大型廢置機床再制造技術研究

朱 虹

遼寧裝備制造職業技術學院（沈陽 110161）

近年來，隨著經濟的發展及科技的進步，數控機床作為當代機械制造業的主流裝備已經越來越廣泛地普及到眾多中小型企業。目前我國數控機床產量已經躍居世界第一位，使用數量以每年20多萬臺的數量遞增，生產設備數控化已經成為機械制造企業追求的目標和發展的方向。然而據統計，企業中存在數量相當可觀的大型機床由于種種原因不能正常運轉，特別是早期的一些數控機床由于功能簡單、技術落后、運行過程中故障多等因素，長期處于癱瘓狀態。對于這些大型設備，一方面由于價格昂貴，而且機床機械本體和精度保持完好，因此企業不能申請報廢處理。另一方面數控系統和電氣控制環節嚴重老化而亟待改造，而原數控系統生產廠商已經停產或轉產，因此根本無法維修，這就極大地造成了工業污染和資源浪費。

數控機床再制造則是國家整個再制造的核心，其實質就是將老舊的數控機床或普通機床，進行數控技術升級或數控化改造，使得再制造后的機床能夠滿足企業的技術進步要求。

1 數控機床再制造技術研究主要方向與內容

數控機床再制造技術研究的主要方向是針對制造企業大量存在的老舊機床和瀕臨廢置的數控機床，用現代電氣控制技術和數控技術進行改造，使其恢復并進一步提升功能，以滿足現代裝備制造業發展的需要。

1.1 根據用戶使用要求，確定總體再制造方案

首先考慮到企業的實際生產要求，確定總體再制造方案。即根據企業產品加工要求，制定設備改造后所要達到的精度和各項性能指標，選用產品質量穩定、技術先進、與再造數控機床匹配的數控系統，確定再制造總體技術方案，優化設計，獲得優良的性價比，恢復并提升原設備的使用價值。

1.2 改造機床機械本體

為了滿足設備的改造要求，必須考慮對機械部分進行改造與大修，使再造后的機床達到所需的分辨率、傳動精度和平穩性，盡量減小摩擦力，比如機床軌道貼塑處理等。

1.3 數控化再造電氣控制系統

重新設計制造機床電氣控制系統，系統設計內容包括：選擇控制方式、主軸控制單元設計、伺服驅動設計、輸入/輸出接口設計、強電系統設計（選擇電動機的類型、型號、容量、轉速，設計控制原理圖，電器布置圖，電器接線圖，制作電器柜等）。各項指令控制功能通過數據接口傳輸到改造好的數控機床上，進行裝配調試，滿足數控機床的各項控制功能。

1.4 再制造數控機床的試驗與測試

根據改造機床的具體要求重新調整數控系統、PLC、伺服系統的參數已達到改造要求。然后再將機床的機械系統和電器系統聯合調試，進行零件加工測試。

1.5 再制造數控機床的檢驗與評估

(1)檢查確認輸入電源電壓、頻率及相序，應與設計要求相同。

(2)檢查機床的狀態，系統正常時，應無任何的報警，在接通電源的同時應做好按急停按鈕的準備，以便隨時切斷電源。因為伺服電動機反饋線的反接或斷線，均會出現任何機床暴走現象。需立即停車檢查修改，可以多次接通和斷開電源，確認電動機是否正常。

(3)用手動進給檢查各軸的運轉情況。首先用手動連續進給檢查各軸的運動方向，如反向則將電動機的動力線、檢測信號線反接。然后用MDI操作檢查各軸的運動距離是否正確。最后用手動低速檢查行程限位是否可靠，用點動或快速進給時是否發生誤差過大等。

(4)檢查機床返回參考點是否準確，要反復進行校驗確保準確。檢查機床的基本功能如直線、圓弧、控制軸聯動、固定循環等是否正常。

(5)確認數控系統與機床側的接口連接準確。

若路燈上電時間不離散，當大量路燈同時接入網絡時，會對網絡造成一定沖擊。建議采取隨機數*離散間隔的方式，來區分不同路燈終端的接入時間，具體模型建議如下：

(6)確認數控系統各種參數的設定。參數設定的目的是使機床具有最佳工作性能，應根據隨機所帶的參數表手冊進行，多數參數可通過按MDI/CRT單元的“PARTM”鍵顯示，將已存入存儲器的參數予以確認。

