机床数控化改造――企业关注的一大热点

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机床数控化改造――企业关注的一大热点

　　数控天地制造技术是直接创造物质文明的基础，它对任何1个国家、社会的繁荣强起着至关重要的作用。

　　机床文/北京航空工艺研究所陈烨邓凌数控化改造企业关注的一大热点制造技术是直接创造物质文明的基础，它对任何一个国家、社会的繁荣富强起着至关重要的作用。二十世纪九十年代先进制造技术已广泛应用在国民经济各个领域，如汽车制造、船舶制造、石油化工等，特别是计算机技术飞速发展，产生的CIMS、FMS、FMC、DNC、CNC等技术使制造业的基础机床技术如虎添翼，然而许多六、七十年代生产的旧设备仍具有良好的机械性能，并且绿色制造业不容许有大比例的丢弃物。如何有效地利用现有设备，使之发挥更大的经济效益和社会效益，是国内外许多企业关注的问题。机床的数控化改造是其中的一大热点，它包括一般机床数控化改造和原有旧数控机床的数控化改造。在这一方面，国内外很多企业已经做了许多事情。

　　国外先进国家情况据有关资料报导，日本和欧美先进国家进行的机床设备现状抽样调查是：对252家企业调查数据，不足30%的企业占41.3%，NC率占30%-50%的企业占33.7%，即75%的企业机床设备NC化率不足50%，这种比例与企业大小无关。

　　年的产品占60%，是现役机床的主体。

　　工厂购买新机床用于提高加工精度占38%，用于提高生产率占35%，为了省力占22%.由于新机床的不断购入和旧机床的报废，这一数据较难统计，但初步估计约占20%-30%，且五年内仍将保持此值，另一个有价值的数据是旧数控机床占整个旧机床产值的比例上升很快。

　　普通可改造旧机床年限在10年以内，而NC旧机床多在15年以内，并且这一工作大多委托原机床制造厂和具有配套技术(机械、电气、编程、工艺等)能力的企业进行，这样可达到成本低，质量高(有一年保证期)，备件充足，维修资料齐全的目的。普通机床修复时间一般为8个星期，NC机床为12个星期。

　　大多数机床是CNC机床，需要进行机械部分和CNC系统更新(有时需要把普通机床改装为CNC机床)，如使用丝杠、导轨、齿轮、电气箱等，对于原来不是数控的机床其进给速度一般不能再提高，但数控机床有可能提高进给速度75%.主轴速度在无须进行重新设计情况下大多可以提高。

　　一台旧CNC设备经过翻新(机床完全拆开，重新数控机床市场。64.数控天地设计和进行CNC改造)成本约为新机床的30%-40%.由于一些市场不规范和用户认识的原因，机床数控化改造存在的问题是：M)形象不高，一些大型企业认为，旧机床精度及生产率方面比新机床逊色得多。

　　信心不足，流通领域人士对旧机床改造经营体制不完备，价格不透明，缺少售后服务的经验，用户对综合质量的信任度不高。

　　后继乏人，进行旧机床改造的人日趋高龄化且后继乏人，据说将这一产业发展成为一个成功的商社需要有10年时间。

　　从事这一行业的人需要积累大量的产品知识，能鉴别设备原有用户的使用程度，拥有个人关系网，都需要有相当长的准备时间，也需要有商品流通工作的技巧，这些应当受到社会尊重，局外人往往难以理解。

　　国内航空领域数控机床应用现状随着国际金融业好转、国内经济的发展，机床进□增长很快。国防工业系统近几年大型复杂数控机床进□更趋直线上升。就航空系统而言，近十年来，由于新机预研、型号研制、民机转包生产与合作生产任务需求的增加，数控技术得到了长足发展，相继配置了为数可观的数控设备。截止到1999年为止，航空工业企事业单位各种类型的数控设备大约已达到1500余台，机加设备的数控化率已达到5°/.，已高于全国水平(1.5°/.)。

