簡析大型數控機床的再制造

李嵩松

（北京第一機床廠，北京 101300）

機床再制造是機床維修與改造的高級階段。從上 世紀90年代末開始，我國再制造產業已經有10多年的發展歷程。特別是進入21世紀以來，低碳環保、節能減排成為全世界的共識，循環經濟、綠色制造已成為全社會的熱點，再制造越來越受到廣泛的關注和期待。

再制造商回收廢舊機床，評估價值、重新設計，制造完成后打上“再制造”標簽，重新進入市場銷售。歐美發達國家機床再制造已成為再制造產業的重要組成部分，具有一定的規模和市場，形成了較完善的體系。而在我國，舊機床的再制造仍然需要機床制造商不斷努力來完善。

1 大型機床的再制造總述

國內很多裝備制造業企業都有些20世紀八九十年代進口的大型機床，這些機床在當時是先進的設備，多年來也一直都是企業的關鍵設備，但隨著設備使用年限增加和現代工業水平的不斷提高，這些設備出現了許多問題，通常包括機床幾何精度降低，液壓系統損壞，原有電氣控制裝置已淘汰，關鍵零部件和控制板無法采購等問題，嚴重制約了企業的發展，所以對設備實施再制造是使這些關鍵設備煥發新生的唯一方法。

對于機床的再制造，可以根據實際情況分為3類。第一類為較大規模的機床再制造，是指通過更換機床主要功能部件，使原有機床功能大大增加的再制造。例如整體更換溜板滑枕功能部件組、進給系統、液壓系統等關鍵核心部件。第二類為一般規模機床再制造，此類機床再制造主要包括:①根據機床的實際情況，更換主軸電動機、進給電動機、液壓站等完善機床已有功能的機床再制造;②針對機床實際使用過程中表現出的突出問題進行改進并增加一些新功能的再制造，如給龍門鏜銑床橫梁進給系統增加雙邊電動機拖動、雙邊位置檢測、液壓站雙通道單獨過濾、冷卻等功能。第三類為較小規模機床再制造，僅更換一些機床的常用零件，增加一些簡單的功能，從而達到完善機床功能的目的。

2 大型機床較大規模的再制造

目前國內大部分機床再制造企業對大型機床的再制造還只是通過對電氣改造使得老舊機床在某些方面得到改善，很少有企業能夠對機床進行機械、液壓、電氣全方位的再制造。要想使老舊機床恢復使用，就要進行全方位的機床再制造，這樣不僅可以徹底改造機床，還能夠優化原有機床的一些結構，使其更具先進性，優越性。

2．1 再制造機床規格介紹

如四川德陽市某公司的原裝進口德國Schiess公司的龍門移動式鏜銑床，加工長度為14.5 m，高度為4.2 m，寬度為6.9 m，X/Y軸進給速度為12 m/min，Z軸進給速度為5 m/min，W軸進給速度為8 m/min。該機床配置西門子880G2數控及驅動系統，是一臺重型、精密數控龍門移動式鏜銑床，具備7軸數控及5軸聯動能力，能夠一次裝夾工件實現五面加工，它是該公司加工葉片等大型工件不可替代的關鍵設備。

2．2 再制造機床難點分析

隨著這臺機床服役年限的增加出現了機床故障率增加，機械整機精度差，定位精度下降，導軌研傷，液壓、電氣備件采購困難等老舊機床的普遍問題，所以對這臺設備進行再制造勢在必行。

該設備再制造的難點是機床原有制造商Schiess公司現已不存在，機床使用、維護缺乏有力的技術支持。尤其是Schiess公司自行開發的一些技術及其備件便成為維護中的難點。

若要對上述機床進行再制造，一般分為3步:第一步，對機床進行全面分析，找出影響機床性能的關鍵點;第二步，再制造承接方和設備所有方一起協商確定改造方案;第三步，實施機床再制造工作。

再制造時要針對這臺機床進行全面分析。第一，原有機床中滑枕鏜銑頭、溜板、附件銑頭等核心部件存在零件磨損、老化等問題。第二，原機床大部分液壓元件現已淘汰。第三，經檢查發現原有機床進給系統為X軸采用雙齒輪齒條副驅動龍門框架移動，Y軸采用雙齒輪齒條副驅動溜板移動，進給傳動部分均為進給電動機通過齒輪箱驅動進給齒輪運動，W軸、Z軸采用滾珠絲杠副驅動橫梁和滑枕銑頭運動，由于原有齒輪箱結構復雜，齒輪加工精度要求高，隨著機床使用年限的增加，齒輪、齒條、絲杠、軸承等零件磨損嚴重，特別是Y軸、Z軸進給箱尤為突出。第四，床身、立柱、橫梁的導軌面有研傷。第五，此臺數控機床為上世紀90年代生產的數控機床，所用的數控系統已淘汰。

