機床數控化改造
使用經驗表明:數控機床中,一套數控系統的有效使用壽命在6~8年。由于電子技術迅速發展,世界上名牌的數控系統制造公司基本上都在3~5年內更換一代產品,所以數控系統使用到6~7年后,即使想修理也很難找到零備件。隨著電子技術制造水平發展,數控系統及配套附件(伺服單元及電機等)的價格在整臺機床中越來越低,例如在70年代時達到50%,80年代后逐步降至1/3到1/4以下,一些大型機床只占1/10左右,因此,只要化少量投入,就可使許多關鍵設備重新恢復“青春”。
我國近幾年內需要數控化改造的普通設備在10萬臺以上,舊數控機床在4000臺以上,如果改造資金能落實,這將是一個能提供幾十億到上百億元的廣闊市場。因此在機械制造業中,尤其在機床制造行業中,應該充分利用自己的技術特長,去迅速占領市場,為國民經濟的迅速發展作出自己的行業貢獻。
一臺舊設備使用到一定年頭后,必然會故障頻繁發生、維修困難、生產效率降低、加工精度不穩定、甚至完全停機。對這樣的設備是采取徹底報廢、還是經過中大修數控改造?做出這種決定之前,首先要對現有設備的剩余使用價值作出評估。例如一臺加工中心,主要構成的機電部件有:①CNC系統及操作子系統;②伺服系統(包括電動機);③機床電氣;④機械本體(床身、立柱、導軌和絲杠等);⑤刀庫機械手系統;⑥自動工作臺交換系統(APC)等。每一個子系統根據實際情況,都可以作出相應剩余使用價值評估。例如對20年以前的數控系統,現在不可能在找不到零備件的前題下去重新整修它,那它的剩余價值是零。根據伺服系統的磨損程度,如果繼續留用,應考慮整修后還有50%以上剩余價值;但考慮到新更換數控系統的匹配及追求好的伺服特性,即使舊的伺服系統沒有完全損壞,或預計繼續使用壽命不會太長,也可考慮徹底更換。這樣,伺服系統的剩余價值也就決定了。機械部件的剩余價值一般都占較高比例,多項工程實踐表明,一臺高質量機床的機械大件磨損是有限的。例如,我們改造過的兩臺美國臥式加工中心,都是70年代末的產品,X方向行程1臺為1.5m、1臺為2.5m,導軌的直線度和扭曲都能調整到0.008mm/1000mm,導軌本身沒有進一步修磨。即使重新更換花費也不多,因此機械部件都占有較高剩余價值。通常對一臺設備來說,機械部分有60%以上剩余價值,電氣部分有20%~50%以上剩余價值,這些都是值得改造的可考慮因素。
對改造設備提出希望改造后能達到的目標期待值,即有什么樣的機床精度和使用性能。有一些人認為,提出的改造指標應和同類新機床檢驗合格指標聯系起來,甚至外觀質量要求等,這里有合理的一面。但必須考慮它的基礎是一臺舊設備,是有缺陷的,要求提得太高投入的費用必然會大大增加。數控化改造和設備的中修、大修計劃安排結合起來是比較合理的,可以達到較理想的使用效果。因此不從機、電、液以至外觀質量整體上考慮改造后的目標值,而把它看成只要簡單的換一個電氣系統,改造后必然會留下一堆問題。
在確定改造目標值后,要進行投入財力和人力的估算,即投入資金的評估。投入資金多少與制訂改造目標高低密切相關。投入的改造費用主要由下列項目構成:①數控系統及相關伺服系統;②機床電氣及附件更換;③機床機械元部件精度修復和維修保養;④機床輔助系統(如液壓系統、冷卻系統等)維修保養;⑤機床外觀質量的修復;⑥機床改造后的調試檢測;⑦機床改造所需的技術勞務費。在受改造費用限制時,常去修改改造目標值,降低一些次要要求以減少投入費用。
為了在經濟上有定量分析的依據,我們選一臺現在市場上性能相似的商品價格作為標準進行比較。例如有1臺15年以前出品的臥式加工中心,電控部分已嚴重損壞無法維修,機械精度已喪失20%左右,估算其剩余價值在30萬元左右,要改造時電控部分需投入2.5萬元,機械部分整修需投入10萬元,整機還要投入10萬元技術勞務費,共計投入75萬元。現在再買一臺類似的機床需180萬元。改造后機床使用性能和效率估計能達到新設備的70%~80%,使用壽命在6~8年以上(一個大修周期以上),即這項改造方案的性能價格比是可取的。
