嘉子順

【摘要】發(fā)信盤作為數(shù)控車床刀架上的重要配置，在機床運行過程中起著至關(guān)重要的作用，一旦出現(xiàn)故障很可能造成工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故。本文針對數(shù)控車床四工位電動刀架最易出現(xiàn)故障的發(fā)信盤入手，闡述了發(fā)信盤的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，核心元件，故障現(xiàn)象及維修的相關(guān)知識。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床；刀架發(fā)信盤；霍爾器件

在零件加工的過程中，人們?yōu)榻鉀Q某些形狀復(fù)雜，一致性要求高的中、小型零件的成批量自動化生產(chǎn)的問題，不斷探索并試驗著新的加工方法，無凝也推動著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和不斷完善。作為數(shù)控技術(shù)載體的數(shù)控機床，在頻繁的使用過程中得到了不斷改進，技術(shù)雖然也相當成熟，但仍會出現(xiàn)各種故障。為能盡快地排除故障，除了要掌握數(shù)控機床復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制電路外，還必須學會一些數(shù)控設(shè)備的維修技術(shù)，才能快速判斷故障所在，以縮短維修時間，降低維修成本。隨著維修經(jīng)驗的積累，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床的常見故障可歸為刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統(tǒng)顯示類、驅(qū)動類、通信類，電器類等故障，而刀架類故障在其中占有很大比例。作為數(shù)控車床刀架上重要配件的發(fā)信盤出現(xiàn)故障的機率和危害便顯得更加突出。為便于發(fā)信盤的故障診斷與維修，我將從發(fā)信盤的工作原理及其重要性，發(fā)信盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程，發(fā)信盤的核心元件霍爾器件的結(jié)構(gòu)和檢測，發(fā)信盤故障分析和故障維修等五方面來闡述維修發(fā)信盤的相關(guān)知識。

一，刀架發(fā)信盤的工作原理及其重要性

電動刀架發(fā)信盤是固定在刀架內(nèi)部中心固定軸上由尼龍材料作為封裝的圓盤部件。發(fā)信盤的內(nèi)部根據(jù)刀架工位數(shù)設(shè)有四個或六個霍爾元件，并與固定在刀架上的磁鋼共同作用來檢測刀具的位置 （如圖1所示）。

圖1 四工位電動刀架發(fā)信盤在電動刀架的位置

需要換刀時，控制系統(tǒng)將發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號后，三相異步電機將正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體逐漸抬起，上刀體與下刀體之間的端面齒會慢慢脫開；與此同時，上蓋圓盤也會隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上蓋圓盤通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當轉(zhuǎn)過約270°時，上蓋圓盤直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷的正上方，由于彈簧的作用，圓柱銷落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤就通過圓柱銷使得上刀體轉(zhuǎn)動起來（此時端面齒已完全脫開）。上蓋圓盤、圓柱銷以及上刀體在轉(zhuǎn)動過程中，反靠銷能夠從反靠圓盤中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動。上刀體帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到信號后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤通過圓柱銷帶動上刀體開始反轉(zhuǎn)，反靠銷馬上就會落入反靠圓盤的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時，反靠銷從反靠圓盤的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體停止轉(zhuǎn)動，開始下降，而上蓋圓盤繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷的頭部壓入上刀體的銷孔內(nèi)，上蓋圓盤的下表面開始與圓柱銷的頭部滑動。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束。在整過換刀的過程中，發(fā)信盤承擔著刀號刀位的確認和確定的作用，并把信號及時地與數(shù)控系統(tǒng)進行交換，讓數(shù)控系統(tǒng)進行正常地工作。假如沒有發(fā)信盤對刀位位置的判斷，并及時與數(shù)控系統(tǒng)進行信號交流，那么刀架將無法工件，換刀過程將無法完成，數(shù)控系統(tǒng)也會出現(xiàn)報警而無法正常地工作，作為數(shù)控車床必備的刀架也就成了擺設(shè)，那么數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用就失去了的意義。

二，發(fā)信盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程

四工位發(fā)信盤共有六個接線端子，兩個端子為直流電源端，分別接DC24V和100極，其余四個端子按順序分別接四個刀位所對應(yīng)的霍爾元件的控制端，根據(jù)霍爾傳感器的輸出信號來識別和感知刀具的位置狀態(tài)。

譬如：當數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令刀架更換4號刀具時，刀架電機便驅(qū)動刀架正向旋轉(zhuǎn)；當在刀架上的磁鋼到達發(fā)信盤的4號位置時，霍爾元件就會發(fā)出開關(guān)量信號并及時地把刀位已到4號位的信息傳給CNC系統(tǒng)刀架位置控制接口，確定刀具已到達確定位置后，CNC系統(tǒng)便會發(fā)出刀架電機反向旋轉(zhuǎn)信號并鎖住刀架。

電路原理如圖2所示。從原理圖可知，發(fā)信盤的主要器件構(gòu)成是霍爾器件。

圖2 電動刀架發(fā)信盤電路原理圖

四，數(shù)控車床電動刀架發(fā)信盤故障分析

發(fā)信盤作為數(shù)控車床電動刀架的重要配置，在機床運行中起著至關(guān)重要的作用，一旦出現(xiàn)故障很可能造成工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故。因發(fā)信盤裝在刀架內(nèi)部，就是出現(xiàn)故障，我們也很難用用肉眼看出，故在維修中，我們就只得進行故障分析了。發(fā)信盤出現(xiàn)故障就會出現(xiàn)下列現(xiàn)象：

