XK2420龙门镗铣床典型故障维修

陈林邦，苏 龙

（沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明 650203）

0 引言

公司设计生产的XK24系列定梁式龙门镗铣加工中心（图1），立柱固定在床身侧面，横梁固定在2个立柱上，在横梁上装有滑枕式镗铣头（主轴），组成龙门框架式结构，具有较高热对称性和动静特性，整机刚性高，稳定性好；主轴由交流伺服主轴电机经联轴器输入动力，经齿轮副传动至空心主轴，实现主轴（SP轴）回转运动；主轴变速箱采用高、低两挡液压变速，具有变速范围宽、转速高、功率损失小、输出扭矩大的特点；直线进给各轴主传动采用全数字交流伺服电机，各轴位置检测系统配置德国HEIDENHAIN（或西班牙FAGOR）光栅尺外置和编码器，保证了机床运转时的定位精度和工作精度；电气控制方面标配德国西门子SINUMERIK 840D sl，SINAMICS S120数字伺服系统（选配日本FANUC公司0i MD数字系统及伺服驱动系统），具有人机对话、轨迹显示、故障自诊断、自动报警功能。使用过程中，出现具有代表性的典型故障。

图1 XK24系列定梁式龙门镗铣加工中心

1 主轴噪声异常类故障

1.1 故障现象

主轴低速挡位（20～800）RPM运转时，主轴运作正常，但主轴变速箱箱体噪声很大；通过系统自带诊断功能空载监控主轴负载大于正常范围。

1.2 故障分析

XK2420主传动采用德国西门子主轴伺服电机，配置自制最优传动比的减速箱，变速箱采用高低2挡液压自动换挡机构，主轴转速（20～3000）r/min，低挡时转速（20～800）r/min，变速范围宽，功率损失小，输出扭矩大。异常噪声发生在低速挡位，高速挡位声音正常，判断故障范围为低速挡齿轮部分。

1.3 故障处理

（1）清理设备工件，打扫设备卫生，悬挂设备维修指示牌，放置设备维修防护栏。

（2）现场主轴换挡测试高低挡位切换顺畅，但切换时有轻微冲击及打齿嫌疑，低挡运转主轴，监控主轴空载负载10%，锁定箱体内部故障。

（3）拆卸变速箱体后部，从维修窗口观察到箱体内高挡齿轮在低挡状态下与低挡齿轮有轻微干涉现象；换挡拨叉连接的齿轮与低挡另外一个齿轮有明显干涉；箱体底部有些许干涉产生的铁粉末。

（4）拆卸换挡油缸活塞杆与档位齿轮拨叉连接部件，检查活塞杆行程时发现挡位齿轮拨叉上下摆动间隙>4 mm，怀疑挡位齿轮拨叉轴承损坏。

（5）机床断电，机床工作台上搭设高度足够的脚手架，拆卸滑枕防护罩，拆卸主轴电机，拆卸变速箱前盖板，拆解传动轴组各花键轴、轴承、齿轮轴并做好相应标记，拆卸档位齿轮拨叉组，检查确认轴承损坏、轴承挡圈损坏。

（6）拆卸损坏挡圈、轴承，购买同品牌16015轴承及挡圈备件准备更换。

（7）清洗拨叉组零部件，修整档位齿轮拨叉组齿轮在使用中产生的毛刺，重新组装拨叉组，检查组装完成后的拨叉组拨叉上下摆动间隙<0.5 mm。

（8）修整传动组各齿轮、花键轴的毛刺，清洗各零部件，重新组装并按拆卸标记恢复安装传动轴组各花键轴、轴承、齿轮轴、拆卸档位齿轮拨叉组、油管。

（9）拆卸换挡油缸进出油口接头，手动强制活塞杆检查高低挡位与活塞杆上下行程极限对应情况。高档时活塞行程上端极限，传动齿轮组啮合90%，箱体内部上方还有充足余量，各齿轮组无干涉现象；低档时活塞行程下端极限，传动齿轮组啮合95%以上，箱体内部下方余量紧凑，高挡齿轮在低档状态下与低挡齿轮间隙较小，实测间隙0.7 mm，在极端情况下可能会产生干涉现象。

（10）检查换挡活塞杆与挡位齿轮拨叉连接情况，发现已到达提升挡位齿轮拨叉组极限，为避免高挡齿轮在低挡状态下与低挡齿轮干涉，可加工活塞杆或垫高油缸安装位置提升挡位齿轮拨叉组。

（11）考虑到该换挡油缸活塞杆之前不明原因断裂过，故选取垫高油缸安装位置方式提升挡位齿轮拨叉组方式进行处理:用户处现场可提供3 mm左右垫圈若干，测量选取5块尺寸相近垫片，均布于油缸安装面并紧固油缸安装。

（12）再次手动强制活塞杆检查高低挡位与活塞杆上下行程极限对应情况。高挡时活塞行程上端极限，传动齿轮组啮合92%，各齿轮组无干涉现象；低挡时活塞行程下端极限，传动齿轮组啮合>92%，高挡齿轮在低挡状态下与低挡齿轮间隙3.5 mm，不会产生干涉现象。

（13）恢复安装主轴电机、各拆卸油管，设备上电并换挡测试，检查主轴高挡和低挡状态下各齿轮组相互均无干涉，可明显观察间隙量足够。但观察到主轴挡位切换时箱体档位齿轮内相互啮合冲击明显，尤其是切换至低挡时，观察到活塞杆动作太过迅速，多次调整挡位切换的调压阀至最佳状态，冲击有所减小，但齿轮相互啮合还是不够柔和。

（14）检查主轴换挡压力表指示为8 MPA，调整降低压力并观察换挡冲击及档位到位情况，当压力调整至4 MPA时换挡比较柔和，且能迅速换挡到位，观察变速箱处无冲击现象，确认压力适中；测试主轴松拉刀功能及附件头松夹功能正常，确定换挡压力的调整未影响主轴松拉刀功能及附件头松夹功能。

（15）恢复变速箱盖板并做密封处理，低挡各转速段运转主轴测试噪声正常，高挡各转速段运转主轴测试噪声正常，交用户各转速测试后确认故障消除，恢复滑枕防护罩，清理现场环境，交付用户观察使用。

2 结束语

对设备主轴低速挡位噪声异常故障的分析、处理、排除，发现该系列机床出现换挡油缸活塞断裂及换挡拨叉齿轮的损坏原因是换挡压力调整不合适，导致主轴换挡时活塞杆冲击较大。故障维修详细记录帮助维修人员更快更好的处理设备故障，提高设备维修效率。