在評估中要注意:剩余價值過低的設備是不值得花大力氣改造的;剩余價值偏低、投入價值太高的改造方案也是不可取的。因此舊設備數控化改造中,首要的對象是剩余價值較高的舊數控機床。這些設備機械結構和功能與新的電控系統容易實現匹配,綜合效果較好。其次是普通機床中重、大型設備,這些設備原值都較高,至今還往往都是部門關鍵設備,值得花大力氣為它改造。對一些原價值不高的設備,覺得馬上報廢又可惜!還想改造后再利用一階段的設備,在確定改造應用指標時就應慎重。即從實用出發提出投入不要太大的應用指標。電控部分盡量采用廉價的簡易系統,改造工作量壓縮在一定范圍內,用減少投入來爭取實用的經濟效果。
通常的機床數控化改造步驟基本如下:
(1)舊設備基本評估;
(2)確定改造方案;
(3)落實改造投入資金;
(4)尋找委托單位,如蕪湖市恒邦科技有限公司,簽訂有關改造合同協議;
(5)整理消化機床現有資料、數據;
(6)現場測繪舊設備電氣、機械部件;
(7)對CNC、PLC、機床電氣、機械改造內容進行設計、訂貨、制造;
(8)對機床其余機電系統、液壓系統、輔件進行現場拆修、保養、更換;
(9)對機床改造部分進行現場施工、安裝和連接;
(10)機床聯調試驗;
(11)修調恢復機床幾何精度、定位精度;
(12)機床及控制系統各部分功能聯動試驗,工作可靠性運行;
(13)機床交檢查驗收;
(14)機床試生產切削運行。
當然,對某項具體工程要做的內容可能會有增減,但基本內容大致都包括了。
改造工作經常遇到的難點
對一臺使用了多年的舊設備要作出確切評估是有一定困難的,尤其許多設備常缺乏必要、系統的技術檔案。有的二手設備原始資料已丟失,有的設備已損壞不能進行再測試等,所以要確切了解各部件磨損的程度,定量地評估各部件的剩余價值是很困難的。過高或過低評估,對確定改造方案及改造后性能價格比都帶來很多影響。因此做這項工作時,聘請有豐富經驗的專家、做必要的測繪、測試試驗、作必要的行情調研等工作都是必要的,尤其是定量分析。
在做每臺機床改造方案時,往往都有多種方案,總的說來改造投入資金與取得效果應成正比。盲目追求高指標和高投入是不必要的,客觀地說花再大的價錢也不能算一臺新設備。因此恰當的投入,爭取實用的使用指標是選擇最佳方案的基本原則。在做方案時,應根據機床現有實際水平,做出幾種可供選擇的方案,由委托方和承制方協商,在滿足使用單位實際使用壽命的前題下,采取最少的投入,這樣的改造方案就可以認為是比較好的方案。
改造一臺機床必然要更換許多零部件及電控系統。作為機床用戶,總是希望還能使用的元器件盡量保留,如保留原設備的伺服電機、液壓系統、輔助部件等,這樣改造后的一臺設備中,必然新舊零部件混合使用,效果會如何呢?我們曾改造過一臺五軸五聯動臥式加工中心,數控系統使用了較好的日本FANUC公司16M,在總調試車時數控系統工作情況很好,但液壓油管由于嚴重老化,不斷出現破裂漏油,在一個多月調試階段內,光換油管就占用了幾個工作日。所以在確定選擇零部件時,要考慮等效、等使用時間的匹配。即全功能的機床才配用全功能數控系統,新的部件有多年以上使用有效期時,保留的老部件使用壽命也要求與它相匹配,或者有相應措施。例如機床改造時考慮機械大件的精度修復、滾珠絲杠精度修復和重調預載、液壓油管和密封圈的更換、新的數控系統數字式控制和老機床上模擬量控制的伺服電機不匹配時就要考慮更換伺服電機,或者采用較老的模擬量控制數控系統。對一些各種來路的國外舊機床,還必須考慮公制和英制的標準化問題,英制的標準件、螺紋、管接頭、軸承都會給更換帶來一些新的問題,甚至還要準備英制通用工具。
驗收技術條件的確定
驗收條件是每個改造項目必須考慮的,這往往在執行改造項目時,委托方和承接方最容易出現分歧的地方。這反映在委托方對設備有較高希望值、承接方對原設備估計不足出現漏洞、而驗收條件又沒有統一標準可依等情況下,到項目后期驗收時最容易出現各說各的理的局面。所以在制訂驗收條件時,可以參考同類新機床的行業標準和該機床的出廠合格單原始記錄,分析該機床目前精度保持情況,必要時做機床實際精度測試,依據這些原始數據雙方針對改造部分提出合理的<

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