大型廢置機(jī)床再制造技術(shù)研究

朱 虹

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（沈陽(yáng) 110161）

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床作為當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備已經(jīng)越來(lái)越廣泛地普及到眾多中小型企業(yè)。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一位，使用數(shù)量以每年20多萬(wàn)臺(tái)的數(shù)量遞增，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控化已經(jīng)成為機(jī)械制造企業(yè)追求的目標(biāo)和發(fā)展的方向。然而據(jù)統(tǒng)計(jì)，企業(yè)中存在數(shù)量相當(dāng)可觀的大型機(jī)床由于種種原因不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是早期的一些數(shù)控機(jī)床由于功能簡(jiǎn)單、技術(shù)落后、運(yùn)行過(guò)程中故障多等因素，長(zhǎng)期處于癱瘓狀態(tài)。對(duì)于這些大型設(shè)備，一方面由于價(jià)格昂貴，而且機(jī)床機(jī)械本體和精度保持完好，因此企業(yè)不能申請(qǐng)報(bào)廢處理。另一方面數(shù)控系統(tǒng)和電氣控制環(huán)節(jié)嚴(yán)重老化而亟待改造，而原數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已經(jīng)停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，因此根本無(wú)法維修，這就極大地造成了工業(yè)污染和資源浪費(fèi)。

數(shù)控機(jī)床再制造則是國(guó)家整個(gè)再制造的核心，其實(shí)質(zhì)就是將老舊的數(shù)控機(jī)床或普通機(jī)床，進(jìn)行數(shù)控技術(shù)升級(jí)或數(shù)控化改造，使得再制造后的機(jī)床能夠滿(mǎn)足企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步要求。

1 數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究主要方向與內(nèi)容

數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究的主要方向是針對(duì)制造企業(yè)大量存在的老舊機(jī)床和瀕臨廢置的數(shù)控機(jī)床，用現(xiàn)代電氣控制技術(shù)和數(shù)控技術(shù)進(jìn)行改造，使其恢復(fù)并進(jìn)一步提升功能，以滿(mǎn)足現(xiàn)代裝備制造業(yè)發(fā)展的需要。

1.1 根據(jù)用戶(hù)使用要求，確定總體再制造方案

首先考慮到企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)要求，確定總體再制造方案。即根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品加工要求，制定設(shè)備改造后所要達(dá)到的精度和各項(xiàng)性能指標(biāo)，選用產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、與再造數(shù)控機(jī)床匹配的數(shù)控系統(tǒng)，確定再制造總體技術(shù)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得優(yōu)良的性?xún)r(jià)比，恢復(fù)并提升原設(shè)備的使用價(jià)值。

1.2 改造機(jī)床機(jī)械本體

為了滿(mǎn)足設(shè)備的改造要求，必須考慮對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行改造與大修，使再造后的機(jī)床達(dá)到所需的分辨率、傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，比如機(jī)床軌道貼塑處理等。

1.3 數(shù)控化再造電氣控制系統(tǒng)

重新設(shè)計(jì)制造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選擇控制方式、主軸控制單元設(shè)計(jì)、伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、輸入/輸出接口設(shè)計(jì)、強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)（選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、型號(hào)、容量、轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)控制原理圖，電器布置圖，電器接線(xiàn)圖，制作電器柜等）。各項(xiàng)指令控制功能通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)礁脑旌玫臄?shù)控機(jī)床上，進(jìn)行裝配調(diào)試，滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)控制功能。

1.4 再制造數(shù)控機(jī)床的試驗(yàn)與測(cè)試

根據(jù)改造機(jī)床的具體要求重新調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)、PLC、伺服系統(tǒng)的參數(shù)已達(dá)到改造要求。然后再將機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)和電器系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)行零件加工測(cè)試。

