动龙门镗铣加工中心预防性维修实践

司聚朝

（中钢集团邢台机械轧辊有限公司五分厂，河北 邢台 054025）

中钢集团邢台机械轧辊有限公司购买GMC30120mdr3动龙门镗铣加工中心两台，一台于2009年5月开始投入生产，另一台于2009年12月初开始试加工产品。作为最终用户，在做好项目管理的同时，还研究了该机床的技术细节。在机床的安装、调试、试加工产品中不断思考机床存在的问题，考虑如何最大限度地保持机床的精度，预防性地减少设备故障和防止设备事故的发生，做了一些有益的技术工作。并针对1年来机床发生的重点故障，总结了处理这些故障的方法和操作步骤。

一、机床简介

GMC30120mdr3动龙门镗铣加工中心是国内厂家通过引进、优化、吸收国外龙门五面体技术及滑枕动力头制造技术而开发的大型龙门数控加工机床。

此加工中心精度高、效率高，零件经一次装夹后，可完成除安装底面外的其余各面及孔系的工序，确保加工零件的加工精度及位置精度，是加工床身、立柱、大型箱体、板类等重型工件的关键设备。在加工轧辊时，发挥其高速的优势，每次吃刀深度不大于6mm，以减少对机床的冲击。

该机床属于龙门移动式镗铣加工中心，由A、X1、X2、X11、X21、Y1、Y2、Z1、Z2直线轴和两个旋转主轴C1、C2构成。机床夹具（又称“工作台”）命名为A轴，位于两立柱之间，主要由两V型铁、两滑座及工件支撑床身构成，夹具带有防护、润滑、拖动等辅助装置。一个V形支架是固定的，另一个支架由西门子1FT6系列交流伺服电机通过减速机传动，V形支架上放置加工的产品。夹具支撑重量80t、支撑辊径2 000mm，总长12 000mm。

龙门的移动为X轴，X轴的驱动通过四个西门子1FT6系列交流伺服电机和减速机实现。每侧床身上各有两个电机，构成西门子命名的“双驱动”。当X轴往一侧运动时，每侧床身上各有一个电机做驱动动力元件，另一个电机施加反方向的力矩，以便消隙。当X轴往一个方向移动时，两侧的交流伺服电机保持“同步”。因此在电气配置中X轴细分为X1、X2、X11、X21四个直线轴。一侧的滑板移动为Y1轴，另一侧的滑板移动为Y2轴。一个主轴滑枕的伸缩为Z1轴，另一侧的主轴滑枕的伸缩为Z2轴。两个立式主轴上分别安装有两个直角铣头，这样主轴由立式转化为卧式。两个直角铣头分别被命名为C1、C2轴。

二、预防性维护

1.改变加工工艺路线、提高加工精度、减少维修率

目前，该机床主要加工轧辊，工序包含：铣扁面、圆弧、键槽、均布孔、梅花头等。只有在铣扁面时，轧辊去除量大，对机床的冲击较大。为减少对直角铣头的冲击，需从加工工艺上改进。轧辊平放在V形支架上，V形支架与机床X轴平行。轧辊的两侧需要铣扁面，先粗铣，后精铣。原来精铣的工艺要求为从上往下铣（Z1、Z2移动），刀盘离开辊面后，Y1、Y2轴移动使刀盘离开轧辊扁面一定距离后，X轴移动刀盘的宽度，Z1、Z2轴上行后，Y1、Y2轴向靠近扁面的方向移动进行第二刀铣，依次类推，直到铣完扁面为止。机床的每个轴重复定位精度不可能为零，精铣完一刀后，Y1、Y2轴的离开和趋近必然造成重复定位误差。为避免这类事情发生，提高机床的加工精度，改变了加工工艺路线，即精铣完第一刀后，Y1、Y2轴不移动，X轴移动到轧辊扁头的外侧，Z1、Z2轴向上移动，然后X轴再移动到第二刀位置接着铣削，直到完成该工序的加工任务。通过加工工艺改进，在铣轧辊扁面时，没有Y1、Y2轴的重复定位精度问题，减少了这方面的维修几率。

2.防止龙门架扭曲的技术措施

龙门和立柱为机械联接，在运行中如果发生以下情况时，会对机床造成致命损坏：①床身导轨磨损造成X1、X2轴运行精度发生偏差；②X1、X2轴的光栅尺受污染，电机发生暴走；③两侧驱动装置有一组发生故障，而另一个驱动单位暴走；④电机编码器或光栅尺线等外围线路出现问题，导致X1或X2电机出现暴走。为防止此类恶性事故发生，应在西门子840D数控系统参数上进行设置，对X1、X2轴参数的设置：MD 37110 GANTRY-POS-TOL-WARNING，设置为0.40mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR，设置为0.50mm；MD 37120 GANTRY-POS-TOL-REF，设置为0.50mm。

