機床大修與數控化改造

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機床大修與數控化改造簡介
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機床大修與數控化改造正文
    

機床大修與數控化改造


機械製造業在世界經濟發展中,作為基礎產業,具有重要的地位。為此,各國的經濟學家和企業家在不斷探索新形勢下的各種先進位造技術及製造業的發展戰略。作為製造業核心的機床製造業則是支柱的基石,是任何行業都不可或缺的。

一、產生與發展的社會、經濟基礎

(1)我國現有的、數以萬計的陳舊、落後的機床是機床大修與數控化改造行業產生的現實基
礎我國是一個發展中國家,由於長期自身機制的不適應性,經濟實力過低、技術落後、設備陳舊,極大地制約著國民經濟的發展。為儘快改變我國機械製造業的落後狀態,近二十多年來,我們在艱難地發展民族機床製造業的同時,積極地引進了世界先進技術與設備。一方面與世界先進機床製造廠合作,不斷生產出具有世界先進水平的各類機床;另一方面直接購進了大量的各類機床。這一切都為我國國民經濟的快速發展起到了巨大的作用。

但是,機床長期運轉甚至超負荷使用,同時又缺少認真的維修與保養,造成機床嚴重磨損,喪失了精度;有些機床則由於企業人員及產品結構的改變,或由於技術力量不足而被長期閑置,需要使用時卻發現早已銹跡斑斑,電控系統不能起動;由於新產品製造的需要,原有機床性能已不能滿足使用要求,急需更新升級改造;由於世界計算機及網路技術的飛速發展,造成數控系統、驅動系統廠的產品更新加快,原有產品過早停產,給備件更換與維修帶來一定困難;況且數控系統的使用壽命一般在5~10年,而我國大多數機床都在超期服役。這些諸多因素都需要對機床進行大修及數控化升級改造。

(2)新進的大批二手機床成為機床大修及數控化改造行業的催化劑自改革開放以來,許多企業引進了一大批國外淘汰的舊機床,雖然有一部分尚能滿足使用要求,但是多數由於缺少經驗、技術、資料及備件等因素,造成雖廉價購進但卻不能繼續發揮作用而閑置的尷尬局面。其中不乏有為改造后投入使用而引進的舊機床和生產線。這裡多數的二手機床只要再有適當的資金投入,經過大修改造即可發揮作用。

(3)顯著的經濟效益是機床大修及數控化改造行業的發展動力 對於機床擁有者來說,只需花費購買相同新機床30%以下的費用即可獲得相同的使用效果。根據國際該行業的記載,即使將原機床的結構性能進行徹底改造升級,也只需花費購買新機床60%左右的價格。

對於機床大修改造業內公司來說,這不僅為他們的服務企業產生巨大社會經濟效益,而且也是他們自身生存和發展的根本動力。

(4)機床大修及數控化改造的優勢是該行業生存與發展的有利條件 舊機床的大修、翻新、升級改造與購買新機床相比,具有下列優勢:

①交貨期短。尤其是大型機床和特殊專用機床優勢更加明顯。

②性能更穩定。各基礎件經長期時效,幾乎不會產生應力變形而影響精度;各功能部件經長期磨合。功能穩定性可靠性好。

③設計風險小。新機床設計中帶來的技術、方案風險在大修改造中幾乎不存在。

④可以更充分地體現用戶的意願。用戶與維修人員可以依照實際需要和機床長期使用情況,在大修改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進(包括增、改)意見,有權選擇機械零部件、數控系統等電氣設備的規格、型號、性能等。

⑤更有利於使用與維護。由於用戶、維修人員不僅可以直接參与改造方案的制定,而且可以參與改造的全過程,可以直接獲取各種技術信息,更深入地掌握機床的結構及性能特點,從而增強使用與維修的主動能力。

⑥可以更快地獲取最新的更實用的備件。

⑦節省大量投資。

⑧降低投資風險。

(5)社會化、專業化趨勢是機床大修及數控化改造行業的必由之路 舊機床的數控化改造和翻新不僅僅是當前經濟轉軌時期必要和重要的行為,而且是一個企業長期發展的戰略措施。