2．3 確定機床再制造方案并實施

經過分析確定機床再制造方案，機床再制造方案為:第一，針對機床核心功能模塊組溜板、滑枕、附件銑頭及Y向進給箱、Z向進給箱結構過于復雜且磨損嚴重的情況，需重新設計一套核心功能模塊組。第二，針對液壓系統的問題，需要重新設計機床液壓系統，使其滿足再制造機床所需的液壓控制功能。第三，針對導軌研傷問題，需要對原有機床的床身、立柱、橫梁進行測繪，測繪后根據實際情況進行精加工或刮研處理。第四，針對數控問題更換數控系統，以原有數控系統為參考配置再制造所需數控系統，同時更換系統所需的主軸電動機、進給電動機、電纜、強電柜、弱電柜，并且更換全部光柵尺。

尤其設計此臺再制造機床的核心功能部件組是此次再制造的重點，由于原有機床為五坐標聯動機床，結構較為復雜，并且進行機床再制造不能減少原有機床功能，所以采用了技術嫁接的方法，參考德國科堡公司M2系列C軸連續回轉滑枕銑頭和B軸連續運動擺角銑頭的技術，重新設計了再制造所用的滑枕銑頭和附件銑頭，同時配套設計了溜板和Z軸進給箱。針對原有機床Y軸進給箱，結構復雜雙齒輪傳動消隙功能實現困難等問題，采用阿爾法行星齒輪減速機代替原有復雜的齒輪箱，同時應用雙電動機消隙的方法來代替原有機械消隙。X向進給系統更換齒條，W向進給系統更換滾珠絲杠，最后根據新設計的核心功能部件組對液壓系統的需求和原有機床的液壓系統，設計一套符合再制造機床所需的液壓系統，完成對機床核心功能部件組的設計。在實施的過程中還要注意一些配套件更換及裝配，例如防護罩、排屑器等，以保證再制造后的機床，能全面恢復使用功能。

2．4 機床再制造后的效果

這臺瀕臨淘汰的德國原裝機床，通過機床一系列的再制造徹底解決了多年來積累的問題，為企業節省了大量資金。

3 大型機床的一般規模再制造

當原有機床的結構較為可靠、功能較為完善、設備所有方在使用過程中，沒有發現明顯不足的機床，只需要進行一般規模的再制造。

3．1 針對機床常規問題的機床再制造

例如山西太原某公司的一臺德國科堡公司原裝的龍門移動式鏜銑床，加工長度為20 m，高度為4 m，寬度為5 m，X軸進給速度為10 m/min，Y軸進給速度為8 m/min，Z軸進給速度為4.5 m/min，W軸進給速度為2 m/min。此臺機床溜板，滑枕，橫梁及X向、Y向，Z向、W向進給箱為科堡制造;床身、滑座、立柱、連接梁，操作走臺等由國內制造。此設備為上世紀80年代末交付用戶使用，至今已使用20余年，設備出現的主要問題有:數控系統及液壓、電氣元件老化;齒輪、滾珠絲杠副等零件磨損，備件價格昂貴，但其他部件運轉較好，所以需要設計的方案為機床一般規模再制造。

這臺設備再制造時要與使用單位協商，確定改造方案。方案如下:將原有西門子8M數控系統更換為西門子840D數控系統，將原有凱斯勒主軸電動機更換為西門子主軸電動機，將原有進給電動機更換為與西門子系統配套的進給電動機。

在更換主軸電動機和進給電動機時，要對更換的電動機進行必要的核算。但由于原有電機與相關箱體的結合面尺寸不盡相同，所以要配置過渡箱體和過渡軸，以保證能順利為機床更換電動機。如圖1所示，更換進給電動機時，將過渡箱體2、過渡軸3、軸承4等裝配在進給電動機1上，軸承4可以選擇免維護軸承，將組裝好的改造電動機裝配在相關進給箱上，還要對改造后的進給箱進行全面的試運轉，不能出現異響、振動等不良現象。

針對這臺機床的液壓系統出現的元件老化、備件難采購等現象，在進行再制造時，將原有液壓站進行了徹底的更換，選用國內便于采購的液壓元件、溫控油箱、電柜空調等系統輔件，便于今后的維護或更換。

由于機床使用年限較長，調平裝置所用的電動機、減速機和調平杠等均出現了損壞，而且備件采購困難，所以在機床再制造過程中進行了功能上的改進。根據更換后的數控系統新功能，將原有單邊檢測機械調平，改為雙邊檢測電氣調平的結構。在原有機床結構中增加一套光柵尺，并對需要安裝光柵的立柱進行加工以滿足裝配要求，最后由電氣調試人員進行調試。

