動龍門鏜銑加工中心預(yù)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(chǎn)，另一臺于2009年12月初開始試加工產(chǎn)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(shù)細節(jié)。在機床的安裝、調(diào)試、試加工產(chǎn)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(yù)防性地減少設(shè)備故障和防止設(shè)備事故的發(fā)生，做了一些有益的技術(shù)工作。并針對1年來機床發(fā)生的重點故障，總結(jié)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(nèi)廠家通過引進、優(yōu)化、吸收國外龍門五面體技術(shù)及滑枕動力頭制造技術(shù)而開發(fā)的大型龍門數(shù)控加工機床。

此加工中心精度高、效率高，零件經(jīng)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(guān)鍵設(shè)備。在加工軋輥時，發(fā)揮其高速的優(yōu)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(zhuǎn)主軸C1、C2構(gòu)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(gòu)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(chǎn)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(qū)動通過四個西門子1FT6系列交流伺服電機和減速機實現(xiàn)。每側(cè)床身上各有兩個電機，構(gòu)成西門子命名的“雙驅(qū)動”。當X軸往一側(cè)運動時，每側(cè)床身上各有一個電機做驅(qū)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(cè)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(cè)的滑板移動為Y1軸，另一側(cè)的滑板移動為Y2軸。一個主軸滑枕的伸縮為Z1軸，另一側(cè)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(zhuǎn)化為臥式。兩個直角銑頭分別被命名為C1、C2軸。

二、預(yù)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(cè)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(fā)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(cè)，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(wù)。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(shù)措施

龍門和立柱為機械聯(lián)接，在運行中如果發(fā)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(fā)生偏差；②X1、X2軸的光柵尺受污染，電機發(fā)生暴走；③兩側(cè)驅(qū)動裝置有一組發(fā)生故障，而另一個驅(qū)動單位暴走；④電機編碼器或光柵尺線等外圍線路出現(xiàn)問題，導致X1或X2電機出現(xiàn)暴走。為防止此類惡性事故發(fā)生，應(yīng)在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)上進行設(shè)置，對X1、X2軸參數(shù)的設(shè)置：MD 37110 GANTRY-POS-TOL-WARNING，設(shè)置為0.40mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR，設(shè)置為0.50mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-REF，設(shè)置為0.50mm。

參數(shù)設(shè)置后，當X軸兩側(cè)不同步超出0.40mm時，操作界面上出現(xiàn)“提示性警告”；如果X軸兩側(cè)不同步超出0.50mm時，操作界面上出現(xiàn)故障報警并停車。當然該數(shù)值可以由用戶根據(jù)實際情況進行修改。

3.調(diào)整數(shù)控參數(shù)，防止機床損壞

（1）原機床各伺服軸設(shè)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(nèi)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(shù)MD32000，可以根據(jù)需要設(shè)定各軸速度，以避免由于人反應(yīng)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(jù)需要，將主電機最大功率和扭矩參數(shù)設(shè)置如下：MD1235 POWER LIMIT，設(shè)置為60%；MD1230 TORQUE LIMIT，設(shè)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?？梢酝ㄟ^設(shè)置軸參數(shù)MD36400 CONTOUR-TOL來限制這種錯誤行為。比如根據(jù)需要可以把Z1、Z2 軸的MD36 400 參數(shù)設(shè)置為0.50mm，這樣當機床振動使Z1、Z2軸發(fā)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?shù)胤胖迷诜较鋬?nèi)；“抓頭”就是把放置在方箱內(nèi)的直角銑頭從方箱中抓出來。在機床工作臺的一側(cè)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(jù)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(nèi)。“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(zhí)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(diào)整，機床恢復工作后，執(zhí)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(zhí)行程序也可以，只需按程序中的坐標值進行“手動”也可實現(xiàn)。③當執(zhí)行“還頭”程序時，直角銑頭進入方箱內(nèi)，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(qū)動調(diào)整”→觀察“平滑的電流值”數(shù)值?？蛰d電流為3%～5%，觀察其電流，一旦達7%，應(yīng)迅速把軸倍率開關(guān)置于0，停止操作。這時說明直角銑頭放置在方箱內(nèi)已經(jīng)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(xiàn)報警700105 C1 axis failure clamp and unclamp adapter C1軸錯誤夾緊松開信號，或者出現(xiàn)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(xiàn)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(shè)計壓力為10MPa，如果壓力正常仍不能正常夾緊、松開的，繼續(xù)下一步操作。

（2）首先根據(jù)報警的內(nèi)容判斷是1頭還是2頭發(fā)生故障，如果是1頭，操作界面顯示器的最上側(cè)顯示CHANNEL1，如果不是，按“CHANNEL”鍵，轉(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)的檢測牙盤“夾緊”或“松開”的開關(guān)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(guān)觸頭對應(yīng)的地方有無異常現(xiàn)象。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)直角銑頭開關(guān)觸頭對應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)一個角度以恢復直角銑頭正常之前需要知道現(xiàn)在直角銑頭的位置。直角銑頭一圈內(nèi)有144個工位，兩個工位間的夾角為2.5°，故人為偏轉(zhuǎn)直角銑頭的角度不大于2.5°。操作步驟為：menu→Select→“參數(shù)”→“用戶數(shù)據(jù)”→“通道用戶數(shù)據(jù)”→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(shù)。

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(chǎn)生LASTPOS顯示的直角銑頭的度數(shù)和顯示器右上角的度數(shù)不一樣。此時以直角銑頭實際位置為準。②以好的一側(cè)的直角銑頭為基準，把出現(xiàn)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(xiàn)場調(diào)試中，應(yīng)做機床直角銑頭正常時的印證。用手動方式使直角銑頭轉(zhuǎn)到0°。操作方法如下：“JOG”→選“8”軸→手動旋轉(zhuǎn)不大于2.5°的一個度數(shù)，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(zhuǎn)過的角度。

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

（10）如果是C1軸出現(xiàn)了故障，把手動轉(zhuǎn)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(shù)中；如果是C2軸出現(xiàn)了故障，把手動轉(zhuǎn)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(shù)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(chǎn)品表面質(zhì)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(cè)加工結(jié)束后再加工另一側(cè)。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(cè)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(xiàn)五軸聯(lián)動完成兩側(cè)梅花頭的同時加工，并且由于避免了每個加工循環(huán)Y軸的直接“扎刀”從而保護了刀具。

3.西門子840D數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行模擬時出現(xiàn)死機等問題的消除方法

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

模擬功能很重要，在模擬中能發(fā)現(xiàn)加工程序是否正確。發(fā)生以上情況的可能原因是：刀具配置不合理?？砂凑障率霾僮鞑襟E解決問題：“菜單選擇”→“服務(wù)”→“對話式編程”→“模擬數(shù)據(jù)”→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(xiàn)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(diào)”按鈕，把波段開關(guān)撥到“機械手縮回”，修改刀庫數(shù)據(jù)，防止下次用機械手換刀時機械手沒反應(yīng)或產(chǎn)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(shè)置為20 →“Buffer List 2 ”→location 20設(shè)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(diào)試之前，不能執(zhí)行機械手自動換刀，否則發(fā)生機械手和直角銑頭上的刀具碰撞。調(diào)試后，可以考慮自動換刀。調(diào)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(diào)底座至合適位置后擰緊螺栓即可。