論普通外圓磨床數字化改造技術

劉振明

摘 要：本文以普通外圓磨床數字化改造為例，論證了將普通機床改成數控機床，為中國制造業的產業升級提供了非常重要的一種思路和方法，提出了中國制造業產品的升級換代是去產能化的主要方法之一，機床再制造屬于國家目前大力提倡和支持的再制造產業中的重要一環。

關鍵詞：普通外圓磨床；數字化改造；升級換代；機床再制造

中圖分類號： TP27 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）34-155-2

1 數字化改造現狀

當前中國制造業正處于產能嚴重過剩，急切需要進行去產能化的階段。如何去產能化？產品的升級換代是去產能化的主要方法之一。我國制造業設備目前比較雜，傳統的普通機床占據了大量的市場，占用了企業相當多的資金，且很大一部分普通機床使用壽命將至，加工精度也很難滿足市場需求。而購置數控加工設備又沒有足夠的資金，普通機床也不好處理。把普通機床改成數控機床，屬于國家目前大力提倡和支持的再制造產業中的重要一環，具有很高的推廣意義和應用前景。

2 數字化改造意義

普通機床數字化改造的優勢主要有：

①普通機床對操作工的技能要求相當嚴，沒有相應的技能，無法加工出合格的產品。但數控加工設備不同，對操作工的技能要求比普通機床要低得多，企業的發展不會因操作工的技能受到影響。

②普通機床的操作，操作工只能做到單人單機，但數控機床卻可以做到一人多機，隨著人工成本所占比重越來越大，數控機床的使用可有效減少企業成本，對企業效益的提升及盈利水平的增加具有相當的優勢。

③數控機床價格較普通機床貴，加之當前經濟形勢不好，企業不敢也沒資金去大批量采購數控機床。但如果只是投入少量的資金，就能將普通機床改成數控機床，同時又有效延長了機床的使用壽命，降低了企業的設備采購成本，減少了企業的固定資產投資，多數企業愿意采用。

④把普通機床改成數控機床，機床本體等鑄件能夠得到有效利用，只需要增加很少一部分鑄件，并對原有鑄件進行升級改造，增加數控部分及傳動部分等，機床不僅能恢復甚至超越以前的精度，而且機床本體的使用年限得到了有效延長，能源也得到了節約，對國家制造業的升級轉型也提供了極大的支持。

3 數字化改造內容

外圓磨床是機械加工設備中使用頻率較高及市場保有量較大的設備，屬于精密加工用設備，機床自身精度非常高，改造要求非常嚴，參與改造的機床廠家和維修廠家非常少。但如果改造成功，將能非常迅速占領市場，并給企業帶來豐厚的利潤。因此，我們特意選取普通外圓磨床數字化改造作為我們的研發方向，并取得的非常好的效果。

我們以一臺ME1320普通外圓磨床為例，進行數字化改造，改造內容如下：

3.1 拆解機床

①工作臺部分：將頭架、尾架、上工作臺、下工作臺拆下來，按部位分類放好；

②砂輪架部分：將砂輪架、滑臺拆下來，砂輪架按部位分類放好，滑臺分開放置；

③進給及油壓部分：將床身上的所有傳動機構及手柄、油管、油缸、油壓站等全部拆除，放入廢品區。

3.2 重新測繪并設計機床

①測繪床身與下工作臺結合部位尺寸，重新設計Z軸滾珠絲桿及傳動件的結構以及與床身、下工作臺的安裝方式。Z軸導軌仍然采用原有的導軌運行方式（一V一平型）；

②測繪砂輪架滑臺的高度，并根據滑臺與砂輪架及床身的結合部位尺寸及機床行程及加工范圍，重新設計砂輪架滑臺。滑臺裝配有直線導軌和滾珠絲桿，保證機床運行時的平穩性及精度；

③重新設計X軸和Z軸的內防護罩，盡量防止磨削液及磨屑進入導軌和滾珠絲桿，影響機床的精度及壽命；

④重新設計導軌及滾珠絲桿的潤滑方式。直線導軌和滾珠絲桿專門增加一臺3L自動潤滑油泵，設計加油時間為每30分鐘打油一次，每次打油5-8秒。Z軸導軌增加一臺40W連續潤滑油泵，不間斷對導軌加油；

