機床數控化改造――企業關注的一大熱點

機床數控化改造――企業關注的一大熱點

　　數控天地制造技術是直接創造物質文明的基礎，它對任何1個國家、社會的繁榮強起著至關重要的作用。

　　機床文/北京航空工藝研究所陳燁鄧凌數控化改造企業關注的一大熱點制造技術是直接創造物質文明的基礎，它對任何一個國家、社會的繁榮富強起著至關重要的作用。二十世紀九十年代先進制造技術已廣泛應用在國民經濟各個領域，如汽車制造、船舶制造、石油化工等，特別是計算機技術飛速發展，產生的CIMS、FMS、FMC、DNC、CNC等技術使制造業的基礎機床技術如虎添翼，然而許多六、七十年代生產的舊設備仍具有良好的機械性能，并且綠色制造業不容許有大比例的丟棄物。如何有效地利用現有設備，使之發揮更大的經濟效益和社會效益，是國內外許多企業關注的問題。機床的數控化改造是其中的一大熱點，它包括一般機床數控化改造和原有舊數控機床的數控化改造。在這一方面，國內外很多企業已經做了許多事情。

　　國外先進國家情況據有關資料報導，日本和歐美先進國家進行的機床設備現狀抽樣調查是：對252家企業調查數據，不足30%的企業占41.3%，NC率占30%-50%的企業占33.7%，即75%的企業機床設備NC化率不足50%，這種比例與企業大小無關。

　　年的產品占60%，是現役機床的主體。

　　工廠購買新機床用于提高加工精度占38%，用于提高生產率占35%，為了省力占22%.由于新機床的不斷購入和舊機床的報廢，這一數據較難統計，但初步估計約占20%-30%，且五年內仍將保持此值，另一個有價值的數據是舊數控機床占整個舊機床產值的比例上升很快。

　　普通可改造舊機床年限在10年以內，而NC舊機床多在15年以內，并且這一工作大多委托原機床制造廠和具有配套技術(機械、電氣、編程、工藝等)能力的企業進行，這樣可達到成本低，質量高(有一年保證期)，備件充足，維修資料齊全的目的。普通機床修復時間一般為8個星期，NC機床為12個星期。

　　大多數機床是CNC機床，需要進行機械部分和CNC系統更新(有時需要把普通機床改裝為CNC機床)，如使用絲杠、導軌、齒輪、電氣箱等，對于原來不是數控的機床其進給速度一般不能再提高，但數控機床有可能提高進給速度75%.主軸速度在無須進行重新設計情況下大多可以提高。

　　一臺舊CNC設備經過翻新(機床完全拆開，重新數控機床市場。64.數控天地設計和進行CNC改造)成本約為新機床的30%-40%.由于一些市場不規范和用戶認識的原因，機床數控化改造存在的問題是：M)形象不高，一些大型企業認為，舊機床精度及生產率方面比新機床遜色得多。

　　信心不足，流通領域人士對舊機床改造經營體制不完備，價格不透明，缺少售后服務的經驗，用戶對綜合質量的信任度不高。

　　后繼乏人，進行舊機床改造的人日趨高齡化且后繼乏人，據說將這一產業發展成為一個成功的商社需要有10年時間。

　　從事這一行業的人需要積累大量的產品知識，能鑒別設備原有用戶的使用程度，擁有個人關系網，都需要有相當長的準備時間，也需要有商品流通工作的技巧，這些應當受到社會尊重，局外人往往難以理解。

　　國內航空領域數控機床應用現狀隨著國際金融業好轉、國內經濟的發展，機床進□增長很快。國防工業系統近幾年大型復雜數控機床進□更趨直線上升。就航空系統而言，近十年來，由于新機預研、型號研制、民機轉包生產與合作生產任務需求的增加，數控技術得到了長足發展，相繼配置了為數可觀的數控設備。截止到1999年為止，航空工業企事業單位各種類型的數控設備大約已達到1500余臺，機加設備的數控化率已達到5°/.，已高于全國水平(1.5°/.)。