　　预计，今后重点主机厂和机载设备厂还将购置数控设备，数控设备总数将达到1700台以上，航空工业生产制造能力将有明显改善和提高。

　　但是，从总体上讲，目前航空工业数控加工技术的发展现状和应用水平还是落后的，完全不能适应当前和今后军机和民机研制与生产任务的需求，与国外先进水平的差距有越来越大趋势。主要表现在数控加工设备利用率和效率低下。主机厂的数控加工设备利用率按主轴开动时间计一般为30%-40%，个别厂低于10%(国外为70%-80%)，加工效率仅为20%- 30%，加工时间与准备时间之比平均为1：5-1：8.这个数值远低于先进国家的1：0.5，也低于同类企业的1：1-1：2的平均水平，造成数控设备能力的极大浪费。

　　提高数控技术效益的重要内容之一是提高设备利用率，而设备应故障停工的时间约占全过程的5%-15%(各厂不一)。故障来自控制系统、机床、计算机软、硬件及其它辅助设备，且是一随机过程。

　　航空工业系统1986年前购买数控设备占总数一半以上，这些机床数控系统已老化，备件供应“断粮”，机械传动机构磨损严重，某些工厂停机维修设备占2/5，因此旧设备改造翻新已到了必要阶段，实际上有些单位已经在陆续进行并收到了一定成效。应该说在经济上用低于1/3的费用(新机床)改造一台旧机床是合算的，航空系统内部某些专业化单位也有这方面的能力，目前主要问题是总公司应加强组织管理，发挥工厂与专业单位积极性，集中与分散相结合，尽快建立“数控机床(设备)技术与改造(翻新)中心”，建立有规范化的技术服务并积极开展厂际交流与合作。

　　我们在这个领域所做的工作自1958年由由六二五所与机床所及北航合作，研制了X53K-SK数控机床起，我们先后研制成功XK53- 1G磁带录返式数控立铣、XSK-5040(丨V)G四坐标数控铣、SKX-3000三坐标龙门移动式数控铣，与法国FOREST公司合作，采用具有国际先进水平的设计制造技术，合作生产了一大批飞机工业用三一五坐标龙门移动式铣床，并在此基础上创新开发了四坐标龙门移动数控铣，还与FOREST公司合作生产了加工大型汽车覆盖件模具的双回转头数控龙门铣、大型四、五坐标加工中心。在自行设计数控机床、设备方面，六二五所具有设计研制三、四坐标大型龙门移动铣床(SKX- 3000，SKX-3000AC及V12000BT)的经验，并且有设计研制加工飞机风模用双转台式五坐标数控机床(SKX-8000AC)的经验。通过国际合作，掌握了V1 20002T五坐标龙门移动数控铣及FLEXIAX 510五坐标加工中心等数控机床品种中最尖端、最复杂的高精度、高刚度大功率的五坐标机床设计研制技术，从而获得了设计研制航空工业用多种类型数控机床的主动权。

