動龍門鏜銑加工中心預防性維修實踐

司聚朝

（中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司五分廠，河北 邢臺 054025）

中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司購買GMC30120mdr3動龍門鏜銑加工中心兩臺，一臺于2009年5月開始投入生產，另一臺于2009年12月初開始試加工產品。作為最終用戶，在做好項目管理的同時，還研究了該機床的技術細節。在機床的安裝、調試、試加工產品中不斷思考機床存在的問題，考慮如何最大限度地保持機床的精度，預防性地減少設備故障和防止設備事故的發生，做了一些有益的技術工作。并針對1年來機床發生的重點故障，總結了處理這些故障的方法和操作步驟。

一、機床簡介

GMC30120mdr3動龍門鏜銑加工中心是國內廠家通過引進、優化、吸收國外龍門五面體技術及滑枕動力頭制造技術而開發的大型龍門數控加工機床。

此加工中心精度高、效率高，零件經一次裝夾后，可完成除安裝底面外的其余各面及孔系的工序，確保加工零件的加工精度及位置精度，是加工床身、立柱、大型箱體、板類等重型工件的關鍵設備。在加工軋輥時，發揮其高速的優勢，每次吃刀深度不大于6mm，以減少對機床的沖擊。

該機床屬于龍門移動式鏜銑加工中心，由A、X1、X2、X11、X21、Y1、Y2、Z1、Z2直線軸和兩個旋轉主軸C1、C2構成。機床夾具（又稱“工作臺”）命名為A軸，位于兩立柱之間，主要由兩V型鐵、兩滑座及工件支撐床身構成，夾具帶有防護、潤滑、拖動等輔助裝置。一個V形支架是固定的，另一個支架由西門子1FT6系列交流伺服電機通過減速機傳動，V形支架上放置加工的產品。夾具支撐重量80t、支撐輥徑2 000mm，總長12 000mm。

龍門的移動為X軸，X軸的驅動通過四個西門子1FT6系列交流伺服電機和減速機實現。每側床身上各有兩個電機，構成西門子命名的“雙驅動”。當X軸往一側運動時，每側床身上各有一個電機做驅動動力元件，另一個電機施加反方向的力矩，以便消隙。當X軸往一個方向移動時，兩側的交流伺服電機保持“同步”。因此在電氣配置中X軸細分為X1、X2、X11、X21四個直線軸。一側的滑板移動為Y1軸，另一側的滑板移動為Y2軸。一個主軸滑枕的伸縮為Z1軸，另一側的主軸滑枕的伸縮為Z2軸。兩個立式主軸上分別安裝有兩個直角銑頭，這樣主軸由立式轉化為臥式。兩個直角銑頭分別被命名為C1、C2軸。

二、預防性維護

1.改變加工工藝路線、提高加工精度、減少維修率

目前，該機床主要加工軋輥，工序包含：銑扁面、圓弧、鍵槽、均布孔、梅花頭等。只有在銑扁面時，軋輥去除量大，對機床的沖擊較大。為減少對直角銑頭的沖擊，需從加工工藝上改進。軋輥平放在V形支架上，V形支架與機床X軸平行。軋輥的兩側需要銑扁面，先粗銑，后精銑。原來精銑的工藝要求為從上往下銑（Z1、Z2移動），刀盤離開輥面后，Y1、Y2軸移動使刀盤離開軋輥扁面一定距離后，X軸移動刀盤的寬度，Z1、Z2軸上行后，Y1、Y2軸向靠近扁面的方向移動進行第二刀銑，依次類推，直到銑完扁面為止。機床的每個軸重復定位精度不可能為零，精銑完一刀后，Y1、Y2軸的離開和趨近必然造成重復定位誤差。為避免這類事情發生，提高機床的加工精度，改變了加工工藝路線，即精銑完第一刀后，Y1、Y2軸不移動，X軸移動到軋輥扁頭的外側，Z1、Z2軸向上移動，然后X軸再移動到第二刀位置接著銑削，直到完成該工序的加工任務。通過加工工藝改進，在銑軋輥扁面時，沒有Y1、Y2軸的重復定位精度問題，減少了這方面的維修幾率。

2.防止龍門架扭曲的技術措施

龍門和立柱為機械聯接，在運行中如果發生以下情況時，會對機床造成致命損壞：①床身導軌磨損造成X1、X2軸運行精度發生偏差；②X1、X2軸的光柵尺受污染，電機發生暴走；③兩側驅動裝置有一組發生故障，而另一個驅動單位暴走；④電機編碼器或光柵尺線等外圍線路出現問題，導致X1或X2電機出現暴走。為防止此類惡性事故發生，應在西門子840D數控系統參數上進行設置，對X1、X2軸參數的設置：MD 37110 GANTRY-POS-TOL-WARNING，設置為0.40mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR，設置為0.50mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-REF，設置為0.50mm。

