.电动刀架工作原理
LDB4型立式电动刀架与系统相互作用，换刀动作如下图图5所示：从CNC控制面板按下手动换刀键----接到系统的换刀信号----电动机控制线路动作----刀架正转----上刀体转位----刀体到位----霍尔元件发出到位信号----系统收到刀位到位信号，发送电动机换向转动信号----电动机控制线路动作----刀架反转----粗定位----精准定位---刀具夹紧----电动机停转----回答信号----按工序顺序继续加工的一系列动作过程。
霍尔元件作为刀体转动到位后，发送信号到系统，系统接收信号后发出停止转动指令，同时发送电动机延时反转指令，起到了承上启下的关键转换性作用。一旦霍尔元件反应不灵敏、失灵或者损坏，这种关键性的转换会被打破，电动机和整个系统的加工工序会被打乱、失控。
电动刀架换刀的电气控制，一是控制自动刀架正反转的三相异步电动机，通过电动机的正反转动作，来控制刀架的转位和锁紧；二是霍尔传感器与磁钢组成的发信盘，刀具转动到位后，霍尔传感器检测信号后发送给系统处理。
二、LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障与分析
机床的自动化程度提高后，使用了大量的电气控制，特别是自动换刀装置，使用频繁，故障发生率多，利用GSK980TA系统提供PMC维修界面，对LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障进行分析，排除故障，减少故障停机时间，提高设备的无故障运行时间。
故障案例：2015年初，我校从大连机床厂引进了6台GSK980TA系统的CKA6150型数控车床，投入数车加工专业的实习教学使用，经过调试后的机床一直正常地进行加工。2016年5月12日，学生在5号机床进行零件车削加工时，需要更换刀具，在MDI方式下按下手动换刀键，启动换刀程序T0103更换刀，数控车床电动刀架一直旋转停不下来，PMC界面出现代码为05的报警内容，输入其他换刀程序指令，其余刀位T0101、T0102、T0104均能正常换刀。
故障分析：自动换刀装置的刀架能够正转，其他刀位均能正常换刀，初步可以判断刀架内部传动机构部分没有卡赌现象，排除机械方面原因引起的故障，引起刀架T0103一直旋转停不下来的原因，主要在电气控制部件上。
依据外部信息报警代码05，查询资料可知：报警的原因是由于换刀时间过长，系统收不到刀架的到位信号，因而发出超时报警。刀架在寻找刀位信号的过程中，只有在目标刀位3号刀信号与当前刀位一致时，霍尔传感器发送刀位信号至系统，系统才会使刀架停止正转，开始换方向反转。如果刀架停不下，说明指定的3号刀信号丢失，霍尔传感器没有接收到位信号，引起刀架持续找刀，PMC程序始终进行目标刀位与前刀位比较，没有刀位停止信号发出，导致刀架在三相异步电动机的带动下连续正转运行，当正转时间超过系统设定的10秒钟后，刀架发出报警并且停止。
检测方法与维修步骤：
结合现场情况，打开PMC诊断画面，到PMC维护，观察刀位的变化情况。正常状态下的刀架有一位是低电平0，其余三个位高电平1。如果四位相同，那么刀架信号异常，会产生不能换刀的故障，则需要检查发信盘与电气控制线路。按照系统电路图与机床电路图的工作原理，对电动刀架电动机的控制线路进行检测，检查刀架线路。
1.观察PMC诊断画面的刀位输入信号
打开PMC诊断画面，到PMC信号诊断界面，输入刀号，观察X3.2刀位有无变化，如图3所示：
关键词：GSK980TA系统；LDB4型立式自动换刀装置；霍尔传感器；发信盘；人机界面；刀架旋转停不下来 故障检修
前言
掌握数控机床的原理及应用、快速地排除加工过程中机床的机械和电气故障，可以保证数控机床安全、可靠、有效地进行自动化加工。本文以GSK980TA系统的CKA6150型数控车床为例，主要从介绍LDB4型立式自动换刀装置的组成结构、换刀动作过程、电动机的电气控制原理、霍尔传感器的作用等基础知识，通过GSK980TA系统提供PMC维修界面的信号状态查询，分析自动换刀装置电气控制原理和电动刀架停不下来的故障，来达到快捷最有效的机床维修效果，保障机械加工的顺利进行。
一、GSK980TA系统的自动换刀装置