　　数控机床市场序机床名称使用单位台号数2000B三坐标数控龙门铣床沈飞(112厂)2000B三坐标数控龙门铣床哈飞2000B三坐标数控龙门铣床成飞(132厂)2000B三坐标数控龙门铣床云飞(130厂)2000B三坐标数控龙门铣床西飞(172厂)2000B三坐标数控龙门铣床航天(211厂)2000B三坐标数控龙门铣床南飞(320厂)1250MN三坐标数控龙门铣床西飞(172厂)2000BT四坐标数控龙门铣床哈飞(122厂)20002T五坐标数控龙门铣床沈飞(112厂)20002T五坐标数控龙门铣床成飞(132厂)20002T五坐标数控龙门铣床西飞(172厂)20002T五坐标数控龙门铣床南飞(320厂)F410四坐标数控加工中心F510四坐标数控加工中心VL205六坐标数控刀具磨床沈飞(112厂)VL205六坐标数控刀具磨床黎明(410厂)VL205六坐标数控刀具磨床上飞(5703厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床昌飞(372厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床成飞(132厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床哈飞(122厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床沈飞(112厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床江铃汽车制造厂S240三坐标数控仿型龙门铣床长春第一汽车集团S240三坐标数控仿型龙门铣床华北汽车制造厂S240三坐标数控仿型龙门铣床航天(211厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床西飞(172厂)S240三坐标数控仿型龙门铣床浙江永康机械厂总计8种1994年开始由于机床行业的困境和航空等领域数控机床实际需求的需要，六二五所开始进入数控旧机床改造行业，到目前为止已总共改造成功数控铣、磨床9台，计产值530万元，其中大型五轴联动铣床2台，大型三轴联动铣床1台，高精度磨床2台，一般数控机床4台。在我们的工作中得出一些经验和体会供同行和用户单位：教控机床改造的目的和竟义数控机床一般使用10~15年必须进行翻新改造，这种改造的含义不同于机床维修，它是根据用户的需要及旧机床的状况进行彻底的翻新，对其中关键运动部件往往要进行较全面的精修或更换，从而达到新机床的水平。对其控制部件进行更新，尽可能发挥机床原设计的所有功能，并且局部可以由于新系统功能的强大而增添或扩大。这种翻新避免了新机床给用户带来的生疏和麻烦，从而带来很大利益：翻新改造旧数控机床能节约大量资金，国内翻新改造一台价值100万元以上的中大型复杂数控机床一般为新机床价格的20%-30%(国外为40%- 60%)。就航空系统主要大企业统计，约有此类机床300余台总计可节约经费2.4亿元。我们为成都飞机制造工业公司翻新一台V22000B大型三坐标数控龙门铣床(床身接长2.5米)，价格为新机床的20%，机床定位精度等14项指标完全满足新机床出厂水平，试切NAS件成功，得到用户好评。

　　绿色制造是未来制造业的一项重大指标，机床数控化改造能利用床身、立柱、横梁等大型铸件(或焊接件)，大大降低为制造这些部件而产生的环境污染，从而造福人类，造福后代。

　　旧设备已使用十来年，操作、编程、维修人员比较熟悉其各种性能，因而改造后设备就可以缩短培训时间，并且不必重新打地基，缩短安装调试时间，省去时效周期，这一项就可节省时间3~4个月，节约经费3%~5%.翻新后的机床性能比新机床稳定，它原来存在的问题和缺陷经十几年使用已充分暴露，负责改造的企业能根据用户要求根除这些缺陷，并且增加一些新功能，如上面提到的我们为成都飞机公司翻新的机床，为了加工零件需要接长床身2.5米，为操作方便增加悬挂按钮站，为加强冷却效果增加了冷却液喷嘴、加大了冷却箱容积等等。

　　翻新改造教控机床的步骤和注竟点由用户的使用单位(车间)和技改部门共同协商，根据旧设备使用情况和加工零件特点提出需求分析报告(或称技术要求报告)，此报告给所有投标商(或承包单位)必须是统一规格和要求，以便有一个互相可比性指标。

　　有意向的承包单位和企业用户共同分析测试原设备各种静动态精度指标，如机床已停止使用则根据原始资料、使用记录共同分析这些指标，要注意的是双方应该用科学的、实事求是的态度，忠实于历史。因为这是决定改造方案的重大依据，在一些场合由于数据的虚假性会造成改造后设备许多隐患。

　　挑选合适的承包单位，这一点非常重要，对于一台大型复杂数控机床的改造，选择的承包单位除应具有基本信任度外，必须具备综合配套技术，如机械、电气控制、工艺、操作，培训、保证期服务等(国外多由教控机床市场数控天地原生产厂承揽)，目前国内有一些承包公司常在价格上不负责任地降低，或使用一些不合法手段争得承包权，最后造成产品质量低劣、寿命短，吃亏的往往是用户。还有一些是数控系统的生产商或经销商，他们在系统方面具有不可否认的技术水平和能力，备件充足，但在机械特别是工艺方面多缺乏能力或考虑不周，对于大型、多坐标数控机床改造，我们认为用户应慎重考虑。

