面向再制造的金屬切削機床設計方案評價研究

李 康

（嘉峪關匯豐工業制品有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

我國制造業經過長期的發展實踐，已完成了由手動金屬切削機床向自動化程度更高的數控系統機床的轉變，使得制造業產品質量和生產效率大幅度提升。目前，我國常用的傳統機床半數以上以瀕臨報廢邊緣，對這些廢舊機床進行再制造處理是提升企業綜合效益的重要手段[1]。為提升機床再制造改造質量及水平，從機床設計初期就應為后期再制造打下基礎，由此不斷提升金屬切削機床的工作精度。

1 金屬切削機床設計應考慮的基本要求

金屬切削機床設計要綜合考慮機床的工藝要求，滿足機床生產所需的各種能力，包括機床不同工序可完成的種類，所加工零件的類型、材料和尺寸范圍、毛坯種類、加工精度和表面粗糙度等要求；生產率和自動化程度、剛度和精度、可靠性、成本和生產周期等因素，為滿足上述設計要求，機床在設計時應達到以下標準：①機床的設計要與相連接設備的底座相匹配，并保證所裝的設備牢固可靠。②機床本身的剛度和強度要滿足相應的標準。③機床的穩定性和耐久性是確保機床具有良好加工精度的前提，因此要采取有效措施，防止地下水及有害液體對機床的危害。必要時應通過表面涂瀝青、墊油氈等防護措施來降低外界不利因素對機床的侵蝕。④結合產品的工藝特點和為便于使用創造條件來設計機床標高進，由此為生產過程中產生的鐵屑、冷卻液等的順利排出奠定基礎。⑤大型設備上的機床在設計時，要在設備安裝前期對其采取預壓操作，預壓重量需達到設備和最大工件重量和的1.25倍。⑥機床設計時應堅持節約設計原則，充分考慮設計、制造、使用、維護和報廢處理等相關費用，在滿足機床各項性能要求的前提下最大限度地節省各項成本費用。

2 行業標準化工作現狀

金屬切削機床是工業發展的重要裝備支持，只有確保機床具有較高的標準化程度，才能滿足工業生產對機床使用的多樣化需求[2]。我國金屬切削機床行業的標準化工作經歷了從無到有，從有到優的發展歷程，其行業標準得到了細化和精確，在汽車、航空航天、船舶、電力設備、農機等領域得到了廣泛應用。尤其是近幾年數控機床的標準化工作得到了前所未有的發展進步，并在機床生產制造中得到應用推廣，目前我國金屬切削機床行業現有標準近900項，其中國家標準80多項，行業標準800多項。

3 金屬切削機床設計方案評價過程

（1）機床設計方案評價方法。機床設計方案一般要通過理論分析、計算和試驗研究相結合的方式進行評價，現階段在機床設計方案過程中合理的引進了現代化計算機技術，由此確保方案的精確性。機床設計方案中常存在許多不確定性因素，因此要深入分析，并采取有效措施，借助模糊程度分析法來計算機床各設計參數是否合理。通過與國家相關行業標準進行比較對照，最終從三角模糊比較矩陣中獲得一個明確的優先量值，以此作為機床設計方案的評價標準。

（2）金屬切削機床評價指標構建。面向再制造的機床設計需實現對原有機床性能的優化補充，尤其要針對機床正常使用周期結束后的再制造問題創建有效指標，并與機床最初的設計方案進行比較，綜合將影響再制造效果的一些指標融入此設計方案中，與機床最初的設計方案共同組成相應的評價體系。并采用科學的評價方法，對機床設計及再制造工作作出精確評價。機床再制造設計方案評價涉及的范圍非常廣，包含的指標非常多，因此要將數量和種類多樣化的目標及指標進行指標分類。

依據指標類型的不同進行系統性評價，指標體系的選取要具有代表性，能反應出機床再制造的方向和特點。按照多層次、有代表的指標選取原則，聽取相關領域專家及經驗豐富設計人員的意見和建議，選取重要且有代表性的金屬切削機床評價指標，從而構建完整的金屬切削機床評價指標體系。所選取的相關指標要由專家和豐富經驗設計人員共同把握，每個指標體系都具有相應的代表性和專業性，從而排除主客觀因素對設計方案的影響。

4 案例分析

金屬切削機床是目前我國應用最廣泛、數量最多的設備，隨著使用年限的增加，多數現役機床已逐漸進入報廢的高峰期，實現對這些報廢機床的再制造對促進我國可持續發展目標具有重要作用。以重慶某機床制造企業機床再制造設計方案的評價過程為例。該企業退役機床以C6132為主，根據其使用情況來分析影響再制造的關鍵因素，進而明確機床再制造的落腳點和改造方向，制定了3種機床設計方案，通過對三種設計方案的對比評價，得出最佳方案。方案1：面向再制造的金屬切削機床設計方案將機床分為再制造修復模塊、基本功能模塊與選配功能模塊等三個區域。修復模塊主要包括機床的基礎構建修復和更換，然后通過再制造技術提升其原有功能特性；基本功能模塊就是對機床的進給傳動系統、電氣系統和安全防護系統等系統進行優化升級；選配功能模塊主要針對機床的一些輔助設施，根據其后續使用的實際情況進行優化改進，實現對其性能的完善和補充。方案2：在機床最初設計階段，將機床按功能特性分為動力模塊、潤滑與冷卻系統模塊、液壓系統模塊以及切削系統模塊四大模塊。對4個模塊按照使用需求和制造目標進行優化設計并制造、組裝。然而對機床的后續使用進行動態監管，對易發生問題的模塊進行修復、升級或更換。方案3：提升機床關鍵零部件的標準化設計水平。隨時監控這些零部件的后期使用情況，根據工作動態中的具體性能對其進行更換或修復處理。在機床設計方案評價過程中，決策者依據方案設計需要得出每個階段和相關標準之間的權重。以下為5個不同階段的模糊比較矩陣，如表1。

表1 不同階段的模糊比較矩陣

5 結語

金屬切削機床是裝備制造業的主要設備，在我國諸多領域有著廣泛的應用，并發揮著不可替代的作用。為有效解決機床報廢后的再制造問題，使其能夠繼續為我國工業化生產服務，必須加強對再制造金屬切削機床設計方案的評價研究，使機床在設計之初就能為再制造打下堅實基礎，從而促進機床再制造工作的順利進行，提升行業競爭優勢。