機床數控化改造――企業(yè)關(guān)注的一大熱點(diǎn)

　　數控天地制造技術(shù)是直接創(chuàng )造物質(zhì)文明的基礎，它對任何1個(gè)國家、社會(huì )的繁榮強起著(zhù)至關(guān)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(yè)關(guān)注的一大熱點(diǎn)制造技術(shù)是直接創(chuàng )造物質(zhì)文明的基礎，它對任何一個(gè)國家、社會(huì )的繁榮富強起著(zhù)至關(guān)重要的作用。二十世紀九十年代先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應用在國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域，如汽車(chē)制造、船舶制造、石油化工等，特別是計算機技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)生的CIMS、FMS、FMC、DNC、CNC等技術(shù)使制造業(yè)的基礎機床技術(shù)如虎添翼，然而許多六、七十年代生產(chǎn)的舊設備仍具有良好的機械性能，并且綠色制造業(yè)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(fā)揮更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，是國內外許多企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題。機床的數控化改造是其中的一大熱點(diǎn)，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(yè)已經(jīng)做了許多事情。

　　國外先進(jìn)國家情況據有關(guān)資料報導，日本和歐美先進(jìn)國家進(jìn)行的機床設備現狀抽樣調查是：對252家企業(yè)調查數據，不足30%的企業(yè)占41.3%，NC率占30%-50%的企業(yè)占33.7%，即75%的企業(yè)機床設備N(xiāo)C化率不足50%，這種比例與企業(yè)大小無(wú)關(guān)。

　　年的產(chǎn)品占60%，是現役機床的主體。

　　工廠(chǎng)購買(mǎi)新機床用于提高加工精度占38%，用于提高生產(chǎn)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(gè)有價(jià)值的數據是舊數控機床占整個(gè)舊機床產(chǎn)值的比例上升很快。

　　普通可改造舊機床年限在10年以?xún)�，而NC舊機床多在15年以?xún)�，并且這一工作大多委托原機床制造廠(chǎng)和具有配套技術(shù)(機械、電氣、編程、工藝等)能力的企業(yè)進(jìn)行，這樣可達到成本低，質(zhì)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(shí)間一般為8個(gè)星期，NC機床為12個(gè)星期。

　　大多數機床是CNC機床，需要進(jìn)行機械部分和CNC系統更新(有時(shí)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(lái)不是數控的機床其進(jìn)給速度一般不能再提高，但數控機床有可能提高進(jìn)給速度75%.主軸速度在無(wú)須進(jìn)行重新設計情況下大多可以提高。

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

　　信心不足，流通領(lǐng)域人士對舊機床改造經(jīng)營(yíng)體制不完備，價(jià)格不透明，缺少售后服務(wù)的經(jīng)驗，用戶(hù)對綜合質(zhì)量的信任度不高。

　　后繼乏人，進(jìn)行舊機床改造的人日趨高齡化且后繼乏人，據說(shuō)將這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為一個(gè)成功的商社需要有10年時(shí)間。

　　從事這一行業(yè)的人需要積累大量的產(chǎn)品知識，能鑒別設備原有用戶(hù)的使用程度，擁有個(gè)人關(guān)系網(wǎng)，都需要有相當長(cháng)的準備時(shí)間，也需要有商品流通工作的技巧，這些應當受到社會(huì )尊重，局外人往往難以理解。

　　國內航空領(lǐng)域數控機床應用現狀隨著(zhù)國際金融業(yè)好轉、國內經(jīng)濟的發(fā)展，機床進(jìn)□增長(cháng)很快。國防工業(yè)系統近幾年大型復雜數控機床進(jìn)□更趨直線(xiàn)上升。就航空系統而言，近十年來(lái)，由于新機預研、型號研制、民機轉包生產(chǎn)與合作生產(chǎn)任務(wù)需求的增加，數控技術(shù)得到了長(cháng)足發(fā)展，相繼配置了為數可觀(guān)的數控設備。截止到1999年為止，航空工業(yè)企事業(yè)單位各種類(lèi)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(diǎn)主機廠(chǎng)和機載設備廠(chǎng)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(yè)生產(chǎn)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(yè)數控加工技術(shù)的發(fā)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(chǎn)任務(wù)的需求，與國外先進(jìn)水平的差距有越來(lái)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(chǎng)的數控加工設備利用率按主軸開(kāi)動(dòng)時(shí)間計一般為30%-40%，個(gè)別廠(chǎng)低于10%(國外為70%-80%)，加工效率僅為20%- 30%，加工時(shí)間與準備時(shí)間之比平均為1：5-1：8.這個(gè)數值遠低于先進(jìn)國家的1：0.5，也低于同類(lèi)企業(yè)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(shù)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(shí)間約占全過(guò)程的5%-15%(各廠(chǎng)不一)。故障來(lái)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(guò)程。