1.刀架不換刀

對于這種故障，在排除刀架內(nèi)部機械問題和刀架電機故障后假如仍然存在，我們就應(yīng)懷疑是否發(fā)信盤出現(xiàn)了故障或發(fā)信盤與控制系統(tǒng)之間的信號交流出現(xiàn)了故障。

2.刀架鎖不緊

這種故障有可能是機床參數(shù)中的刀架反鎖時間設(shè)置的太短，也有可能是刀架內(nèi)部鎖刀螺母太松以及發(fā)信盤的霍爾元件位置與磁鋼沒對準。

3.找不到刀位

表現(xiàn)為刀架不停地轉(zhuǎn)。這種問題可能存在于刀架發(fā)信盤出現(xiàn)問題；CNC系統(tǒng)的刀位信號接收電路的問題；通信線路故障的問題等。

4.找不到某一號刀

表現(xiàn)為找不到某一號刀，而其他刀位可以正常換，這種問題有可能是刀架發(fā)信盤霍爾元件產(chǎn)生偏移或這一號刀的霍爾元件損壞，或該刀位的信號線斷路等。

當數(shù)控車床電動刀架出現(xiàn)不換刀，刀架鎖不緊，不停轉(zhuǎn)時，首先排除程序錯誤，參數(shù)設(shè)置不正確外，再觀察刀架上的磁鋼位置是否正確，然后檢查通往發(fā)信盤的電源和通信線路是否正常以排除刀架控制線路故障。若上述基本檢查沒發(fā)現(xiàn)問題時，那就用替換法更換好的發(fā)信盤看是否能恢復(fù)正常，這樣就可以很快確定故障范圍。

當電動刀架找不到某一刀位時，先檢查與該刀位相對應(yīng)的通信線路是否正常，然后采用換接線方法，即將故障刀位的接線連到正常刀位的接線柱上進行測試以判斷是線路問題還是發(fā)信盤的問題。

五，刀架發(fā)信盤的故障維修

發(fā)信盤出現(xiàn)故障的概率較高，雖然其拆裝并不復(fù)雜，但其配件在有些地區(qū)并不方便購買，并且配件價格相對較高。由于發(fā)信盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜（圖3），其電路原理見圖2，因此根據(jù)發(fā)信盤的故障情況可以自行維修，關(guān)鍵問題是找出發(fā)信盤中的故障點和如何更換元件。

圖3 發(fā)信盤內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)

首先，確定發(fā)信盤是斷路故障還是短路故障，將發(fā)信盤接入小于24 V的直流穩(wěn)壓電流源，用指針式萬用表的電阻檔，用紅表筆接發(fā)信盤的負極（標志位“-”），黑表筆接發(fā)信盤的四個霍爾器件輸出接線柱上的任意一個點，將磁鐵貼近該霍爾傳感器外側(cè)觀察指針偏轉(zhuǎn)情況（注意磁鐵的極性），若哪個不偏轉(zhuǎn)就可判斷該霍爾器件斷路損壞，若測四個位置都不偏轉(zhuǎn)可能是短路故障或者是電路中電阻、穩(wěn)壓二極管出現(xiàn)故障。對于斷路故障只要更換霍爾器件就可以了；對于發(fā)信盤短路故障可以檢查電阻和穩(wěn)壓二極管是否損壞以確定是否有維修價值。

確定故障后，將發(fā)信盤的上封蓋揭開，用小臺鉆（或手鉆，鉆頭直徑可選2.5 mm～3 mm）小心地把故障點上的密封樹脂鉆掉（注意不要損壞器件引腳）。用偏口鉗將損壞的霍爾器件的實體部分剪碎（注意不要剪斷器件的引腳），并將引腳理直，將新霍爾器件的引腳比照發(fā)信盤上留下的引腳成型為U形（注意霍爾器件的標志方向）如圖4所示，確定好位置后分別將對應(yīng)引腳焊好，再按上述檢測方法檢測正常后，剪去多余引腳用熱熔膠回復(fù)密封，并蓋好上封蓋，發(fā)信盤維修完畢。其它故障可參照此法，關(guān)鍵是不要剪斷壞元件的引腳就可以了。

圖4 引腳焊接示意圖

結(jié)束語：

在實際維修過程中，修復(fù)的發(fā)信盤能夠可靠的正常工作。由于3020霍爾元件應(yīng)用較廣泛，一般電子商店就可購得，價格低廉，并且維修過程并不復(fù)雜，所以修復(fù)成本和周期比購買配件有很多優(yōu)越性。

參考文獻：

[1]鄭小年，金健，周向東等.《華中數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修手冊》[M].武漢：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]鄭小年，楊克沖.《數(shù)控機床故障診斷與維修》[M].武漢：機械工業(yè)出版社，2012.

[3]周宏甫.數(shù)控技術(shù)[M].廣州：華南理工大學出版社，2005.

[4]馬西秦.自動檢測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.