机床数控化改造概述

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 11:14:49点击率：

    1、前言　　
    使用经验表明：数控机床中，一套数控系统的有效使用寿命在6～8年。由于电子技术迅速发展，世界上名牌的数控系统制造公司基本上都在3～5年内更换一代产品，所以数控系统使用到6～7年后，即使想修理也很难找到零备件。随着电子技术制造水平发展，数控系统及配套附件(伺服单元及电机等)的价格在整台机床中越来越低，例如在70年代时达到50%，80年代后逐步降至1/3到1/4以下，一些大型机床只占1/10左右，因此，只要化少量投入，就可使许多关键设备重新恢复“青春”。
　　我国近几年内需要数控化改造的普通设备在10万台以上，旧数控机床在4000台以上，如果改造资金能落实，这将是一个能提供几十亿到上百亿元的广阔市场。因此在机械制造业中，尤其在机床制造行业中，应该充分利用自己的技术特长，去迅速占领市场，为国民经济的迅速发展作出自己的行业贡献。
2 数控化改造项目的可行性评估
　　对一台具体设备是否需要进行数控改造、改造目的、希望能达到什么样应用指标、需要投入多少财力和人力、改造项目中有多少风险因素、能得到什么性能价格比？这些都是可行性评估时的重要内容。
　　一台旧设备使用到一定年头后，必然会故障频繁发生、维修困难、生产效率降低、加工精度不稳定、甚至完全停机。对这样的设备是采取彻底报废、还是经过中大修数控改造？做出这种决定之前，首先要对现有设备的剩余使用价值作出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：C系统及操作子系统；②伺服系统(包括电动机)；③机床电气；④机械本体(床身、立柱、导轨和丝杠等)；⑤刀库机械手系统；⑥自动工作台交换系统(APC)等。每一个子系统根据实际情况，都可以作出相应剩余使用价值评估。例如对20年以前的数控系统，现在不可能在找不到零备件的前题下去重新整修它，那它的剩余价值是零。根据伺服系统的磨损程度，如果继续留用，应考虑整修后还有50％以上剩余价值；但考虑到新更换数控系统的匹配及追求好的伺服特性，即使旧的伺服系统没有完全损坏，或预计继续使用寿命不会太长，也可考虑彻底更换。这样，伺服系统的剩余价值也就决定了。机械部件的剩余价值一般都占较高比例，多项工程实践表明，一台高质量机床的机械大件磨损是有限的。我们改造过两台美国卧式加工中心，都是70年代末的产品，X方向行程1台为1.5m、1台为2.5m，导轨的直线度和扭曲都能调整到0.008mm/1000mm，导轨本身没有进一步修磨。我所8年以前出品的两台立式加工中心，在用户厂经过6年以上两班制到三班24h的不停加工使用，近拉回我所整修中实测：一米导轨直线性磨凹0.003mm。机械手刀库部件易损件集中在几个零件上(如手爪、插销等)，即使重新更换花费也不多，因此机械部件都占有较高剩余价值。
　　通常对一台设备来说，机械部分有60%以上剩余价值，电气部分有20%～50%以上剩余价值，这些都是值得改造的可考虑因素。
　　第二步就是对改造设备提出希望改造后能达到的目标期待值，即有什么样的机床精度和使用性能。有一些人认为，提出的改造指标应和同类新机床检验合格指标联系起来，甚至外观质量要求等，这里有合理的一面。但必须考虑它的基础是一台旧设备，是有缺陷的，要求提得太高投入的费用必然会大大增加。数控化改造和设备的中修、大修计划安排结合起来是比较合理的，可以达到较理想的使用效果。因此不从机、电、液以至外观质量整体上考虑改造后的目标值，而把它看成只要简单的换一个电气系统，改造后必然会留下一堆问题。
    在确定改造目标值后，要进行投入财力和人力的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投入的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统；②机床电气及附件更换；③机床机械元部件精度修复和维修保养；④机床辅助系统(如液压系统、冷却系统等)维修保养；⑤机床外观质量的修复；⑥机床改造后的调试检测；⑦机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，常去修改改造目标值，降低一些次要要求以减少投入费用。