参数设置后，当X轴两侧不同步超出0.40mm时，操作界面上出现“提示性警告”；如果X轴两侧不同步超出0.50mm时，操作界面上出现故障报警并停车。当然该数值可以由用户根据实际情况进行修改。

3.调整数控参数，防止机床损坏

（1）原机床各伺服轴设计速度为10 000mm/min。Z1、Z2轴的行程都为1 500mm，Y和Y2合行程为2 900mm。在短行程内使用10 000mm/min的高速，极易造成机床的碰撞。通过修改机床轴参数MD32000，可以根据需要设定各轴速度，以避免由于人反应慢造成机床损坏。

（2）两个主轴的直角铣头的精度很高，为避免操作人员加工吃大刀而损坏机床，可以根据需要，将主电机最大功率和扭矩参数设置如下：MD1235 POWER LIMIT，设置为60%；MD1230 TORQUE LIMIT，设置为70%。

（3）铣完扁面“清根”时，有些操作工使用机床速度很快，由于刀具负荷不均匀，会造成机床振动。可以通过设置轴参数MD36400 CONTOUR-TOL来限制这种错误行为。比如根据需要可以把Z1、Z2 轴的MD36 400 参数设置为0.50mm，这样当机床振动使Z1、Z2轴发生偏移达到0.50mm时，机床报警停车。

4.编制“抓头”、“还头”程序，方便维修直角铣头

该机床有两个主轴，每个主轴上安装一个直角铣头。“还头”就是将主轴上的直角铣头通过X、Y、Z轴的运动恰当地放置在方箱内；“抓头”就是把放置在方箱内的直角铣头从方箱中抓出来。在机床工作台的一侧固定有两个放置直角铣头的方箱，在直角铣头放置方箱的过程中，X、Y、Z轴有一个轴的坐标位置不对，很容易造成直角铣头的损坏。据此，须编制直角铣头放置方箱的程序。在需要直角铣头放置在方箱时，先使机床回参考点，然后启动编制的“还头”程序，很轻松地可把直角铣头放入方箱内。“抓头”时也有编好的“抓头”程序，主轴与直角铣头用螺栓连接好后，通过执行自动“抓头”程序，主轴可顺利地把直角铣头从方箱中抓出来。

注意事项：①如果拆开各轴的机械部分或各轴的光栅尺做定位调整，机床恢复工作后，执行“还头”、“抓头”前，一定要重新核对程序中各坐标值是否正确，不正确需修正坐标值。②如果“抓头”、“还头”时，不执行程序也可以，只需按程序中的坐标值进行“手动”也可实现。③当执行“还头”程序时，直角铣头进入方箱内，快到达位置时，可采用如下方法观察Z轴电机电流：menu→Select→“诊断”→“驱动调整”→观察“平滑的电流值”数值。空载电流为3%～5%，观察其电流，一旦达7%，应迅速把轴倍率开关置于0，停止操作。这时说明直角铣头放置在方箱内已经到位。

三、典型维修案例

1.直角铣头不能正常卡紧或松开故障的处理

操作直角铣头“卡紧”或“松开”时，如果出现报警700105 C1 axis failure clamp and unclamp adapter C1轴错误夹紧松开信号，或者出现报警700106 C2 axis failure clamp and unclamp adapter C2轴错误夹紧松开信号。说明直角铣头1或直角铣头2夹紧、松开出现了问题。处理方法、步骤如下。

（1）当操作直角铣头1或2夹紧、松开时，观察液压站的压力，设计压力为10MPa，如果压力正常仍不能正常夹紧、松开的，继续下一步操作。

（2）首先根据报警的内容判断是1头还是2头发生故障，如果是1头，操作界面显示器的最上侧显示CHANNEL1，如果不是，按“CHANNEL”键，转换到CHANNEL1。

（3）“松开”试验：选择“MDA”模式→输入程序“M70 M96 M30”→如果显示器出现提示信息“直角铣头C1或C2松开到位”说明松开正常，如果出现700105或700106报警，说明夹紧有问题。

（4）“夹紧”试验：选择“MDA”模式→输入程序“M70 M95 M30”→如果显示器出现提示信息“直角铣头C1或C 2 夹紧到位”说明夹紧正常，如果出现700 105 或700106报警，说明夹紧有问题。