當前,21世紀知識經濟時代,我國大多數企業正面臨著企業改制、轉軌以進入市場經濟,迅速融入國際競爭。這就需要我們企業的領導集中全部力量面對這些挑戰。企業集團化和集團內部分散網路化、自治性、并行工作的新型組織、生產結構、敏捷製造技術、虛擬製造技術、可持續製造技術、綠色製造技術等等一系列新的技術理論,都需要下大力量去研究,以開發適銷對路產品,提高對市場的快速反應能力;集中人力、財力、物力以提高本企業的市場競爭力,充分發揮自身的優勢以最快速度創造出儘可能多的價值。因此,企業自身不可能再像過去計劃經濟體制下擁有大而全的維修隊伍。而設備維修改造的社會化、專業化也就不可避免地成為了大趨勢。

國外機床的改造與翻新是近期發展起來的一個新興產業,在先進國家已經形成了一定的規模和市場。而在我國,這一產業才剛剛興起,按照應具備的條件來衡量還相距甚遠。但是業內有識之士正在努力塑造自己、完善自己,相信不久的將來,一批具備一定條件和一定規模的機床改造、翻新的專業化企業會成長起來。

二、大修改造方案的選擇

此項工作如果能爭得大修改造企業的技術支持可能會更好、更快些。

1.前期立項準備工作

(1)技術可行性分析 主要是瞄準改造目標及加工對象,對被改造機床進行結構、性能、精度等技術現狀的全面分析。其中包括機床原來的結構設計是否合理;機床的基礎部件和結構件是否仍然完好;普通機床改為數控機床,要考察各坐標軸的機械傳動結構及導軌副的形式等是否適用;測量機床目前的各項精度與出廠精度進行對比,是否存在差距;綜合總結目前機床存在的一切故障和歷史上出現過的重大故障。針對上述問題,對照改造目標和典型工件,編寫改造任務書,做到改造后的機床達到一定的先進性和實用性。

(2)經濟可行性分析 從實際可操作性出發列出幾種應考慮的情況:從機床自身的價值考慮,分析要達到改造目標所需投入是否偏高;從該機床在本單位產品製造中的地位和重要程度來分析改造價值;從該機床的投入產出率估算,是否能較快收回投資,然後迅速產生較好效益;機床改造后提高了機床精度,增加了功能,是否能使本單位產品提高水平,或者能有利於開發新產品,從而獲得附加效益。改造資金來源可靠。

(3)選擇機床改造者 這是一個很關鍵的問題。選擇得好,則能順利完成改造任務,達到改
造目標;選擇不好,不僅是機床改造的失敗,而且浪費了資金和時間,影響生產。用戶可根據後面討論的機床改造應具備的條件來慎重選擇。

2.技術方案準備

(1)機械及液壓系統 作為機床的最終用戶,廠方必須首先要確認,該機床機械及液壓系統的狀況。如:目前機床的精度,機械傳動鏈的狀況,絲杠、導軌的狀況,有無重大故障等,以確定機床是大修、項修。如果是非數控機床要改為數控機床,首先要考慮機械改裝的可行性,最重要的是導軌的形式及滾珠絲杠的安裝。再有就是機械傳動機構的傳動間隙與傳動剛度是否符合數控機床的要求。

(2)電氣系統 在做數控機床改造方案時,用戶可以根據機床的狀態及工藝要求來選擇數控系統。其一,是選擇數控制造廠商,目前世界上性能及信譽較好的有:西門子(德國)、發那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法國)、FAGOR(西班牙)等。用戶可在詳細了解上述廠商數控系統的特點及性能價格比等指標的基礎上,與實施改造的工程公司一道,選擇一個比較適合的數控系統。其
二,是根據機床的功能要求選擇相應控制系統的類型,做到既能滿足機床全部功能要求又不提高標準。

我們建議,在選擇數控系統方面,要特別注意:一要盡量向一個著名廠家的型號系列靠攏。這樣既有利於維修和管理,也利於備件的購買。千萬不要把企業的數控系統搞成萬國牌。二要清楚所選廠家在國內的維修服務狀況,以免將來後患無窮。