　　預計，今后重點主機廠和機載設備廠還將購置數控設備，數控設備總數將達到1700臺以上，航空工業生產制造能力將有明顯改善和提高。

　　但是，從總體上講，目前航空工業數控加工技術的發展現狀和應用水平還是落后的，完全不能適應當前和今后軍機和民機研制與生產任務的需求，與國外先進水平的差距有越來越大趨勢。主要表現在數控加工設備利用率和效率低下。主機廠的數控加工設備利用率按主軸開動時間計一般為30%-40%，個別廠低于10%(國外為70%-80%)，加工效率僅為20%- 30%，加工時間與準備時間之比平均為1：5-1：8.這個數值遠低于先進國家的1：0.5，也低于同類企業的1：1-1：2的平均水平，造成數控設備能力的極大浪費。

　　提高數控技術效益的重要內容之一是提高設備利用率，而設備應故障停工的時間約占全過程的5%-15%(各廠不一)。故障來自控制系統、機床、計算機軟、硬件及其它輔助設備，且是一隨機過程。

　　航空工業系統1986年前購買數控設備占總數一半以上，這些機床數控系統已老化，備件供應“斷糧”，機械傳動機構磨損嚴重，某些工廠停機維修設備占2/5，因此舊設備改造翻新已到了必要階段，實際上有些單位已經在陸續進行并收到了一定成效。應該說在經濟上用低于1/3的費用(新機床)改造一臺舊機床是合算的，航空系統內部某些專業化單位也有這方面的能力，目前主要問題是總公司應加強組織管理，發揮工廠與專業單位積極性，集中與分散相結合，盡快建立“數控機床(設備)技術與改造(翻新)中心”，建立有規范化的技術服務并積極開展廠際交流與合作。

　　我們在這個領域所做的工作自1958年由由六二五所與機床所及北航合作，研制了X53K-SK數控機床起，我們先后研制成功XK53- 1G磁帶錄返式數控立銑、XSK-5040(丨V)G四坐標數控銑、SKX-3000三坐標龍門移動式數控銑，與法國FOREST公司合作，采用具有國際先進水平的設計制造技術，合作生產了一大批飛機工業用三一五坐標龍門移動式銑床，并在此基礎上創新開發了四坐標龍門移動數控銑，還與FOREST公司合作生產了加工大型汽車覆蓋件模具的雙回轉頭數控龍門銑、大型四、五坐標加工中心。在自行設計數控機床、設備方面，六二五所具有設計研制三、四坐標大型龍門移動銑床(SKX- 3000，SKX-3000AC及V12000BT)的經驗，并且有設計研制加工飛機風模用雙轉臺式五坐標數控機床(SKX-8000AC)的經驗。通過國際合作，掌握了V1 20002T五坐標龍門移動數控銑及FLEXIAX 510五坐標加工中心等數控機床品種中最尖端、最復雜的高精度、高剛度大功率的五坐標機床設計研制技術，從而獲得了設計研制航空工業用多種類型數控機床的主動權。