1.5 再制造數(shù)控機(jī)床的檢驗(yàn)與評(píng)估

(1)檢查確認(rèn)輸入電源電壓、頻率及相序，應(yīng)與設(shè)計(jì)要求相同。

(2)檢查機(jī)床的狀態(tài)，系統(tǒng)正常時(shí)，應(yīng)無(wú)任何的報(bào)警，在接通電源的同時(shí)應(yīng)做好按急停按鈕的準(zhǔn)備，以便隨時(shí)切斷電源。因?yàn)樗欧妱?dòng)機(jī)反饋線(xiàn)的反接或斷線(xiàn)，均會(huì)出現(xiàn)任何機(jī)床暴走現(xiàn)象。需立即停車(chē)檢查修改，可以多次接通和斷開(kāi)電源，確認(rèn)電動(dòng)機(jī)是否正常。

(3)用手動(dòng)進(jìn)給檢查各軸的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。首先用手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給檢查各軸的運(yùn)動(dòng)方向，如反向則將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)、檢測(cè)信號(hào)線(xiàn)反接。然后用MDI操作檢查各軸的運(yùn)動(dòng)距離是否正確。最后用手動(dòng)低速檢查行程限位是否可靠，用點(diǎn)動(dòng)或快速進(jìn)給時(shí)是否發(fā)生誤差過(guò)大等。

(4)檢查機(jī)床返回參考點(diǎn)是否準(zhǔn)確，要反復(fù)進(jìn)行校驗(yàn)確保準(zhǔn)確。檢查機(jī)床的基本功能如直線(xiàn)、圓弧、控制軸聯(lián)動(dòng)、固定循環(huán)等是否正常。

(5)確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床側(cè)的接口連接準(zhǔn)確。

若路燈上電時(shí)間不離散，當(dāng)大量路燈同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成一定沖擊。建議采取隨機(jī)數(shù)*離散間隔的方式，來(lái)區(qū)分不同路燈終端的接入時(shí)間，具體模型建議如下：

(6)確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)各種參數(shù)的設(shè)定。參數(shù)設(shè)定的目的是使機(jī)床具有最佳工作性能，應(yīng)根據(jù)隨機(jī)所帶的參數(shù)表手冊(cè)進(jìn)行，多數(shù)參數(shù)可通過(guò)按MDI/CRT單元的“PARTM”鍵顯示，將已存入存儲(chǔ)器的參數(shù)予以確認(rèn)。

2 數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究的應(yīng)用實(shí)例

在基于資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互惠互利的基礎(chǔ)上，遼寧裝備職業(yè)技術(shù)學(xué)院與中國(guó)有色沈陽(yáng)冶金機(jī)械有限公司（以下統(tǒng)稱(chēng)為冶修公司）聯(lián)合進(jìn)行大型廢止機(jī)床再制造技術(shù)研究，并成功地對(duì)冶修公司所屬的廢置 CW61100B型三米普通臥式車(chē)床完成再制造，極大地提高了設(shè)備的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。具體研究?jī)?nèi)容如下：

(1) 機(jī)床機(jī)械部分改造

普通車(chē)床主軸傳動(dòng)采用輪系傳動(dòng)以及撥叉有擋變速，數(shù)控車(chē)床采用主軸電機(jī)變頻無(wú)極調(diào)速，因此對(duì)于主傳動(dòng)系統(tǒng)，采用CNC裝置控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，即采用變頻調(diào)速器與交流電機(jī)（原機(jī)床電機(jī)）驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)調(diào)速控制；原機(jī)床主軸箱不變，保留原有手動(dòng)換擋功能，作為輔助手動(dòng)機(jī)械換擋（通常工作在一個(gè)固定擋位，特殊切削條件下使用1個(gè)較高轉(zhuǎn)速擋位和1個(gè)較低轉(zhuǎn)速擋位）。安裝主軸脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)各種螺紋切削功能。