2 數控機床再制造技術研究的應用實例

在基于資源共享、優勢互補、互惠互利的基礎上，遼寧裝備職業技術學院與中國有色沈陽冶金機械有限公司（以下統稱為冶修公司）聯合進行大型廢止機床再制造技術研究，并成功地對冶修公司所屬的廢置 CW61100B型三米普通臥式車床完成再制造，極大地提高了設備的使用價值和經濟價值。具體研究內容如下：

(1) 機床機械部分改造

普通車床主軸傳動采用輪系傳動以及撥叉有擋變速，數控車床采用主軸電機變頻無極調速，因此對于主傳動系統，采用CNC裝置控制的交流變頻調速系統，即采用變頻調速器與交流電機（原機床電機）驅動，實現主軸無級調速控制；原機床主軸箱不變，保留原有手動換擋功能，作為輔助手動機械換擋（通常工作在一個固定擋位，特殊切削條件下使用1個較高轉速擋位和1個較低轉速擋位）。安裝主軸脈沖編碼器，實現各種螺紋切削功能。

普通車床進給軸采用進給變速箱驅動光杠絲杠，帶動中溜板實現進給，數控車床采用進給電機通過聯軸器器連接滾珠絲杠傳動，從而提高了進給輸出轉矩。因此對于進給傳動系統，縱向（Z軸）傳動拆除進給箱、溜板箱、滑動絲杠以及光杠，采用交流伺服電機、同步齒形帶、滾珠絲杠傳動；橫向（X軸）傳動拆除原滑動絲杠、相應連接和支撐部件，采用交流伺服電機、同步齒形帶、滾珠絲杠傳動。

普通車床采用普通手動四工位刀架，而改造后的數控車床將采用液壓自動換位鎖緊四工位刀架。因此對于刀架部分，拆除原手動刀架，配置四工位電動刀架。

(2) 機床電氣部分改造

改造之前車床的控制系統較為簡單，遠遠不能滿足改造后機床控制的要求，而改造后的數控車床需要能實現編程、手動精確進給、自動運行、刀具補償控制、插補控制等功能，所以添加數控系統尤為必要。這里采用數控系統與驅動控制系統集成一體的sinumerik 802D sl 數控裝置，該系統結構緊湊、可靠性高、抗干擾能力強、調試配置數據少且具有豐富的編程輔助工具如標準加工循環；機床配置標準控制面板和懸掛式手搖脈沖發生器，機箱采用托架式支撐結構；主軸變頻調速選用日本安川變頻調速器，功率為 22 kW，可實現恒轉矩調速與恒功率調速；保留原交流電機，功率為22 kW（三對磁極）；進給伺服驅動系統采用與CNC裝置配套的伺服驅動器與伺服電機（西門子SINAMICS S120），其中Z軸伺服電機轉矩為37 N·m，X軸伺服電機轉矩為37N·m。拆除原機床電氣控制線路，按照數控機床電控柜設計標準重新設計制造電氣控制柜。

(3) 機床改造效果

經過數控改造的機床加工精度與改造之前相比大大提高，主要原因在于應用了以下有效措施：修復機床導軌精度；更換主軸軸承、重新磨削主軸錐孔，恢復主軸精度；修復或更換滾珠絲杠；采用閉環控制；利用激光干涉儀和球桿儀進行螺距補償、垂度補償及系統性能綜合分析；減少傳動環節的誤差，全面調整幾何精度。改造后機床主要指標如表1所示。

3 數控機床再制造技術研究的意義

3.1 經濟效益

通過開展廢置數控機床再制造技術研究，有利于企業老舊設備再制造，使長期處于故障停用狀態、癱瘓狀態的大型機床，通過應用先進數控技術再制造成為全新的數控機床。這對企業來說，一方面可以變廢為寶，在節約資金的同時，使資源綜合使用效益最大化。另一方面，因原有機床各基礎件已經經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度，因此改造后的機床具有穩定可靠的使用性能。再有，此項研究在提高效益的基礎上可以大大節約資金，與購置新的數控機床相比，可以節省 60～80%的費用，從而使企業以最小的投資盤活最大的存量資產，極大地提高勞動生產率和設備利用率，提高競爭能力和產品質量。

表1 CW61100B型3m臥車技術指標

3.2 社會效益

廢置數控機床再制造技術研究是一項投資少效益高的技改工程，很多機械制造企業對此需求迫切，因此它可以作為一個獨立的產業帶動地區經濟的進一步發展，在給企業帶來可觀經濟效益的同時，也給整個社會帶來一定的社會效益。