　　數控機床市場序機床名稱使用單位臺號數2000B三坐標數控龍門銑床沈飛(112廠)2000B三坐標數控龍門銑床哈飛2000B三坐標數控龍門銑床成飛(132廠)2000B三坐標數控龍門銑床云飛(130廠)2000B三坐標數控龍門銑床西飛(172廠)2000B三坐標數控龍門銑床航天(211廠)2000B三坐標數控龍門銑床南飛(320廠)1250MN三坐標數控龍門銑床西飛(172廠)2000BT四坐標數控龍門銑床哈飛(122廠)20002T五坐標數控龍門銑床沈飛(112廠)20002T五坐標數控龍門銑床成飛(132廠)20002T五坐標數控龍門銑床西飛(172廠)20002T五坐標數控龍門銑床南飛(320廠)F410四坐標數控加工中心F510四坐標數控加工中心VL205六坐標數控刀具磨床沈飛(112廠)VL205六坐標數控刀具磨床黎明(410廠)VL205六坐標數控刀具磨床上飛(5703廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床昌飛(372廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床成飛(132廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床哈飛(122廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床沈飛(112廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床江鈴汽車制造廠S240三坐標數控仿型龍門銑床長春第一汽車集團S240三坐標數控仿型龍門銑床華北汽車制造廠S240三坐標數控仿型龍門銑床航天(211廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床西飛(172廠)S240三坐標數控仿型龍門銑床浙江永康機械廠總計8種1994年開始由于機床行業的困境和航空等領域數控機床實際需求的需要，六二五所開始進入數控舊機床改造行業，到目前為止已總共改造成功數控銑、磨床9臺，計產值530萬元，其中大型五軸聯動銑床2臺，大型三軸聯動銑床1臺，高精度磨床2臺，一般數控機床4臺。在我們的工作中得出一些經驗和體會供同行和用戶單位：教控機床改造的目的和竟義數控機床一般使用10~15年必須進行翻新改造，這種改造的含義不同于機床維修，它是根據用戶的需要及舊機床的狀況進行徹底的翻新，對其中關鍵運動部件往往要進行較全面的精修或更換，從而達到新機床的水平。對其控制部件進行更新，盡可能發揮機床原設計的所有功能，并且局部可以由于新系統功能的強大而增添或擴大。這種翻新避免了新機床給用戶帶來的生疏和麻煩，從而帶來很大利益：翻新改造舊數控機床能節約大量資金，國內翻新改造一臺價值100萬元以上的中大型復雜數控機床一般為新機床價格的20%-30%(國外為40%- 60%)。就航空系統主要大企業統計，約有此類機床300余臺總計可節約經費2.4億元。我們為成都飛機制造工業公司翻新一臺V22000B大型三坐標數控龍門銑床(床身接長2.5米)，價格為新機床的20%，機床定位精度等14項指標完全滿足新機床出廠水平，試切NAS件成功，得到用戶好評。

　　綠色制造是未來制造業的一項重大指標，機床數控化改造能利用床身、立柱、橫梁等大型鑄件(或焊接件)，大大降低為制造這些部件而產生的環境污染，從而造福人類，造福后代。

　　舊設備已使用十來年，操作、編程、維修人員比較熟悉其各種性能，因而改造后設備就可以縮短培訓時間，并且不必重新打地基，縮短安裝調試時間，省去時效周期，這一項就可節省時間3~4個月，節約經費3%~5%.翻新后的機床性能比新機床穩定，它原來存在的問題和缺陷經十幾年使用已充分暴露，負責改造的企業能根據用戶要求根除這些缺陷，并且增加一些新功能，如上面提到的我們為成都飛機公司翻新的機床，為了加工零件需要接長床身2.5米，為操作方便增加懸掛按鈕站，為加強冷卻效果增加了冷卻液噴嘴、加大了冷卻箱容積等等。

　　翻新改造教控機床的步驟和注竟點由用戶的使用單位(車間)和技改部門共同協商，根據舊設備使用情況和加工零件特點提出需求分析報告(或稱技術要求報告)，此報告給所有投標商(或承包單位)必須是統一規格和要求，以便有一個互相可比性指標。

　　有意向的承包單位和企業用戶共同分析測試原設備各種靜動態精度指標，如機床已停止使用則根據原始資料、使用記錄共同分析這些指標，要注意的是雙方應該用科學的、實事求是的態度，忠實于歷史。因為這是決定改造方案的重大依據，在一些場合由于數據的虛假性會造成改造后設備許多隱患。

　　挑選合適的承包單位，這一點非常重要，對于一臺大型復雜數控機床的改造，選擇的承包單位除應具有基本信任度外，必須具備綜合配套技術，如機械、電氣控制、工藝、操作，培訓、保證期服務等(國外多由教控機床市場數控天地原生產廠承攬)，目前國內有一些承包公司常在價格上不負責任地降低，或使用一些不合法手段爭得承包權，最后造成產品質量低劣、壽命短，吃虧的往往是用戶。還有一些是數控系統的生產商或經銷商，他們在系統方面具有不可否認的技術水平和能力，備件充足，但在機械特別是工藝方面多缺乏能力或考慮不周，對于大型、多坐標數控機床改造，我們認為用戶應慎重考慮。