    经过上述三阶段工作，一台设备的改造方案基本已定，但必须对这方案进行风险评估。一台旧机床即使有再齐全的技术档案也不排斥存在隐患，存在一些不可预见因素影响，尤其技术含量高的设备。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状精确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。对这类问题，就要求承包工程部门根据自己的技术经验，在现场调研的基础上，做出风险评估和制订相应对策。另一种做法是委托方和承包方双方都意识到风险客观存在，在工程项目费中，设置不可预见费用来共同承担风险。总之，多项改造工程经验表明：预先正视项目的风险因素，尽管在工程实施中有许多问题，但是可以化险为夷的。事先重视，一旦出现问题有对策，是工程成功的基本要素之一。
    第五个内容是性能价格比评估。这实际上是上述第二项和第三项的综合评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。例如有1台15年以前出品的卧式加工中心，电控部分已严重损坏无法维修，机械精度已丧失20％左右，估算其剩余价值在30万元左右，要改造时电控部分需投入2.5万元，机械部分整修需投入10万元，整机还要投入10万元技术劳务费，共计投入75万元。现在再买一台类似的机床需180万元。改造后机床使用性能和效率估计能达到新设备的70%～80%，使用寿命在6～8年以上(一个大修周期以上)，即这项改造方案的性能价格比是可取的。
    在评估中要注意：剩余价值过低的设备是不值得花大力气改造的；剩余价值偏低、投入价值太高的改造方案也是不可取的。因此旧设备数控化改造中，首要的对象是剩余价值较高的旧数控机床。这些设备机械结构和功能与新的电控系统容易实现匹配，综合效果较好。其次是普通机床中重、大型设备，这些设备原值都较高，至今还往往都是部门关键设备，值得花大力气为它改造。对一些原价值不高的设备，觉得马上报废又可惜！还想改造后再利用一阶段的设备，在确定改造应用指标时就应慎重。即从实用出发提出投入不要太大的应用指标。电控部分尽量采用廉价的简易系统，改造工作量压缩在一定范围内，用减少投入来争取实用的经济效果。
3 数控化改造的基本步骤
    设备的数控化改造工作一般有三种运作方式：即，设备拥有厂家自己进行，这要求这些厂家自身拥有较强技改力量；第二种方式是设备拥有厂家根据自己的技术薄弱环节，聘请技术可信的兄弟单位参加，合作承担工程；第三种方式是完全委托一家单位承包工程。选择承包单位必须注意考察其技术能力和商业信誉。数控化改造工作是技术含量大、技术领域较宽广的工作，选择对象必须有坚实技术能力、有机电综合能力，甲乙双方应有合作诚意，是可信任的合作伙伴；否则，光靠简单的合同关系很难相互约束住对方，使工程进展迟缓或收不了尾。
    改造步骤基本如下：(1)旧设备基本评估；(2)确定改造方案；(3)落实改造投入资金；(4)寻找委托单位，签订有关改造合同协议；(5)整理消化机床现有资料、数据；(6)现场测绘旧设备电气、机械部件；(7)C、PLC、机床电气、机械改造内容进行设计、订货、制造；(8)对机床其余机电系统、液压系统、辅件进行现场拆修、保养、更换；(9)对机床改造部分进行现场施工、安装和连接；(10)机床联调试验；(11)修调恢复机床几何精度、定位精度；(12)机床及控制系统各部分功能联动试验，工作可靠性运行；(13)机床交检查验收；(14)机床试生产切削运行。
    当然，对某项具体工程要做的内容可能会有增减，但基本内容大致都包括了。
4 改造工作经常遇到的难点
评估困难
    对一台使用了多年的旧设备要作出确切评估是有一定困难的，尤其许多设备常缺乏必要、系统的技术档案。有的二手设备原始资料已丢失，有的设备已损坏不能进行再测试等，所以要确切了解各部件磨损的程度，定量地评估各部件的剩余价值是很困难的。过高或过低评估，对确定改造方案及改造后性能价格比都带来很多影响。因此做这项工作时，聘请有丰富经验的专家、做必要的测绘、测试试验、作必要的行情调研等工作都是必要的，尤其是定量分析。
方案的选择
    在做每台机床改造方案时，往往都有多种方案，总的说来改造投入资金与取得效果应成正比。盲目追求高指标和高投入是不必要的，客观地说花再大的价钱也不能算一台新设备。因此恰当的投入，争取实用的使用指标是选择方案的基本原则。在做方案时，应根据机床现有实际水平，做出几种可供选择的方案，由委托方和承制方协商，在满足使用单位实际使用寿命的前题下，采取少的投入，这样的改造方案就可以认为是比较好的方案。
改造系统和替换零部件的选择
    改造一台机床必然要更换许多零部件及电控系统。作为机床用<

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