数控不落轮镟床测量系统报警故障分析处理

张伟华，刘云贵

（1.成都工贸职业技术学院，四川成都 610011；2.成都地铁运营有限公司，四川成都 610011）

0 引言

U2000-400M 型数控不落轮镟床是由德国Hegenscheidt-MFD 公司生产的高性能机床。该设备主要用于地铁列车在整列编组、轮对不解体的情况下，对车轮轮缘和踏面进行修复加工。该设备自动化程度高，具备自动测量、加工等功能。

1 故障现象

2022 年1 月22 日上午，某线不落轮镟床操作人员在进行轮对镟修作业过程中，执行粗加工后测量程序时，设备出现报警号为21614 的报警停机（图1）。

图1 报警情况

2 原因分析

出现该故障后，现场操作人员将设备复位后继续投入使用，并密切关注车刀在轮对上的切削情况，防止出现扎刀等异常情况，使用不久后再次报该故障。

鉴于其他线同型号不落轮镟床曾经发生过类似偶发故障，判断是Z1 轴运行不畅所致。而该设备Z1 轴运行时声音也存在异常，怀疑在测量头靠近轮对内侧时有可能Z1 轴偶发运行不稳，发生过冲现象，导致测量头横向位移超限，出现保护报警，对Z1 轴滚珠丝杠螺母副进行强制润滑。再次进行轮对镟修作业，使用不久进入加工后测量程序时，又出现该故障报警停机。为避免影响正常的轮对镟修作业，耽误电客车的交付时间，将设备复位后，再次投入使用，并在测量时将左侧刀架倍率调低至40%左右，使用不久，再次发生该故障报警停机。

2.1 查阅报警说明

根据报警号调出报警说明，报警说明信息如图2 所示，分析产生报警的可能原因。由于该报警不是一直存在，首先排除PLC程序（软限位）原因引起的报警，可能是限位开关被误触发或限位开关故障引起的报警。

图2 报警信息说明

2.2 测量系统及其超限保护原理分析

不落轮镟床测量系统是该类型设备的核心部件，测量系统的稳定性和测量精度直接影响轮对的镟修精度。测量系统不稳定或发生故障可能影响轮对镟修质量，甚至造成设备及人身安全事故。首先对测量系统的原理进行简要分析，左侧刀架及测量装置如图3 所示，为拆除盖板后的左侧刀架。左侧测量装置集成在左侧刀架内，当进行测量时，测量头从翻盖处伸出，左侧刀架带动测量装置按照测量程序进行运动，完成轮对直径、内距、轴向窜动和径向跳动等的测量。

图3 左侧刀架及测量装置

测量头上有两个测量轮，左侧测量装置测量轮对内侧面，如图4 所示，为便于区分，其中一个测量轮为定位测量轮，主要用于轮对轴向定位、内距、窜动的测量；另一个测量轮为磨耗测量轮，主要用于踏面直径、径向跳动、踏面磨耗的测量。当进行左侧轮对定位、内侧距和轴向窜动的测量时，左侧刀架带动测量装置快速向左横向移动，靠近并接触轮对内侧面，在定位测量轮接触轮对的内侧面时发生偶发的故障报警。

图4 左侧测量装置测量轮对内侧面

由于测量装置的重要性，为防止铁屑或灰尘进入损坏测量系统或影响测量精度，测量装置由两层盖板保护。去掉盖板后的左侧测量装置如图5 所示，为取下盖板后的左侧测量装置（测量头未伸出）。在测量轮对内侧面时，测量装置由刀架在Z1 轴滚珠丝杠副的带动下快速横向移动，因此测量装置在Z 向（该机床坐标定义横向为Z 向）有一段缓冲距离，并安装有光栅尺，用于计量测量轮被挤压到轮对内侧面后产生的Z 向位移，即WM1 轴。为了防止测量轮在接触轮对内侧面时或测量过程中超行程损伤光栅尺及其他硬件，在测量装置Z 向移动位置末端加装了接近开关作为限位保护，当接近开关被触发时，设备立即发生报警停机。

