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機床數(shù)控化改造――企業(yè)關(guān)注的一大熱點
數(shù)控天地制造技術(shù)是直接創(chuàng)造物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，它對任何1個國家、社會的繁榮強起著至關(guān)重要的作用。
機床文/北京航空工藝研究所陳燁鄧凌數(shù)控化改造企業(yè)關(guān)注的一大熱點制造技術(shù)是直接創(chuàng)造物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，它對任何一個國家、社會的繁榮富強起著至關(guān)重要的作用。二十世紀九十年代先進制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，如汽車制造、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(chǔ)機床技術(shù)如虎添翼，然而許多六、七十年代生產(chǎn)的舊設(shè)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(xiàn)有設(shè)備，使之發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益和社會效益，是國內(nèi)外許多企業(yè)關(guān)注的問題。機床的數(shù)控化改造是其中的一大熱點，它包括一般機床數(shù)控化改造和原有舊數(shù)控機床的數(shù)控化改造。在這一方面，國內(nèi)外很多企業(yè)已經(jīng)做了許多事情。
國外先進國家情況據(jù)有關(guān)資料報導，日本和歐美先進國家進行的機床設(shè)備現(xiàn)狀抽樣調(diào)查是：對252家企業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，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(shè)備NC化率不足50%，這種比例與企業(yè)大小無關(guān)。
年的產(chǎn)品占60%，是現(xiàn)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(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(shù)據(jù)較難統(tǒng)計，但初步估計約占20%-30%，且五年內(nèi)仍將保持此值，另一個有價值的數(shù)據(jù)是舊數(shù)控機床占整個舊機床產(chǎn)值的比例上升很快。
普通可改造舊機床年限在10年以內(nèi)，而NC舊機床多在15年以內(nèi)，并且這一工作大多委托原機床制造廠和具有配套技術(shù)(機械、電氣、編程、工藝等)能力的企業(yè)進行，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。普通機床修復時間一般為8個星期，NC機床為12個星期。
大多數(shù)機床是CNC機床，需要進行機械部分和CNC系統(tǒng)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(shù)控的機床其進給速度一般不能再提高，但數(shù)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(shè)計情況下大多可以提高。
一臺舊CNC設(shè)備經(jīng)過翻新(機床完全拆開，重新數(shù)控機床市場。64.數(shù)控天地設(shè)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(guī)范和用戶認識的原因，機床數(shù)控化改造存在的問題是：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)營體制不完備，價格不透明，缺少售后服務(wù)的經(jīng)驗，用戶對綜合質(zhì)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(jù)說將這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為一個成功的商社需要有10年時間。
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(shè)備原有用戶的使用程度，擁有個人關(guān)系網(wǎng)，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(yīng)當受到社會尊重，局外人往往難以理解。
國內(nèi)航空領(lǐng)域數(shù)控機床應(yīng)用現(xiàn)狀隨著國際金融業(yè)好轉(zhuǎn)、國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，機床進□增長很快。國防工業(yè)系統(tǒng)近幾年大型復雜數(shù)控機床進□更趨直線上升。就航空系統(tǒng)而言，近十年來，由于新機預研、型號研制、民機轉(zhuǎn)包生產(chǎn)與合作生產(chǎn)任務(wù)需求的增加，數(shù)控技術(shù)得到了長足發(fā)展，相繼配置了為數(shù)可觀的數(shù)控設(shè)備。截止到1999年為止，航空工業(yè)企事業(yè)單位各種類型的數(shù)控設(shè)備大約已達到1500余臺，機加設(shè)備的數(shù)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(shè)備廠還將購置數(shù)控設(shè)備，數(shù)控設(shè)備總數(shù)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(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用水平還是落后的，完全不能適應(yīng)當前和今后軍機和民機研制與生產(chǎn)任務(wù)的需求，與國外先進水平的差距有越來越大趨勢。主要表現(xiàn)在數(shù)控加工設(shè)備利用率和效率低下。主機廠的數(shù)控加工設(shè)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(shù)值遠低于先進國家的1：0.5，也低于同類企業(yè)的1：1-1：2的平均水平，造成數(shù)控設(shè)備能力的極大浪費。
提高數(shù)控技術(shù)效益的重要內(nèi)容之一是提高設(shè)備利用率，而設(shè)備應(yīng)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(tǒng)、機床、計算機軟、硬件及其它輔助設(shè)備，且是一隨機過程。
