XK2420 龍門鏜銑床典型故障維修

陳林邦，蘇 龍

（沈機集團昆明機床股份有限公司，云南昆明 650203）

0 引言

公司設計生產的XK24 系列定梁式龍門鏜銑加工中心（圖1），立柱固定在床身側面，橫梁固定在2 個立柱上，在橫梁上裝有滑枕式鏜銑頭（主軸），組成龍門框架式結構，具有較高熱對稱性和動靜特性，整機剛性高，穩定性好；主軸由交流伺服主軸電機經聯軸器輸入動力，經齒輪副傳動至空心主軸，實現主軸（SP軸）回轉運動；主軸變速箱采用高、低兩擋液壓變速，具有變速范圍寬、轉速高、功率損失小、輸出扭矩大的特點；直線進給各軸主傳動采用全數字交流伺服電機，各軸位置檢測系統配置德國HEIDENHAIN（或西班牙FAGOR）光柵尺外置和編碼器，保證了機床運轉時的定位精度和工作精度；電氣控制方面標配德國西門子SINUMERIK 840D sl，SINAMICS S120 數字伺服系統（選配日本FANUC 公司0i MD 數字系統及伺服驅動系統），具有人機對話、軌跡顯示、故障自診斷、自動報警功能。使用過程中，出現具有代表性的典型故障。

圖1 XK24 系列定梁式龍門鏜銑加工中心

1 主軸噪聲異常類故障

1.1 故障現象

主軸低速擋位（20～800）RPM 運轉時，主軸運作正常，但主軸變速箱箱體噪聲很大；通過系統自帶診斷功能空載監控主軸負載大于正常范圍。

1.2 故障分析

XK2420 主傳動采用德國西門子主軸伺服電機，配置自制最優傳動比的減速箱，變速箱采用高低2 擋液壓自動換擋機構，主軸轉速（20～3000）r/min，低擋時轉速（20～800）r/min，變速范圍寬，功率損失小，輸出扭矩大。異常噪聲發生在低速擋位，高速擋位聲音正常，判斷故障范圍為低速擋齒輪部分。

1.3 故障處理

（1）清理設備工件，打掃設備衛生，懸掛設備維修指示牌，放置設備維修防護欄。

（2）現場主軸換擋測試高低擋位切換順暢，但切換時有輕微沖擊及打齒嫌疑，低擋運轉主軸，監控主軸空載負載10 %，鎖定箱體內部故障。

（3）拆卸變速箱體后部，從維修窗口觀察到箱體內高擋齒輪在低擋狀態下與低擋齒輪有輕微干涉現象；換擋撥叉連接的齒輪與低擋另外一個齒輪有明顯干涉；箱體底部有些許干涉產生的鐵粉末。

（4）拆卸換擋油缸活塞桿與檔位齒輪撥叉連接部件，檢查活塞桿行程時發現擋位齒輪撥叉上下擺動間隙>4 mm，懷疑擋位齒輪撥叉軸承損壞。

（5）機床斷電，機床工作臺上搭設高度足夠的腳手架，拆卸滑枕防護罩，拆卸主軸電機，拆卸變速箱前蓋板，拆解傳動軸組各花鍵軸、軸承、齒輪軸并做好相應標記，拆卸檔位齒輪撥叉組，檢查確認軸承損壞、軸承擋圈損壞。

（6）拆卸損壞擋圈、軸承，購買同品牌16015 軸承及擋圈備件準備更換。

（7）清洗撥叉組零部件，修整檔位齒輪撥叉組齒輪在使用中產生的毛刺，重新組裝撥叉組，檢查組裝完成后的撥叉組撥叉上下擺動間隙<0.5 mm。

（8）修整傳動組各齒輪、花鍵軸的毛刺，清洗各零部件，重新組裝并按拆卸標記恢復安裝傳動軸組各花鍵軸、軸承、齒輪軸、拆卸檔位齒輪撥叉組、油管。

（9）拆卸換擋油缸進出油口接頭，手動強制活塞桿檢查高低擋位與活塞桿上下行程極限對應情況。高檔時活塞行程上端極限，傳動齒輪組嚙合90%，箱體內部上方還有充足余量，各齒輪組無干涉現象；低檔時活塞行程下端極限，傳動齒輪組嚙合95%以上，箱體內部下方余量緊湊，高擋齒輪在低檔狀態下與低擋齒輪間隙較小，實測間隙0.7 mm，在極端情況下可能會產生干涉現象。

（10）檢查換擋活塞桿與擋位齒輪撥叉連接情況，發現已到達提升擋位齒輪撥叉組極限，為避免高擋齒輪在低擋狀態下與低擋齒輪干涉，可加工活塞桿或墊高油缸安裝位置提升擋位齒輪撥叉組。

（11）考慮到該換擋油缸活塞桿之前不明原因斷裂過，故選取墊高油缸安裝位置方式提升擋位齒輪撥叉組方式進行處理：用戶處現場可提供3 mm 左右墊圈若干，測量選取5 塊尺寸相近墊片，均布于油缸安裝面并緊固油缸安裝。

（12）再次手動強制活塞桿檢查高低擋位與活塞桿上下行程極限對應情況。高擋時活塞行程上端極限，傳動齒輪組嚙合92%，各齒輪組無干涉現象；低擋時活塞行程下端極限，傳動齒輪組嚙合>92%，高擋齒輪在低擋狀態下與低擋齒輪間隙3.5 mm，不會產生干涉現象。

（13）恢復安裝主軸電機、各拆卸油管，設備上電并換擋測試，檢查主軸高擋和低擋狀態下各齒輪組相互均無干涉，可明顯觀察間隙量足夠。但觀察到主軸擋位切換時箱體檔位齒輪內相互嚙合沖擊明顯，尤其是切換至低擋時，觀察到活塞桿動作太過迅速，多次調整擋位切換的調壓閥至最佳狀態，沖擊有所減小，但齒輪相互嚙合還是不夠柔和。

（14）檢查主軸換擋壓力表指示為8 MPA，調整降低壓力并觀察換擋沖擊及檔位到位情況，當壓力調整至4 MPA 時換擋比較柔和，且能迅速換擋到位，觀察變速箱處無沖擊現象，確認壓力適中；測試主軸松拉刀功能及附件頭松夾功能正常，確定換擋壓力的調整未影響主軸松拉刀功能及附件頭松夾功能。

（15）恢復變速箱蓋板并做密封處理，低擋各轉速段運轉主軸測試噪聲正常，高擋各轉速段運轉主軸測試噪聲正常，交用戶各轉速測試后確認故障消除，恢復滑枕防護罩，清理現場環境，交付用戶觀察使用。

2 結束語

對設備主軸低速擋位噪聲異常故障的分析、處理、排除，發現該系列機床出現換擋油缸活塞斷裂及換擋撥叉齒輪的損壞原因是換擋壓力調整不合適，導致主軸換擋時活塞桿沖擊較大。故障維修詳細記錄幫助維修人員更快更好的處理設備故障，提高設備維修效率。