图5 去掉盖板后的左侧测量装置

2.3 接近开关触发装置结构分析

由于不落轮镟床测量系统在原工厂已经安装调试到位，测量系统外部有多层盖板及防护罩，盖板螺钉细小且均为专用螺钉，拆卸过程中易掉落，按照厂家提供的设备维保资料，无相关的维保内容，因此日常检修作业时一般未去掉盖板进行检查确认。

而测量装置整体集成在刀架内，结构紧凑，去掉盖板后只能看见接近开关部分（图5），无法分析接近开关是如何被触发发生保护报警的。因此需要对其触发装置的结构及原理进行分析，查阅测量装置装配图，测量系统横向保护触发装置剖视图如图6 所示。在测量轮对内侧面时，测量装置以一定的速度横向靠近并挤压轮对内侧面，由于存在反作用力，且轮对静止不动，定位测量轮会向相反方向移动，挤压弹簧并带动螺钉（螺钉连接在测量装置拨叉上，由锁紧螺母锁紧，拨叉与定位测量轮联接）横向移动，若螺钉头部达到接近开关上面，则触发接近开关，测量装置发生保护报警。

图6 测量系统横向保护触发装置剖视图

2.4 报警原因分析

2.4.1 接近开关松动

以往其他采用接近开关保护的设备运动部件，一般在发生接近开关松动时，会出现类似报警，因此可能是接近开关松动引起的报警。

2.4.2 触发螺钉松动

根据接近开关触发装置结构分析，若测量系统接近开关的触发螺钉发生松动，可能导致测量系统有效测量距离逐渐变短，测量轮对时，刀架带动测量装置轴向快速运行并碰到轮对内侧面，测量头与轮对内侧壁碰触并压缩弹簧而快速移动，带动触发螺钉头部触发接近开关，从而产生保护报警停机。

3 排查故障

3.1 检查接近开关

去掉测量装置的盖板后首先检查接近开关，接近开关表面无擦痕，锁紧螺母无松动现象，指示灯指示正常。

3.2 检查触发螺钉

由于触发螺钉安装在测量装置的内部，不便检查。通过检查左右两侧测量装置报警时的移动距离，来判断左侧测量装置的触发螺钉是否松动。将左侧测量头伸出，测量头侧面架百分表，控制屏调到各轴实时位置界面，一人用手向内侧搬动测量头，配合人员观察记录屏幕上WM1 轴（左侧测量装置Z 向轴）报警时移动的距离；照此方法观察记录屏幕上WM2 轴（右侧测量装置Z 向轴）报警时移动的距离。左右测量装置报警前后移动数据对比如图7 所示。

图7 左右测量装置报警移动距离对比

左侧测量装置初始位置-0.776 mm，报警位置2.82 mm，移动距离为3.596 mm，百分表读数3.6 mm，说明光栅尺没有问题；右侧测量装置初始位置-0.326 mm，报警位置6.307 mm，移动距离为6.633 mm，比左侧距离长3.033 mm。由此，基本可以判断，左侧测量装置触发螺钉松动，导致其到接近开关的移动距离变短，当测量左侧轮对内侧面时，触发螺钉头部触发接近开关引起报警保护。

4 处理故障及采取的措施

使用专用工具从测量装置侧面调节触发螺钉的位置，同时用手向内侧搬动测量装置，观察屏幕直到报警时移动距离接近6.6 mm 左右（与右侧相当），将锁紧螺母锁紧，并画上防松线。恢复设备，测量一对已加工的轮对，测量数据和前期对比，无异常，进行轮对镟修，未出现类似报警，设备恢复正常。

由于不落轮镟床为到段整体安装，测量系统在原工厂已经安装调试到位，鉴于测量系统的重要性，外部有多层盖板及防护罩，而厂家提供的维保手册未提及，验收和日常检修作业时未进行检查确认。因此后续维保列入质疑修范畴，每年结合年检作业拆除盖板，检查触发螺钉锁紧螺母防松线是否正常。