機床再制造過程中還發現此臺機床的滑枕銑頭和附件銑頭主軸端面上用于刀具緊固的螺紋孔出現了損壞，難以修復，所以采用鋼絲螺紋套鑲嵌進行修復，效果很好。通過機床再制造，這臺已使用20余年的老設備全面滿足了用戶的使用要求，用戶對再制造后的機床非常滿意。

3．2 針對機床突出問題的再制造

例如遼寧沈陽某公司一臺德國科堡原裝機床，出現問題主要為再制造機床常見問題，其中液壓系統部分問題較為突出，由于此臺機床X、Y向導軌為靜壓導軌，原有機床總液壓站為單一液壓站。使用的是單通道油溫控制機和單通道濾油器，這樣會造成許多問題:第一，易受污染的油品隨環境溫度變化大的靜壓導軌、靜壓蝸桿等開式液壓系統所用油品，與機床其他閉式液壓系統所用油品相混合;第二，油溫控制機無法準確控制液壓系統的溫度;第三，濾油器過濾負擔過重等。進而造成:第一，機床閉式液壓系統中液壓元件的損壞;第二，開式系統油溫不穩定、靜壓導軌精度下降等一系列液壓系統問題;第三，加快了用戶更換油品及濾油器濾芯的頻率，造成用戶不必要的經濟負擔。所以在機床再制造時針對這一系列問題進行了徹底改造，將原有單一液壓系統改為雙液壓系統結構。將靜壓導軌、靜壓蝸桿等開式系統所用液壓油，與機床其他閉式液壓控制系統所用液壓油分開。兩組液壓站分別配備濾油裝置及油溫控制裝置，做到了兩組液壓系統單獨過濾、單獨控制溫度，使機床整體液壓系統更加穩定，控制更為便捷，避免了油液互相影響造成的液壓元件不必要的損壞。由于開式液壓系統所用油品與機床其他閉式液壓系統所用油品分開，用戶可根據使用情況，分別更換油品及過濾器的濾芯，方便用戶的使用。

4 大型機床較小規模再制造

機床較小規模再制造在一定程度上可以等同于機床大修，只更換機床一些常規的零件，如主軸軸承、進給箱軸承、齒輪、相關密封圈、各向導軌防護罩等，同時根據用戶現有設備進行一些小規模的機械、電氣及機床所用工裝夾具等的改進。

機械部分改進例如為機床中垂直運動軸增加斷電保護裝置。一些機床垂直運動軸雖然選擇了帶有制動器的進給電動機，但在進給電動機樣本中提到電動機所帶制動器為保持型制動器，不建議作為失電制動器使用，所以為了避免發生危險，要根據原有機床的實際情況增加失電制動器，以保證機床操作人員、機床和被加工工件的安全。增加失電制動器要根據原有機床的實際情況增加。如圖2所示，原有機床進給電動機使用方式為IM V19［2］，所以根據實際情況，在原有進給齒輪箱1的電動機軸頂部增加失電制動2，同時增加制動器防護罩3。如圖3原有機床進給電機使用方式為IM V18，所以根據實際情況，在原有進給齒輪箱1的電動機軸底部增加失電制動器2，同時增加制動器防護罩3。

再說說電氣控制部分和機床所用工裝夾具部分的改進。例如某公司從荷蘭進口二手機床，需要搬遷并進行簡單的改進。其中一臺斯柯達落地鏜銑床的原有設備有一個回轉工作臺，但未在數控系統中體現，實際生產過程中使用很不方便。此次搬遷改造過程中需要將其增加至數控系統中。由于此臺搬遷機床主要用于螺旋槳的加工，屬于曲面加工，機床為五坐標聯動機床，所用的螺旋槳夾具已經出現損壞，原有夾具為液壓夾具需要配置液壓系統，而再制造時可以選用德國AM公司制造的柔性夾緊單元代替原有液壓夾具，這樣不僅降低生產準備時間，減少故障隱患，還使機床更具先進性和可靠性。

5 結語

隨著節約資源和綠色制造理念的深入，對大型機床進行再制造是節約資源的重要途徑之一，生產制造一臺全新大型設備，機床制造廠需要投入很多的人力物力財力，而且制造周期較長，如果選擇機床再制造，企業原有老舊設備能夠再次達到使用要求，起到節約資金、節約能源、提高生產效率的作用。

［1］機床設計編寫組編．機床設計手冊第三冊［M］．北京:機械工業出版社，1986．

［2］德國西門子公司．西門子產品樣本［Z］．2008．