⑤重新設計機床外防護，防止切削液流出或飛濺。

3.3 X軸滑臺重新加工裝配

①根據設計圖紙重新翻砂鑄造X軸滑臺各零件，加工時鑄件要求二次時效，盡量減少鑄件的變形量；

②裝配兩根直線導軌，保證上母線和側母線在0.005mm以內，主導軌和副導軌的平行度在0.005mm以內；

③電機座及軸承座裝好軸承后，鏟刮與滑臺底座的貼合面，保證芯棒的等高不超過0.01mm，低抬頭不超過0.005mm，與直線導軌的平行度不超過0.005mm；

④裝好滾珠絲桿后，重新檢查并校正滾珠絲桿與導軌的上母線和側母線，不超過0.01mm；

⑤鏟刮絲桿螺母與螺母座的貼合面，保證貼合部位達到要求；

⑥裝好滑臺上的潤滑油路，并調整油路分配器，保證四個導軌滑塊及滾珠絲桿上的螺母油量均勻，并在油路分配器進油口接好一根預留到自動潤滑油泵的油管；

⑦裝配好內防護罩。

3.4 Z軸導軌及工作臺修復

①將床身內外全部清洗干凈，檢查Z軸導軌磨損情況，精磨機床導軌。精確校正機床導軌的上母線及側母線后，精加工Z軸連接件的結合部位尺寸。

②清洗下工作臺后，精磨導軌面，用藍丹檢查與床身導軌的貼合情況，并鏟刮下工作臺的導軌面，保證與床身導軌面貼合到位，同時下工作臺上平面的平行度不超過0.02mm。用大理石平尺檢查下工作臺運行的上母線和側母線，滿行程不超過0.01mm。

③清洗上工作臺，并精磨工作臺面及側向基準后，研磨鏟刮與下工作臺的貼合面，檢測工作臺平行度不超過0.01mm。

④將Z軸電機座及軸承座裝好軸承后，鏟刮與床身的貼合面，保證芯棒的等高不超過0.01mm，地抬頭不超過0.01mm，與V軌及平軌的平行度不超過0.01mm。

⑤鏟刮Z軸絲桿螺母與螺母座的貼合面，保證貼合部位達到要求。

⑥床身導軌部位重新疏通油路，并將油路連接至連續潤滑油泵。

⑦Z軸絲桿部位用尼龍油管接通，預留接到自動潤滑油泵的長度。

⑧裝配好內防護罩。

3.5 砂輪架的維修

①拆解砂輪架，按部位分類擺放；

②將砂輪架內的主軸潤滑油全部倒出，并清洗干凈主軸油箱；

③檢查主軸是否有損傷，及跳動是否在公差范圍內，并進行修復；

④檢查軸瓦是否有拉傷，并重新鏟刮；

⑤更換密封圈和彈簧；

⑥重新裝配并調整主軸到位，并加注主軸油。

3.6 頭架的維修

①拆解頭架，按部位分類擺放；②更換所有軸承及皮帶；③重新檢查并修復頭架主軸及錐孔；④重新裝配頭架。

3.7 尾架的維修

①拆解尾架，按部位分類擺放；②絎磨尾架套筒內孔，保證內孔的圓度及圓柱度達到要求；③重新更換尾架套筒后在研磨，保證尾架套筒徑向跳動滿足要求；④修復拉桿，并重新裝配尾架。

3.8 裝配并調整砂輪架滑臺

①鏟刮砂輪架滑臺底面與床身貼合部位，保證滑臺面與工作臺在X方向及Z方向的平行度；②用大理石方尺檢查并調整滑臺與Z軸的垂直度，300mm內不超過0.005mm；③鎖緊滑臺。