　　航空工業(yè)系統1986年前購買(mǎi)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(dòng)機構磨損嚴重，某些工廠(chǎng)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(shí)際上有些單位已經(jīng)在陸續進(jìn)行并收到了一定成效。應該說(shuō)在經(jīng)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(zhuān)業(yè)化單位也有這方面的能力，目前主要問(wèn)題是總公司應加強組織管理，發(fā)揮工廠(chǎng)與專(zhuān)業(yè)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(shù)與改造(翻新)中心”，建立有規范化的技術(shù)服務(wù)并積極開(kāi)展廠(chǎng)際交流與合作。

　　我們在這個(gè)領(lǐng)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(mén)移動(dòng)式數控銑，與法國FOREST公司合作，采用具有國際先進(jìn)水平的設計制造技術(shù)，合作生產(chǎn)了一大批飛機工業(yè)用三一五坐標龍門(mén)移動(dòng)式銑床，并在此基礎上創(chuàng )新開(kāi)發(fā)了四坐標龍門(mén)移動(dòng)數控銑，還與FOREST公司合作生產(chǎn)了加工大型汽車(chē)覆蓋件模具的雙回轉頭數控龍門(mén)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(mén)移動(dòng)銑床(SKX- 3000，SKX-3000AC及V12000BT)的經(jīng)驗，并且有設計研制加工飛機風(fēng)模用雙轉臺式五坐標數控機床(SKX-8000AC)的經(jīng)驗。通過(guò)國際合作，掌握了V1 20002T五坐標龍門(mén)移動(dòng)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(shù)，從而獲得了設計研制航空工業(yè)用多種類(lèi)型數控機床的主動(dòng)權。

　　數控機床市場(chǎng)序機床名稱(chēng)使用單位臺號數2000B三坐標數控龍門(mén)銑床沈飛(112廠(chǎng))2000B三坐標數控龍門(mén)銑床哈飛2000B三坐標數控龍門(mén)銑床成飛(132廠(chǎng))2000B三坐標數控龍門(mén)銑床云飛(130廠(chǎng))2000B三坐標數控龍門(mén)銑床西飛(172廠(chǎng))2000B三坐標數控龍門(mén)銑床航天(211廠(chǎng))2000B三坐標數控龍門(mén)銑床南飛(320廠(chǎng))1250MN三坐標數控龍門(mén)銑床西飛(172廠(chǎng))2000BT四坐標數控龍門(mén)銑床哈飛(122廠(chǎng))20002T五坐標數控龍門(mén)銑床沈飛(112廠(chǎng))20002T五坐標數控龍門(mén)銑床成飛(132廠(chǎng))20002T五坐標數控龍門(mén)銑床西飛(172廠(chǎng))20002T五坐標數控龍門(mén)銑床南飛(320廠(chǎng))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(chǎng))VL205六坐標數控刀具磨床黎明(410廠(chǎng))VL205六坐標數控刀具磨床上飛(5703廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床昌飛(372廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床成飛(132廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床哈飛(122廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床沈飛(112廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床江鈴汽車(chē)制造廠(chǎng)S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床長(cháng)春第一汽車(chē)集團S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床華北汽車(chē)制造廠(chǎng)S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床航天(211廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床西飛(172廠(chǎng))S240三坐標數控仿型龍門(mén)銑床浙江永康機械廠(chǎng)總計8種1994年開(kāi)始由于機床行業(yè)的困境和航空等領(lǐng)域數控機床實(shí)際需求的需要，六二五所開(kāi)始進(jìn)入數控舊機床改造行業(yè)，到目前為止已總共改造成功數控銑、磨床9臺，計產(chǎn)值530萬(wàn)元，其中大型五軸聯(lián)動(dòng)銑床2臺，大型三軸聯(lián)動(dòng)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(jīng)驗和體會(huì )供同行和用戶(hù)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(jìn)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(hù)的需要及舊機床的狀況進(jìn)行徹底的翻新，對其中關(guān)鍵運動(dòng)部件往往要進(jìn)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(jìn)行更新，盡可能發(fā)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(hù)帶來(lái)的生疏和麻煩，從而帶來(lái)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(jià)值100萬(wàn)元以上的中大型復雜數控機床一般為新機床價(jià)格的20%-30%(國外為40%- 60%)。就航空系統主要大企業(yè)統計，約有此類(lèi)機床300余臺總計可節約經(jīng)費2.4億元。我們?yōu)槌啥硷w機制造工業(yè)公司翻新一臺V22000B大型三坐標數控龍門(mén)銑床(床身接長(cháng)2.5米)，價(jià)格為新機床的20%，機床定位精度等14項指標完全滿(mǎn)足新機床出廠(chǎng)水平，試切NAS件成功，得到用戶(hù)好評。

　　綠色制造是未來(lái)制造業(yè)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(chǎn)生的環(huán)境污染，從而造福人類(lèi)，造福后代。