（5）打开直角铣头牙盘外圈，观察牙盘啮合是否良好，如果啮合良好，说明直角铣头内的检测牙盘“夹紧”或“松开”的开关或外围线路有问题，此时先可以重复以上（3）、（4）步试验，观察开关触头对应的地方有无异常现象。曾经发现直角铣头开关触头对应的地方有一个工艺孔，如果是这样，做一个堵，塞进去即可恢复机床正常，如果不是这类问题，查找到开关和外围线路的故障点，就可恢复机床正常。

（6）如果直角铣头牙盘啮合不好，有错位，就需要使牙盘啮合良好。

（7）在人为使直角铣头转一个角度以恢复直角铣头正常之前需要知道现在直角铣头的位置。直角铣头一圈内有144个工位，两个工位间的夹角为2.5°，故人为偏转直角铣头的角度不大于2.5°。操作步骤为：menu→Select→“参数”→“用户数据”→“通道用户数据”→用GUD+或GUD-键上下翻找，直到找到“UGUD”→在变量表的最后一句，即LASTPOS显示目前直角铣头的度数。

注意：①显示器右上角能显示直角铣头的实际位置。如果在修机床之前有人修此类故障，没有修到位，容易产生LASTPOS显示的直角铣头的度数和显示器右上角的度数不一样。此时以直角铣头实际位置为准。②以好的一侧的直角铣头为基准，把出现故障的直角铣头手动到0°，检查该头实际位置和显示是否相符。

（8）在现场调试中，应做机床直角铣头正常时的印证。用手动方式使直角铣头转到0°。操作方法如下：“JOG”→选“8”轴→手动旋转不大于2.5°的一个度数，使牙盘啮合良好→重复(3)、(4）步的试验。如果提示信息显示直角铣头“夹紧”、“放松”正常即可→计算手动转过的角度。

（9）如果是C1轴发生了故障，把手动转过的角度差值加到MD34080[0]；如果是C2轴发生了故障，把手动转过的角度差值加到MD34080[1]→NCK复位。

（10）如果是C1轴出现了故障，把手动转过的角度差值加上L01、TOOL1、ZHUATOU1、HUANTOU1程序的SPOS显示的直角铣头的度数中；如果是C2轴出现了故障，把手动转过的角度差值加上L02、TOOL2、ZHUATOU2、HUANTOU2程序的SPOS显示的直角铣头的度数中。

（11）把直角铣头实际位置值写入UGUD变量表的最后——LASTPOS中。

2.减轻编程强度、提高刀具寿命、提高产品表面质量

在铣削“梅花头”（“梅花头”是对称的）时，工艺人员用UG软件生成的程序输入到机床，只能一侧加工结束后再加工另一侧。为提高机床工作效率，工艺人员将UG软件生成的加工程序进行了修改，使得两侧可同时加工，但在加工时，明显看到刀具热得“冒火”。

将NC卡软件升级后，实现五轴联动完成两侧梅花头的同时加工，并且由于避免了每个加工循环Y轴的直接“扎刀”从而保护了刀具。

3.西门子840D数控系统执行模拟时出现死机等问题的消除方法

该机床以前执行模拟功能时正常，在无人修改参数的情况下，执行模拟功能时，出现以下几种异常情况：①模拟时大部分情况下出现死机；②有时能模拟，但刀具起始点发生坐标偏置；③模拟时机床坐标变化，但没有出现刀具轨迹。

模拟功能很重要，在模拟中能发现加工程序是否正确。发生以上情况的可能原因是：刀具配置不合理。可按照下述操作步骤解决问题：“菜单选择”→“服务”→“对话式编程”→“模拟数据”→将该文件夹下所有的初始化文件删掉→重新启动机床→再次模拟时遇到询问式对话框，回答“是”→重新模拟。

4.换刀中机械手中途停止的解决办法

现主轴上装有20#刀具，准备把20#刀具送回刀库，把19#刀装到主轴上。机械手把19#刀从刀库中取出后，还没有完成换刀，机床由于其他报警，机械手停止，无法回位。处理方法：为安全起见，手动卸下机械手上的19#刀具，按刀库操作盒上的“修调”按钮，把波段开关拨到“机械手缩回”，修改刀库数据，防止下次用机械手换刀时机械手没反应或产生误动作。操作步骤如下：“菜单选择”→“诊断”→“SMTCL”→“T number List 2 ”→把Spindle tool no.和gripper tool no.设置为20 →“Buffer List 2 ”→location 20设置为0。

5.更换备件直角铣头时注意事项

更换直角铣头备件后，在调试之前，不能执行机械手自动换刀，否则发生机械手和直角铣头上的刀具碰撞。调试后，可以考虑自动换刀。调试步骤如下：用刀库操作盒在不装刀的情况下，手动操作，使机械手处于直角铣头刀具处，观察机械手位置，松开刀库底座下的螺丝，调底座至合适位置后拧紧螺栓即可。