參數設置后，當X軸兩側不同步超出0.40mm時，操作界面上出現“提示性警告”；如果X軸兩側不同步超出0.50mm時，操作界面上出現故障報警并停車。當然該數值可以由用戶根據實際情況進行修改。

3.調整數控參數，防止機床損壞

（1）原機床各伺服軸設計速度為10 000mm/min。Z1、Z2軸的行程都為1 500mm，Y和Y2合行程為2 900mm。在短行程內使用10 000mm/min的高速，極易造成機床的碰撞。通過修改機床軸參數MD32000，可以根據需要設定各軸速度，以避免由于人反應慢造成機床損壞。

（2）兩個主軸的直角銑頭的精度很高，為避免操作人員加工吃大刀而損壞機床，可以根據需要，將主電機最大功率和扭矩參數設置如下：MD1235 POWER LIMIT，設置為60%；MD1230 TORQUE LIMIT，設置為70%。

（3）銑完扁面“清根”時，有些操作工使用機床速度很快，由于刀具負荷不均勻，會造成機床振動。可以通過設置軸參數MD36400 CONTOUR-TOL來限制這種錯誤行為。比如根據需要可以把Z1、Z2 軸的MD36 400 參數設置為0.50mm，這樣當機床振動使Z1、Z2軸發生偏移達到0.50mm時，機床報警停車。

4.編制“抓頭”、“還頭”程序，方便維修直角銑頭

該機床有兩個主軸，每個主軸上安裝一個直角銑頭。“還頭”就是將主軸上的直角銑頭通過X、Y、Z軸的運動恰當地放置在方箱內；“抓頭”就是把放置在方箱內的直角銑頭從方箱中抓出來。在機床工作臺的一側固定有兩個放置直角銑頭的方箱，在直角銑頭放置方箱的過程中，X、Y、Z軸有一個軸的坐標位置不對，很容易造成直角銑頭的損壞。據此，須編制直角銑頭放置方箱的程序。在需要直角銑頭放置在方箱時，先使機床回參考點，然后啟動編制的“還頭”程序，很輕松地可把直角銑頭放入方箱內。“抓頭”時也有編好的“抓頭”程序，主軸與直角銑頭用螺栓連接好后，通過執行自動“抓頭”程序，主軸可順利地把直角銑頭從方箱中抓出來。

注意事項：①如果拆開各軸的機械部分或各軸的光柵尺做定位調整，機床恢復工作后，執行“還頭”、“抓頭”前，一定要重新核對程序中各坐標值是否正確，不正確需修正坐標值。②如果“抓頭”、“還頭”時，不執行程序也可以，只需按程序中的坐標值進行“手動”也可實現。③當執行“還頭”程序時，直角銑頭進入方箱內，快到達位置時，可采用如下方法觀察Z軸電機電流：menu→Select→“診斷”→“驅動調整”→觀察“平滑的電流值”數值。空載電流為3%～5%，觀察其電流，一旦達7%，應迅速把軸倍率開關置于0，停止操作。這時說明直角銑頭放置在方箱內已經到位。

三、典型維修案例

1.直角銑頭不能正常卡緊或松開故障的處理

操作直角銑頭“卡緊”或“松開”時，如果出現報警700105 C1 axis failure clamp and unclamp adapter C1軸錯誤夾緊松開信號，或者出現報警700106 C2 axis failure clamp and unclamp adapter C2軸錯誤夾緊松開信號。說明直角銑頭1或直角銑頭2夾緊、松開出現了問題。處理方法、步驟如下。

（1）當操作直角銑頭1或2夾緊、松開時，觀察液壓站的壓力，設計壓力為10MPa，如果壓力正常仍不能正常夾緊、松開的，繼續下一步操作。

（2）首先根據報警的內容判斷是1頭還是2頭發生故障，如果是1頭，操作界面顯示器的最上側顯示CHANNEL1，如果不是，按“CHANNEL”鍵，轉換到CHANNEL1。

（3）“松開”試驗：選擇“MDA”模式→輸入程序“M70 M96 M30”→如果顯示器出現提示信息“直角銑頭C1或C2松開到位”說明松開正常，如果出現700105或700106報警，說明夾緊有問題。

（4）“夾緊”試驗：選擇“MDA”模式→輸入程序“M70 M95 M30”→如果顯示器出現提示信息“直角銑頭C1或C 2 夾緊到位”說明夾緊正常，如果出現700 105 或700106報警，說明夾緊有問題。

（5）打開直角銑頭牙盤外圈，觀察牙盤嚙合是否良好，如果嚙合良好，說明直角銑頭內的檢測牙盤“夾緊”或“松開”的開關或外圍線路有問題，此時先可以重復以上（3）、（4）步試驗，觀察開關觸頭對應的地方有無異常現象。曾經發現直角銑頭開關觸頭對應的地方有一個工藝孔，如果是這樣，做一個堵，塞進去即可恢復機床正常，如果不是這類問題，查找到開關和外圍線路的故障點，就可恢復機床正常。