航空工業(yè)系統(tǒng)1986年前購買數(shù)控設(shè)備占總數(shù)一半以上，這些機床數(shù)控系統(tǒng)已老化，備件供應(yīng)“斷糧”，機械傳動機構(gòu)磨損嚴重，某些工廠停機維修設(shè)備占2/5，因此舊設(shè)備改造翻新已到了必要階段，實際上有些單位已經(jīng)在陸續(xù)進行并收到了一定成效。應(yīng)該說在經(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(tǒng)內(nèi)部某些專業(yè)化單位也有這方面的能力，目前主要問題是總公司應(yīng)加強組織管理，發(fā)揮工廠與專業(yè)單位積極性，集中與分散相結(jié)合，盡快建立“數(shù)控機床(設(shè)備)技術(shù)與改造(翻新)中心”，建立有規(guī)范化的技術(shù)服務(wù)并積極開展廠際交流與合作。
我們在這個領(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(shù)控機床起，我們先后研制成功XK53- 1G磁帶錄返式數(shù)控立銑、XSK-5040(丨V)G四坐標數(shù)控銑、SKX-3000三坐標龍門移動式數(shù)控銑，與法國FOREST公司合作，采用具有國際先進水平的設(shè)計制造技術(shù)，合作生產(chǎn)了一大批飛機工業(yè)用三一五坐標龍門移動式銑床，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)了四坐標龍門移動數(shù)控銑，還與FOREST公司合作生產(chǎn)了加工大型汽車覆蓋件模具的雙回轉(zhuǎn)頭數(shù)控龍門銑、大型四、五坐標加工中心。在自行設(shè)計數(shù)控機床、設(shè)備方面，六二五所具有設(shè)計研制三、四坐標大型龍門移動銑床(SKX- 3000，SKX-3000AC及V12000BT)的經(jīng)驗，并且有設(shè)計研制加工飛機風模用雙轉(zhuǎn)臺式五坐標數(shù)控機床(SKX-8000AC)的經(jīng)驗。通過國際合作，掌握了V1 20002T五坐標龍門移動數(shù)控銑及FLEXIAX 510五坐標加工中心等數(shù)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(shè)計研制技術(shù)，從而獲得了設(shè)計研制航空工業(yè)用多種類型數(shù)控機床的主動權(quán)。
數(shù)控機床市場序機床名稱使用單位臺號數(shù)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床沈飛(112廠)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床哈飛2000B三坐標數(shù)控龍門銑床成飛(132廠)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床云飛(130廠)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床西飛(172廠)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床航天(211廠)2000B三坐標數(shù)控龍門銑床南飛(320廠)1250MN三坐標數(shù)控龍門銑床西飛(172廠)2000BT四坐標數(shù)控龍門銑床哈飛(122廠)20002T五坐標數(shù)控龍門銑床沈飛(112廠)20002T五坐標數(shù)控龍門銑床成飛(132廠)20002T五坐標數(shù)控龍門銑床西飛(172廠)20002T五坐標數(shù)控龍門銑床南飛(320廠)F410四坐標數(shù)控加工中心F510四坐標數(shù)控加工中心VL205六坐標數(shù)控刀具磨床沈飛(112廠)VL205六坐標數(shù)控刀具磨床黎明(410廠)VL205六坐標數(shù)控刀具磨床上飛(5703廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床昌飛(372廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床成飛(132廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床哈飛(122廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床沈飛(112廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床江鈴汽車制造廠S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床長春第一汽車集團S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床華北汽車制造廠S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床航天(211廠)S240三坐標數(shù)控仿型龍門銑床西飛(172廠)S240三坐標數(shù)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(yè)的困境和航空等領(lǐng)域數(shù)控機床實際需求的需要，六二五所開始進入數(shù)控舊機床改造行業(yè)，到目前為止已總共改造成功數(shù)控銑、磨床9臺，計產(chǎn)值530萬元，其中大型五軸聯(lián)動銑床2臺，大型三軸聯(lián)動銑床1臺，高精度磨床2臺，一般數(shù)控機床4臺。在我們的工作中得出一些經(jīng)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(shù)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(jù)用戶的需要及舊機床的狀況進行徹底的翻新，對其中關(guān)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(fā)揮機床原設(shè)計的所有功能，并且局部可以由于新系統(tǒng)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(shù)控機床能節(jié)約大量資金，國內(nèi)翻新改造一臺價值100萬元以上的中大型復雜數(shù)控機床一般為新機床價格的20%-30%(國外為40%- 60%)。就航空系統(tǒng)主要大企業(yè)統(tǒng)計，約有此類機床300余臺總計可節(jié)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(shù)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(yè)的一項重大指標，機床數(shù)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，造福后代。