　　舊設備已使用十來(lái)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(shí)間，并且不必重新打地基，縮短安裝調試時(shí)間，省去時(shí)效周期，這一項就可節省時(shí)間3~4個(gè)月，節約經(jīng)費3%~5%.翻新后的機床性能比新機床穩定，它原來(lái)存在的問(wèn)題和缺陷經(jīng)十幾年使用已充分暴露，負責改造的企業(yè)能根據用戶(hù)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?yōu)槌啥硷w機公司翻新的機床，為了加工零件需要接長(cháng)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(diǎn)由用戶(hù)的使用單位(車(chē)間)和技改部門(mén)共同協(xié)商，根據舊設備使用情況和加工零件特點(diǎn)提出需求分析報告(或稱(chēng)技術(shù)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(gè)互相可比性指標。

　　有意向的承包單位和企業(yè)用戶(hù)共同分析測試原設備各種靜動(dòng)態(tài)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(xué)的、實(shí)事求是的態(tài)度，忠實(shí)于歷史。因為這是決定改造方案的重大依據，在一些場(chǎng)合由于數據的虛假性會(huì )造成改造后設備許多隱患。

　　挑選合適的承包單位，這一點(diǎn)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(shù)，如機械、電氣控制、工藝、操作，培訓、保證期服務(wù)等(國外多由教控機床市場(chǎng)數控天地原生產(chǎn)廠(chǎng)承攬)，目前國內有一些承包公司常在價(jià)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(chǎn)品質(zhì)量低劣、壽命短，吃虧的往往是用戶(hù)。還有一些是數控系統的生產(chǎn)商或經(jīng)銷(xiāo)商，他們在系統方面具有不可否認的技術(shù)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(hù)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(gè)必要的條目是技術(shù)協(xié)議書(shū)和驗收文件。技術(shù)協(xié)議書(shū)必須滿(mǎn)足或覆蓋技術(shù)報告全部?jì)热�，并詳細物化、量化，對于可能產(chǎn)生雙方定義不清的內容要備注說(shuō)明，如改造所用器件是進(jìn)□或國產(chǎn)，要更換器件范圍，機械傳動(dòng)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(chǎng)新機床水平，但動(dòng)態(tài)精度往往無(wú)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(chǎng)現場(chǎng)，所以合同執行多分兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是承包商根據合同要求進(jìn)行設計、外購、外協(xié)、部件制造和安裝調試含數控系統脫機運行，這個(gè)階段一般在承包方工廠(chǎng)，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(gè)月。第二階段在用戶(hù)現場(chǎng)進(jìn)行，為不影響用戶(hù)加工需要，此階段應該短一些，大型復雜設備多為1-2個(gè)月(國外服務(wù)是為用戶(hù)找一個(gè)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(chǎng)條件需要用戶(hù)提供和保證，它會(huì )關(guān)系到設備質(zhì)量和安裝調試周期，為使工作順利進(jìn)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(chǎng)執行階段的主要標志，它是由用戶(hù)和承包方共同完成的，參加人員用戶(hù)方除使用單位外應有檢驗和技改管理部門(mén)，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(chǎn)品全生命周期負責，培訓多為兩個(gè)階段，第一階段在承包方進(jìn)行(也可以在數控系統供貨商安排的地方)，主要是進(jìn)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(hù)現場(chǎng)，主要是：操作、維修、保養、排除故障及機械技術(shù)培訓，這一階段可靈活安排一些實(shí)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(jìn)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(lián)動(dòng)機床上還無(wú)法實(shí)現(對于一些帶轉臺五軸聯(lián)動(dòng)數控機床有個(gè)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(hù)需求與機床的性能。這里提出值得注意的幾點(diǎn)：五軸聯(lián)動(dòng)數控系統選擇應詳細閱讀使用手冊，許多系統對聯(lián)動(dòng)軸有明確定義，特別是帶擺角機床的A、B、C軸定義，同時(shí)要根據加工零件工藝特點(diǎn)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(gè)部件不是一個(gè)公司生產(chǎn)時(shí)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(xiàn)的允許值。

　　結束語(yǔ)在航空工業(yè)內部就存在著(zhù)幾百臺舊設備翻新和修復的廣闊市場(chǎng)，并且這一市場(chǎng)是經(jīng)久不衰的。我們經(jīng)過(guò)企業(yè)改造和產(chǎn)業(yè)結構調整，形成集團公司、研究所、工廠(chǎng)集成化的高科技產(chǎn)業(yè)集團，成立數控設備維護、服務(wù)和改造、培訓中心的時(shí)機也已經(jīng)成熟。高科技產(chǎn)業(yè)并不是高不可攀、什么條件都要滿(mǎn)足后才能實(shí)施的，只要市場(chǎng)成熟，從某一點(diǎn)做起，慢慢完善、逐步擴大就是一種可行之路。

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