刀架是数控车床加工过程中非常重要的部件，加工各种不同的零件必须安装不同切削加工的刀具，CKA6150型数控车床中的LDB4型立式电动刀架是一种自动换刀装置。
1.自动换刀装置的结构
LDB4型立式电动刀架利用蜗杆传动、三齿盘啮合、螺杆锁紧的机械传动原理，刀体转动到位信号由磁铁与发询盘的霍尔元件发出，LDB4型立式电动刀架是机电一体化紧密结合一种典型装置。
LDB4型立式电动刀架有四个不同的刀位，可以安装4把不同功能的刀具，四方刀架转动90°时，刀具交换一个刀位。自动刀架采用三相交流电压为380V的电动机控制，在刀架连续运行时，换刀的次数要求每分钟不能超过6次，否则会烧毁电动机。
LDB4型立式电动刀架的结构如下图
图2所示，由驱动电动机、发信盘、霍尔元件、蜗杆、涡轮、丝杆套连接、丝杆套与动齿盘连接，动齿盘与上下齿盘啮合，动齿盘的传动销外圆与传动盘相接触，动齿盘通过连接盘与四方刀架的磁钢相连。
2.电动刀架工作原理
LDB4型立式电动刀架与系统相互作用，换刀动作如下图图5所示：从CNC控制面板按下手动换刀键----接到系统的换刀信号----电动机控制线路动作----刀架正转----上刀体转位----刀体到位----霍尔元件发出到位信号----系统收到刀位到位信号，发送电动机换向转动信号----电动机控制线路动作----刀架反转----粗定位----精准定位---刀具夹紧----电动机停转----回答信号----按工序顺序继续加工的一系列动作过程。
霍尔元件作为刀体转动到位后，发送信号到系统，系统接收信号后发出停止转动指令，同时发送电动机延时反转指令，起到了承上启下的关键转换性作用。一旦霍尔元件反应不灵敏、失灵或者损坏，这种关键性的转换会被打破，电动机和整个系统的加工工序会被打乱、失控。
电动刀架换刀的电气控制，一是控制自动刀架正反转的三相异步电动机，通过电动机的正反转动作，来控制刀架的转位和锁紧；二是霍尔传感器与磁钢组成的发信盘，刀具转动到位后，霍尔传感器检测信号后发送给系统处理。
二、LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障与分析
机床的自动化程度提高后，使用了大量的电气控制，特别是自动换刀装置，使用频繁，故障发生率多，利用GSK980TA系统提供PMC维修界面，对LDB4型立式电动刀架停不下来的典型故障进行分析，排除故障，减少故障停机时间，提高设备的无故障运行时间。
故障案例：2015年初，我校从大连机床厂引进了6台GSK980TA系统的CKA6150型数控车床，投入数车加工专业的实习教学使用，经过调试后的机床一直正常地进行加工。2016年5月12日，学生在5号机床进行零件车削加工时，需要更换刀具，在MDI方式下按下手动换刀键，启动换刀程序T0103更换刀，数控车床电动刀架一直旋转停不下来，PMC界面出现代码为05的报警内容，输入其他换刀程序指令，其余刀位T0101、T0102、T0104均能正常换刀。
故障分析：自动换刀装置的刀架能够正转，其他刀位均能正常换刀，初步可以判断刀架内部传动机构部分没有卡赌现象，排除机械方面原因引起的故障，引起刀架T0103一直旋转停不下来的原因，主要在电气控制部件上。
依据外部信息报警代码05，查询资料可知：报警的原因是由于换刀时间过长，系统收不到刀架的到位信号，因而发出超时报警。刀架在寻找刀位信号的过程中，只有在目标刀位3号刀信号与当前刀位一致时，霍尔传感器发送刀位信号至系统，系统才会使刀架停止正转，开始换方向反转。如果刀架停不下，说明指定的3号刀信号丢失，霍尔传感器没有接收到位信号，引起刀架持续找刀，PMC程序始终进行目标刀位与前刀位比较，没有刀位停止信号发出，导致刀架在三相异步电动机的带动下连续正转运行，当正转时间超过系统设定的10秒钟后，刀架发出报警并且停止。
检测方法与维修步骤：
结合现场情况，打开PMC诊断画面，到PMC维护，观察刀位的变化情况。正常状态下的刀架有一位是低电平0，其余三个位高电平1。如果四位相同，那么刀架信号异常，会产生不能换刀的故障，则需要检查发信盘与电气控制线路。按照系统电路图与机床电路图的工作原理，对电动刀架电动机的控制线路进行检测，检查刀架线路。
1.观察PMC诊断画面的刀位输入信号
打开PMC诊断画面，到PMC信号诊断界面，输入刀号，观察X3.2刀位有无变化，如图3所示：