舊設(shè)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(shè)備就可以縮短培訓時間，并且不必重新打地基，縮短安裝調(diào)試時間，省去時效周期，這一項就可節(jié)省時間3~4個月，節(jié)約經(jīng)費3%~5%.翻新后的機床性能比新機床穩(wěn)定，它原來存在的問題和缺陷經(jīng)十幾年使用已充分暴露，負責改造的企業(yè)能根據(jù)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?yōu)槌啥硷w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(xié)商，根據(jù)舊設(shè)備使用情況和加工零件特點提出需求分析報告(或稱技術(shù)要求報告)，此報告給所有投標商(或承包單位)必須是統(tǒng)一規(guī)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(yè)用戶共同分析測試原設(shè)備各種靜動態(tài)精度指標，如機床已停止使用則根據(jù)原始資料、使用記錄共同分析這些指標，要注意的是雙方應(yīng)該用科學的、實事求是的態(tài)度，忠實于歷史。因為這是決定改造方案的重大依據(jù)，在一些場合由于數(shù)據(jù)的虛假性會造成改造后設(shè)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(shù)控機床的改造，選擇的承包單位除應(yīng)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數(shù)控天地原生產(chǎn)廠承攬)，目前國內(nèi)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(quán)，最后造成產(chǎn)品質(zhì)量低劣、壽命短，吃虧的往往是用戶。還有一些是數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)商或經(jīng)銷商，他們在系統(tǒng)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(shù)控機床改造，我們認為用戶應(yīng)慎重考慮。
簽訂合同和附件：附件是合同不可分割的內(nèi)容，它一般包括兩個必要的條目是技術(shù)協(xié)議書和驗收文件。技術(shù)協(xié)議書必須滿足或覆蓋技術(shù)報告全部內(nèi)容，并詳細物化、量化，對于可能產(chǎn)生雙方定義不清的內(nèi)容要備注說明，如改造所用器件是進□或國產(chǎn)，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(shù)據(jù)，數(shù)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(shè)備指標達到出廠新機床水平，但動態(tài)精度往往無法直接測量，多體現(xiàn)在試切件精度指標上，所以大型復雜數(shù)控機床必須有試切件驗收標準(國際上多用NAS標準)。
合同執(zhí)行，大型復雜數(shù)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(shè)備運往承包單位工廠現(xiàn)場，所以合同執(zhí)行多分兩個階段，第一個階段是承包商根據(jù)合同要求進行設(shè)計、外購、外協(xié)、部件制造和安裝調(diào)試含數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)和伺服及電機訂貨周期是3-4個月。第二階段在用戶現(xiàn)場進行，為不影響用戶加工需要，此階段應(yīng)該短一些，大型復雜設(shè)備多為1-2個月(國外服務(wù)是為用戶找一個代理加工單位或設(shè)備)。第二階段工作雖然也是承包給制造商的，但是現(xiàn)場條件需要用戶提供和保證，它會關(guān)系到設(shè)備質(zhì)量和安裝調(diào)試周期，為使工作順利進行應(yīng)該在合同中明確雙方友好合作的基本要求。驗收是結(jié)束合同現(xiàn)場執(zhí)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(yīng)有檢驗和技改管理部門，驗收結(jié)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(nèi)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，培訓多為兩個階段，第一階段在承包方進行(也可以在數(shù)控系統(tǒng)供貨商安排的地方)，主要是進行控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)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(xiàn)場，主要是：操作、維修、保養(yǎng)、排除故障及機械技術(shù)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(shù)控系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)知進給主妯電機目前大型多坐標航空數(shù)控機床選用的控制系統(tǒng)主五軸聯(lián)動機床上還無法實現(xiàn)(對于一些帶轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動數(shù)控機床有個別系統(tǒng)可試應(yīng)用)。數(shù)控機床改造中數(shù)控系統(tǒng)的選擇，主要根據(jù)用戶需求與機床的性能。這里提出值得注意的幾點：五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)選擇應(yīng)詳細閱讀使用手冊，許多系統(tǒng)對聯(lián)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(jù)加工零件工藝特點選擇必要的刀補軟件(選擇件)。
數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)要匹配，特別在兩個部件不是一個公司生產(chǎn)時更應(yīng)注意，如NUM1060系統(tǒng)不能配用Siemens611D.伺服電機選用上除在扭矩和轉(zhuǎn)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(jié)束語在航空工業(yè)內(nèi)部就存在著幾百臺舊設(shè)備翻新和修復的廣闊市場，并且這一市場是經(jīng)久不衰的。我們經(jīng)過企業(yè)改造和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，形成集團公司、研究所、工廠集成化的高科技產(chǎn)業(yè)集團，成立數(shù)控設(shè)備維護、服務(wù)和改造、培訓中心的時機也已經(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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