3.9 鏟刮三架

①將頭架和尾架裝在工作臺上，用專用芯棒插入頭架和尾架的錐孔內，檢查并鏟刮頭架、尾架與工作臺的貼合面，保證頭架和尾架均為上母線抬頭0-0.01mm/300mm，側母線0-0.01mm/300mm，尾架中心高比頭架高0.01-0.03mm，側母線不超過0.01mm；②裝好砂輪架，鏟刮砂輪架底面與滑臺的貼合面，保證砂輪架的軸心線與Z軸平行度不超過0.02mm，砂輪架中心高比頭架中心高高0.15-0.3mm。

3.10 裝配潤滑油路

①將自動潤滑油泵固定在床身后部，并且不能影響后續電路系統的安裝，而且方便觀察及加潤滑油；②將Z軸絲桿上的尼龍潤滑油管及滑臺上的潤滑油管與自動潤滑油泵連接并固定；③將連續自動潤滑油泵固定在床身內部以前的油箱上部；④將自動潤滑油泵及床身內部的油箱注入適量潤滑油，檢查油泵運行情況及各潤滑部位的油路大小，并調整到位。

3.11 電氣安裝

①重新設計電氣柜及數控電路；②按電路圖安裝電氣元件，并將電氣柜固定在床身上；③將兩臺伺服電機安裝在電機座上，并用聯軸器與滾珠絲桿連接并固定；④接好伺服電機的接頭，并將潤滑油泵及水泵、工作燈、砂輪架電機、頭架電機等接入電氣柜內；⑤開機試運行系統，并進行電路調試。

3.12 外圍設備安裝

①將水箱擺放到位；②將外防護罩安裝到位。

3.13 設備試運行

①重新檢查機床的幾何精度，并用錐銷固定滑臺與床身的位置；②用激光干涉儀檢查并調整機床的定位精度、重復定位精度、反向間隙，達到國標要求；③檢查并調整砂輪架靜止狀態及運行狀態下的精度；④檢查砂輪架運轉是否正常；⑤檢查尾架伸縮是否自如并自動回位；⑥檢查水泵運轉是否正常；⑦檢查自動潤滑油泵及連續潤滑油泵運轉是否正常；⑧砂輪校正靜平衡后，裝入砂輪架，檢查砂輪架運行是否正常，有無振動；⑨編制試運行程序，看機床運轉是否正常；⑩裝入試制工件，看加工是否正常，并檢查產品的一致性。

3.14 機床的主要配置

在外圓磨床數控化改造過程中，我們秉承在保證機床精度及可靠性的前提下，盡量降低客戶的改造費用及后續維護成本，選用了不少的國產優質品牌。

主要配置如下：

①數控系統：廣數980GEa磨床系統或華中數控180XP；②低壓元器件：正泰；③直線導軌：南京工藝；④滾珠絲桿：南京工藝；⑤潤滑系統：深圳寶騰；⑥滾珠絲桿軸承：NSK（日本）。

4 數字化改造效果

在機床改造完成并經客戶實際使用后，客戶反應如下：

①精度要求：在不使用主動測量儀的情況下，尺寸一致性相當好，不存在尺寸經常超差的情況，即使客戶要求的尺寸公差在0.005mm內，也能非常容易滿足；②生產效率：客戶以前單人單機生產，單班產量1700件/班，現在為一人兩機，單班產量3000件/班，較之前提高近1倍；③廢品率：由單人單機10-20件/班，降低至現在一人兩機3-5件/班；④生產成本：員工單件生產成本降低，廢品率降低也直接使生產成本降低；⑤員工收入：在適量調低單件工時的基礎上，員工收入仍然大幅度上升；⑥員工技能：以前操作普通外圓磨床時，員工技能與當班產量及廢品率成正比，而且員工培養時間相當長；現在對員工技能要求大幅度降低，多數員工在培訓一星期左右即可正常上崗，產量和廢品率也在可控范圍內。

5 數字化改造前景

通過對普通外圓磨床數字化改造的情況來看，生產企業的設備投資相對減少，生產成本明顯降低，企業在擴大規模和提高產品質量方面均有了很大的保證，對提高企業的市場生存能力及競爭力也有了很大保障。外圓磨床數字化改造成功，為普通機床改成數控機床起到很好的示范效應和很大的推動作用，將為中國制造業的產業升級提供非常重要的一種思路和方法，具有廣闊的應用前景。