（6）如果直角銑頭牙盤嚙合不好，有錯位，就需要使牙盤嚙合良好。

（7）在人為使直角銑頭轉一個角度以恢復直角銑頭正常之前需要知道現在直角銑頭的位置。直角銑頭一圈內有144個工位，兩個工位間的夾角為2.5°，故人為偏轉直角銑頭的角度不大于2.5°。操作步驟為：menu→Select→“參數”→“用戶數據”→“通道用戶數據”→用GUD+或GUD-鍵上下翻找，直到找到“UGUD”→在變量表的最后一句，即LASTPOS顯示目前直角銑頭的度數。

注意：①顯示器右上角能顯示直角銑頭的實際位置。如果在修機床之前有人修此類故障，沒有修到位，容易產生LASTPOS顯示的直角銑頭的度數和顯示器右上角的度數不一樣。此時以直角銑頭實際位置為準。②以好的一側的直角銑頭為基準，把出現故障的直角銑頭手動到0°，檢查該頭實際位置和顯示是否相符。

（8）在現場調試中，應做機床直角銑頭正常時的印證。用手動方式使直角銑頭轉到0°。操作方法如下：“JOG”→選“8”軸→手動旋轉不大于2.5°的一個度數，使牙盤嚙合良好→重復(3)、(4）步的試驗。如果提示信息顯示直角銑頭“夾緊”、“放松”正常即可→計算手動轉過的角度。

（9）如果是C1軸發生了故障，把手動轉過的角度差值加到MD34080[0]；如果是C2軸發生了故障，把手動轉過的角度差值加到MD34080[1]→NCK復位。

（10）如果是C1軸出現了故障，把手動轉過的角度差值加上L01、TOOL1、ZHUATOU1、HUANTOU1程序的SPOS顯示的直角銑頭的度數中；如果是C2軸出現了故障，把手動轉過的角度差值加上L02、TOOL2、ZHUATOU2、HUANTOU2程序的SPOS顯示的直角銑頭的度數中。

（11）把直角銑頭實際位置值寫入UGUD變量表的最后——LASTPOS中。

2.減輕編程強度、提高刀具壽命、提高產品表面質量

在銑削“梅花頭”（“梅花頭”是對稱的）時，工藝人員用UG軟件生成的程序輸入到機床，只能一側加工結束后再加工另一側。為提高機床工作效率，工藝人員將UG軟件生成的加工程序進行了修改，使得兩側可同時加工，但在加工時，明顯看到刀具熱得“冒火”。

將NC卡軟件升級后，實現五軸聯動完成兩側梅花頭的同時加工，并且由于避免了每個加工循環Y軸的直接“扎刀”從而保護了刀具。

3.西門子840D數控系統執行模擬時出現死機等問題的消除方法

該機床以前執行模擬功能時正常，在無人修改參數的情況下，執行模擬功能時，出現以下幾種異常情況：①模擬時大部分情況下出現死機；②有時能模擬，但刀具起始點發生坐標偏置；③模擬時機床坐標變化，但沒有出現刀具軌跡。

模擬功能很重要，在模擬中能發現加工程序是否正確。發生以上情況的可能原因是：刀具配置不合理。可按照下述操作步驟解決問題：“菜單選擇”→“服務”→“對話式編程”→“模擬數據”→將該文件夾下所有的初始化文件刪掉→重新啟動機床→再次模擬時遇到詢問式對話框，回答“是”→重新模擬。

4.換刀中機械手中途停止的解決辦法

現主軸上裝有20#刀具，準備把20#刀具送回刀庫，把19#刀裝到主軸上。機械手把19#刀從刀庫中取出后，還沒有完成換刀，機床由于其他報警，機械手停止，無法回位。處理方法：為安全起見，手動卸下機械手上的19#刀具，按刀庫操作盒上的“修調”按鈕，把波段開關撥到“機械手縮回”，修改刀庫數據，防止下次用機械手換刀時機械手沒反應或產生誤動作。操作步驟如下：“菜單選擇”→“診斷”→“SMTCL”→“T number List 2 ”→把Spindle tool no.和gripper tool no.設置為20 →“Buffer List 2 ”→location 20設置為0。

5.更換備件直角銑頭時注意事項

更換直角銑頭備件后，在調試之前，不能執行機械手自動換刀，否則發生機械手和直角銑頭上的刀具碰撞。調試后，可以考慮自動換刀。調試步驟如下：用刀庫操作盒在不裝刀的情況下，手動操作，使機械手處于直角銑頭刀具處，觀察機械手位置，松開刀庫底座下的螺絲，調底座至合適位置后擰緊螺栓即可。