普通車(chē)床進(jìn)給軸采用進(jìn)給變速箱驅(qū)動(dòng)光杠絲杠，帶動(dòng)中溜板實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，數(shù)控車(chē)床采用進(jìn)給電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器器連接滾珠絲杠傳動(dòng)，從而提高了進(jìn)給輸出轉(zhuǎn)矩。因此對(duì)于進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，縱向（Z軸）傳動(dòng)拆除進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠以及光杠，采用交流伺服電機(jī)、同步齒形帶、滾珠絲杠傳動(dòng)；橫向（X軸）傳動(dòng)拆除原滑動(dòng)絲杠、相應(yīng)連接和支撐部件，采用交流伺服電機(jī)、同步齒形帶、滾珠絲杠傳動(dòng)。

普通車(chē)床采用普通手動(dòng)四工位刀架，而改造后的數(shù)控車(chē)床將采用液壓自動(dòng)換位鎖緊四工位刀架。因此對(duì)于刀架部分，拆除原手動(dòng)刀架，配置四工位電動(dòng)刀架。

(2) 機(jī)床電氣部分改造

改造之前車(chē)床的控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足改造后機(jī)床控制的要求，而改造后的數(shù)控車(chē)床需要能實(shí)現(xiàn)編程、手動(dòng)精確進(jìn)給、自動(dòng)運(yùn)行、刀具補(bǔ)償控制、插補(bǔ)控制等功能，所以添加數(shù)控系統(tǒng)尤為必要。這里采用數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)集成一體的sinumerik 802D sl 數(shù)控裝置，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)試配置數(shù)據(jù)少且具有豐富的編程輔助工具如標(biāo)準(zhǔn)加工循環(huán)；機(jī)床配置標(biāo)準(zhǔn)控制面板和懸掛式手搖脈沖發(fā)生器，機(jī)箱采用托架式支撐結(jié)構(gòu)；主軸變頻調(diào)速選用日本安川變頻調(diào)速器，功率為 22 kW，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與恒功率調(diào)速；保留原交流電機(jī)，功率為22 kW（三對(duì)磁極）；進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用與CNC裝置配套的伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)（西門(mén)子SINAMICS S120），其中Z軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩為37 N·m，X軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩為37N·m。拆除原機(jī)床電氣控制線(xiàn)路，按照數(shù)控機(jī)床電控柜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)計(jì)制造電氣控制柜。

(3) 機(jī)床改造效果

經(jīng)過(guò)數(shù)控改造的機(jī)床加工精度與改造之前相比大大提高，主要原因在于應(yīng)用了以下有效措施：修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌精度；更換主軸軸承、重新磨削主軸錐孔，恢復(fù)主軸精度；修復(fù)或更換滾珠絲杠；采用閉環(huán)控制；利用激光干涉儀和球桿儀進(jìn)行螺距補(bǔ)償、垂度補(bǔ)償及系統(tǒng)性能綜合分析；減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，全面調(diào)整幾何精度。改造后機(jī)床主要指標(biāo)如表1所示。

3 數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究的意義

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)開(kāi)展廢置數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究，有利于企業(yè)老舊設(shè)備再制造，使長(zhǎng)期處于故障停用狀態(tài)、癱瘓狀態(tài)的大型機(jī)床，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)數(shù)控技術(shù)再制造成為全新的數(shù)控機(jī)床。這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，一方面可以變廢為寶，在節(jié)約資金的同時(shí)，使資源綜合使用效益最大化。另一方面，因原有機(jī)床各基礎(chǔ)件已經(jīng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，因此改造后的機(jī)床具有穩(wěn)定可靠的使用性能。再有，此項(xiàng)研究在提高效益的基礎(chǔ)上可以大大節(jié)約資金，與購(gòu)置新的數(shù)控機(jī)床相比，可以節(jié)省 60～80%的費(fèi)用，從而使企業(yè)以最小的投資盤(pán)活最大的存量資產(chǎn)，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，提高競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 CW61100B型3m臥車(chē)技術(shù)指標(biāo)

3.2 社會(huì)效益

廢置數(shù)控機(jī)床再制造技術(shù)研究是一項(xiàng)投資少效益高的技改工程，很多機(jī)械制造企業(yè)對(duì)此需求迫切，因此它可以作為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，在給企業(yè)帶來(lái)可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)一定的社會(huì)效益。