进口刀塔故障的自主维修
2021-9-30 来源： 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 作者：杨家珺，崔博峰
摘要：针对 TS-200/12-0 刀塔频繁出现换刀时不能到达预定刀位的故障，分析故障原因，给出有效修复方案，成功实现进口刀塔的自主维修。
关键词：数控车床；进口刀塔；换刀故障
0 引言
数控车床伺服电动刀塔多选用进口刀塔。进口刀塔集机械、电气、气动、液压和自控于一体，结构复杂、装配精度高、维修难度大，外修或更换费用昂贵，始终是困扰公司设备维修、影响生产的老大难问题。为此，依靠自己技术力量修复进口刀塔，势在必行。
1、 故障现象
公司多台数控车床均出现刀塔无法正常换刀的故障。有时是在接到换刀指令后不能到达指定刀位，有时是到达了指定刀位却不能锁紧，有时是既不能到达指定刀位又不能锁紧。这些数车刀塔都是进口，主要是巴拉法蒂、迪普马两种品牌。本文以迪普马 TS-200/12-0 型刀塔（图 1）为例，介绍进口刀塔故障维修过程。
2 、刀塔工作原理
系统发出换刀指令→刀塔电机电源接通，PLC 控制转向→电机旋转，通过齿轮传动带动刀盘转动→刀位检测→预分→精确定位→刀盘锁紧→结束信号。
3、 故障原因分析
根据刀塔结构和原理，按照先机械、后电气的原则，分析故障原因如下：
（1）查看梯形图有锁紧信号，但是反向无法锁紧，怀疑锁紧的机械零件存在故障。分析原理，刀盘是靠滚轮到达高位压紧双联磁盘斜凸面，使得动齿盘定齿盘啮合来达到锁紧作用，故判断滚轮和斜凸面接触不良，导致锁紧力度不够。
（2）刀塔有时能找到刀位，有时找不到刀位，怀疑供电电压不稳定。经测量发现，多次换刀故障发生时，24 V 电压都不正常。
（3）根据刀塔结构，刀塔分度定位编码器、接近开关、预分度电磁铁线圈动作都和插销有关。通过在线监控 PLC 运行状态，将疑点集中到了电磁线圈。怀疑电磁线圈密封性能损失，线圈进入冷却液后，使得线圈工作中发热，磁力减弱。
图 1 迪普马 TS-200/12-0 型刀塔
4、 维修过程
4.1 更换密封圈
拆开刀盘，发现腔体密封圈有损坏，造成腔内缺油，齿轮干磨。为此，现场测量确定密封圈尺寸，选用抗氧化、耐油、耐酸碱、耐老化和气密性好的氯丁橡胶，自制密封圈进行更换。
4.2 打磨修复凸轮高点接触面
刀盘中的 3 个齿轮带动滚轮让刀塔转动，换刀时，滚轮在低点，到位后滚轮到达高点锁紧。现在刀塔锁紧力度不够，加工中刀盘跑位，拆卸后发现刀盘锁紧点不平衡，磨损严重。重新磨平凸点，但尺寸变低。为此，根据磨平的尺寸和刀盘的间隙，在动轮后面加上 G20 轴承钢片垫子，重新安装调试好后，刀盘锁紧力度合适。
图 2 改造前的 24 V 电源回路
4.3 改造电磁线圈
由于线圈断电瞬间会产生高于数倍供电电压的反向电压，造成控制电路的器件击穿损坏。在线圈两端并联反向二极管，相当于增加了一个反向电压的泄放回路，避免了对回路的损害。
4.4 重新设计 24 V 电源回路
拆下线圈后发现线圈温度过高，测量电压只有 10 V。设备出厂时 24 V 电源如图 2 所示，整流桥堆输出的电源为脉动直流电，纹波电压高导致电源效率降低，产生浪涌电压或电流，烧毁用电设备。为避免纹波，在整流桥堆后添加滤波电容，将脉动直流电尽可能转换为平滑直流电，提高电源工作效率和稳定性。考虑到设备线圈等部件使用年限过久，线圈等元件发热过载，容易引起电源反复损坏。为此，引入开关电源，将市电整流后得到直流电压，利用开关管的导通和关断，将得到的电压截成矩形波，把高能量切割成无数个低能量，传寄给输出端，输出端通过输出电压的高低，对输入端进行反馈（调整切割的频率，以及占空比），达到稳定输出电压的目的。改造后的 24 V 电源回路如图 3 所示。
图 3 改造后的 24 V 电源回路
5、 结束语
经过反复装调，刀塔恢复了正常换刀。本次维修后，设备正常工作已近一年，未再出现同类故障。通过这次维修，解决了数控车床刀塔维修难题，填补了公司这项维修技术的空白。将本方法推广到其他几台数控车床刀塔维修，效果十分显著。希望为行业内同类故障的自主维修提供借鉴。
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