數控系統選定之後,用戶根據機床實際狀況,決定更換或不更換驅動系統。若不更換,則必須確認老驅動系統與數控系統是否可以匹配。

對於機床測量系統,目前數控系統的要求是增量式脈衝編碼輸入,所以老機床所配的感應同步尺或旋轉變壓器等測量元件均需用增量式脈衝編碼器、光柵尺代替。

對於外圍電路,改造可採取的方案有兩種:「介面型改造」,即保留外圍繼電器電路,只對NC、PLC進行改造,新PLC不參與外圍電路控制,只處理NC所需的指令信號。此方案改造設計、調試工作量較小。另一種是「徹底改造」,在繼電器邏輯較複雜,故障率較高,用戶又能提供清楚邏輯圖的情況下,可用新NC所帶的PLC將外圍電路全部改造,簡化了外圍電路,又合理利用了PLC的控制能力。此方案可大大簡化硬體電路,大大提高可靠性,但改造設計、調試工作量較大。

(3)各部分安裝形式的確定 其一,控制系統的安裝常見的有懸挂式、櫃式、台式等。安裝方式的選定,直接決定各種連接電纜的走線方式和電纜長度,也關係到操作與維修的方便性。其二,驅動系統的安裝,原則上只能採取電氣櫃內安裝這一種方式,應考慮的因素有通風冷卻,電纜走線方式及長度,對其他電器的干擾等。其三,電動機的安裝,根據機床的實際,確定電動機的安裝方式:①法蘭式,②底座式,③帶底座法蘭式,再加上軸伸方向、電動機接線盒的位置等,這些由電動機的訂貨輔助參數確定。其四,測量系統的安裝,如選擇電動機內裝編碼器的結構方式,電動機安裝一確定,它也就確定了;外裝式需要有彈性聯軸節、安裝卡子、電纜走線方向及長度等的考慮;對於光柵尺,安裝的問題則應重視,除安裝可行性外,定尺、動尺的安裝配合、安裝精度、溫度影響等均需考慮。

三、項目的實施

1.施工隊伍的選擇

機床大修改造方案設計的好壞,大修改造成果的優劣,除了經濟因素外,很大程度上依賴於施工隊伍的素質。這是一項很重要的工作,參與項目施工的公司應具備下列條件。

(1)完整、高效的技術支持體系 關鍵是人的因素。該公司應具備一支包括機械、電氣、液壓、工藝工裝等全方位的、具有多年豐富的設計、製造、裝配、調試工作經驗的工程師隊伍,同時還應有一支能打硬仗的現場施工隊伍。這種工作模式是當今市場的經濟條件下的流行模式。

(2)適應市場經濟條件下的經營管理模式 關鍵還是人的因素。擯棄計劃經濟條件下企業管理中的一切阻礙發揮每個人積極性的組織形式和管理方法,組建起能快速響應市場需求的企業結構,並在市場經濟的發展中不斷改進、完善,同時還要考慮該公司的規模、資金狀況等諸多因素。

2.硬體定貨

經過如上的全面考慮,施工隊伍已選定,技術方案的細節確定,訂貨清單即可列出。用戶和工程公司可本著相互信任的態度,從降低成本和保證可靠性兩方面綜合考慮,確定國內外定貨清單,並簽訂正式改造合同。在定貨進行的同時,工程人員即可開始著手進行系統機械大
修、項修及電氣軟體編製、實驗室調試工作。

3.現場調試

這是改造能否成功的關鍵環節,工程人員在這一階段完成機、電聯調,數控系統的最終調試、驅動系統的參數最佳化調節等工作,並為驗收作準備。

4.試加工驗收

通常有兩個內容:標準樣件的試切削,按照國際標準,不同類型的機床都有相應的標準試切削程序;機床精度的校驗,根據各廠測量水平的高低,採用相應手段,有條件的用戶可採用激光干涉儀進行測量,這樣機床位置測量系統的補償可採用得到的數據,從而提高機床精度。

5.資料、培訓及保修

在驗收工作結束之後,還需要進行技術資料整理、歸檔並提供給用戶,還要對用戶進行技術
培訓及保修工作。

舊機床的數控化改造事業方興未艾,在我國目前形勢下將大批故障機床尤其是一大批進口的數控機床、精密機床和二手設備進行改造、升級,以較小的投入儘快使這些設備在經濟發展中發揮效能、創造效益,的確是許多企業的一項不可忽視的課題。

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