　　签订合同和附件：附件是合同不可分割的内容，它一般包括两个必要的条目是技术协议书和验收文件。技术协议书必须满足或覆盖技术报告全部内容，并详细物化、量化，对于可能产生双方定义不清的内容要备注说明，如改造所用器件是进□或国产，要更换器件范围，机械传动件哪些可修复，哪些需要更换等。验收文件要具体，它包括验收方和数据，数控机床定位精度和重复定位精度是两项重要指标，合格承包商能使改造设备指标达到出厂新机床水平，但动态精度往往无法直接测量，多体现在试切件精度指标上，所以大型复杂数控机床必须有试切件验收标准(国际上多用NAS标准)。

　　合同执行，大型复杂数控机床由于体积大、重量重，并且有许多是尚在工作中带病运行，不可能将整台设备运往承包单位工厂现场，所以合同执行多分两个阶段，第一个阶段是承包商根据合同要求进行设计、外购、外协、部件制造和安装调试含数控系统脱机运行，这个阶段一般在承包方工厂，占合同总周期的2/3，因为数控系统和伺服及电机订货周期是3-4个月。第二阶段在用户现场进行，为不影响用户加工需要，此阶段应该短一些，大型复杂设备多为1-2个月(国外服务是为用户找一个代理加工单位或设备)。第二阶段工作虽然也是承包给制造商的，但是现场条件需要用户提供和保证，它会关系到设备质量和安装调试周期，为使工作顺利进行应该在合同中明确双方友好合作的基本要求。验收是结束合同现场执行阶段的主要标志，它是由用户和承包方共同完成的，参加人员用户方除使用单位外应有检验和技改管理部门，验收结束必须有验收报告，且双方负责人签字。在报告中除合格条目外可以记入不影响加工待完善的内容，但必须明确完成曰期和要求。(6)其它：培训和一年保证期是改造工作的保证。为了对产品全生命周期负责，培训多为两个阶段，第一阶段在承包方进行(也可以在数控系统供货商安排的地方)，主要是进行控制系统、伺服系统和辅助控制(液压、冷却、润滑、安全保护等)培训。第二阶段在用户现场，主要是：操作、维修、保养、排除故障及机械技术培训，这一阶段可灵活安排一些实际操作，零件切削及故障排除方法训练等。

　　合捆选埕数控系统。伺服系统知进给主妯电机目前大型多坐标航空数控机床选用的控制系统主五轴联动机床上还无法实现(对于一些带转台五轴联动数控机床有个别系统可试应用)。数控机床改造中数控系统的选择，主要根据用户需求与机床的性能。这里提出值得注意的几点：五轴联动数控系统选择应详细阅读使用手册，许多系统对联动轴有明确定义，特别是带摆角机床的A、B、C轴定义，同时要根据加工零件工艺特点选择必要的刀补软件(选择件)。

　　数控系统与伺服系统要匹配，特别在两个部件不是一个公司生产时更应注意，如NUM1060系统不能配用Siemens611D.伺服电机选用上除在扭矩和转速上要注意覆盖负载情况外必须仔细了解伺服电机(主轴电机)的扭矩速度特性曲线的允许值。

　　结束语在航空工业内部就存在着几百台旧设备翻新和修复的广阔市场，并且这一市场是经久不衰的。我们经过企业改造和产业结构调整，形成集团公司、研究所、工厂集成化的高科技产业集团，成立数控设备维护、服务和改造、培训中心的时机也已经成熟。高科技产业并不是高不可攀、什么条件都要满足后才能实施的，只要市场成熟，从某一点做起，慢慢完善、逐步扩大就是一种可行之路。

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