　　簽訂合同和附件：附件是合同不可分割的內容，它一般包括兩個必要的條目是技術協議書和驗收文件。技術協議書必須滿足或覆蓋技術報告全部內容，并詳細物化、量化，對于可能產生雙方定義不清的內容要備注說明，如改造所用器件是進□或國產，要更換器件范圍，機械傳動件哪些可修復，哪些需要更換等。驗收文件要具體，它包括驗收方和數據，數控機床定位精度和重復定位精度是兩項重要指標，合格承包商能使改造設備指標達到出廠新機床水平，但動態精度往往無法直接測量，多體現在試切件精度指標上，所以大型復雜數控機床必須有試切件驗收標準(國際上多用NAS標準)。

　　合同執行，大型復雜數控機床由于體積大、重量重，并且有許多是尚在工作中帶病運行，不可能將整臺設備運往承包單位工廠現場，所以合同執行多分兩個階段，第一個階段是承包商根據合同要求進行設計、外購、外協、部件制造和安裝調試含數控系統脫機運行，這個階段一般在承包方工廠，占合同總周期的2/3，因為數控系統和伺服及電機訂貨周期是3-4個月。第二階段在用戶現場進行，為不影響用戶加工需要，此階段應該短一些，大型復雜設備多為1-2個月(國外服務是為用戶找一個代理加工單位或設備)。第二階段工作雖然也是承包給制造商的，但是現場條件需要用戶提供和保證，它會關系到設備質量和安裝調試周期，為使工作順利進行應該在合同中明確雙方友好合作的基本要求。驗收是結束合同現場執行階段的主要標志，它是由用戶和承包方共同完成的，參加人員用戶方除使用單位外應有檢驗和技改管理部門，驗收結束必須有驗收報告，且雙方負責人簽字。在報告中除合格條目外可以記入不影響加工待完善的內容，但必須明確完成曰期和要求。(6)其它：培訓和一年保證期是改造工作的保證。為了對產品全生命周期負責，培訓多為兩個階段，第一階段在承包方進行(也可以在數控系統供貨商安排的地方)，主要是進行控制系統、伺服系統和輔助控制(液壓、冷卻、潤滑、安全保護等)培訓。第二階段在用戶現場，主要是：操作、維修、保養、排除故障及機械技術培訓，這一階段可靈活安排一些實際操作，零件切削及故障排除方法訓練等。

　　合捆選埕數控系統。伺服系統知進給主妯電機目前大型多坐標航空數控機床選用的控制系統主五軸聯動機床上還無法實現(對于一些帶轉臺五軸聯動數控機床有個別系統可試應用)。數控機床改造中數控系統的選擇，主要根據用戶需求與機床的性能。這里提出值得注意的幾點：五軸聯動數控系統選擇應詳細閱讀使用手冊，許多系統對聯動軸有明確定義，特別是帶擺角機床的A、B、C軸定義，同時要根據加工零件工藝特點選擇必要的刀補軟件(選擇件)。

　　數控系統與伺服系統要匹配，特別在兩個部件不是一個公司生產時更應注意，如NUM1060系統不能配用Siemens611D.伺服電機選用上除在扭矩和轉速上要注意覆蓋負載情況外必須仔細了解伺服電機(主軸電機)的扭矩速度特性曲線的允許值。

　　結束語在航空工業內部就存在著幾百臺舊設備翻新和修復的廣闊市場，并且這一市場是經久不衰的。我們經過企業改造和產業結構調整，形成集團公司、研究所、工廠集成化的高科技產業集團，成立數控設備維護、服務和改造、培訓中心的時機也已經成熟。高科技產業并不是高不可攀、什么條件都要滿足后才能實施的，只要市場成熟，從某一點做起，慢慢完善、逐步擴大就是一種可行之路。

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