旧机床、生产线数控化改造的内容、技术与原则

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　　摘要：据不完全统计，我国从70年代起便已开始用电子技术来改造旧机床。根据对全国320家大中型企业统计，近10年来各自采用电子技术改造的旧机床约有1万台，其中车床4700多台、铣床近500台、镗床2000余台、磨床1700台、其它类型机床800多台。这说明我国已有了一支机床改造的队伍，积累了一定的实践经验，这对推动和发展以数控技术为中心的改造业无疑是十分有利的。
0 |, K8 `/ ^! b3 y$ v3 O　　1数控机床与生产线改造业的市场
　　数控机床的改造市场
　　我国机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。
　　近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%，年产值数控化率为12%(后两项日本分别为31.6%和75.4%)。而且数控机床中经济型数控机床占80%以上，自动机床等高级机床不多。我国机床役龄10年以上的占60%以上;10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60%以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。即使是数控机床，多数是经济型数控机床，生产装备和技术陈旧而落后。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
% ^1 w- u8 o- b7 G" @　　据专家预测，到2000年，我国数控机床消费额可达240.2亿元。这些需求一方面通过购置新设备来满足，另一方面，如果充分利用我国的现有的存量资产，用更新改造后的设备替代和减少购置新设备，可以起到事半功倍的效果。以240.2亿元的需求量估计，即使10%的需求通过设备的再生改造来实现，每年也有24亿元的市场。
1 X( ?1 v( d. M# ^) N" V+ y7 p0 L　　进口设备和生产线的数控化改造市场
　　我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979～1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。
　　这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。为了充分利用这些设备和生产线，我们对部分引进10年以上、与机械行业有关的技术改造项目进行了一次调查。我们了解到一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良;有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥;有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用;有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标;有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损;有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。
　　这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决“卡脖子”的关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。
6 c2 ]! q/ v& t/ i+ F　　2数控化改造的内容、技术与原则
/ A2 Q/ I& d5 S: b) ~　　国外改造业的兴起
" w( d2 a: |6 ^/ W* |　　在美国、日本和德国等发达国家机床工业处于不景气的今天，它们的机床改造却是作为新的经济增长行业，生意盎然，处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
　　数控化改造的内容
4 E! h. h: |; e' C　　机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：
1 R& i5 ?) _) ^+ {5 ?0 \4 M　　其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复;其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床;其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新;其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
　　考核数控化改造的标准如下：
　　改造的投入在新机床价格的30%以内，并能取得70%～80%使用效率，认为是成功的;,li>改造投入费的回收期，低于购置新机床投放费的回收期(一般为5～6年)的一半以下(一般为2～3年)，改造是有价值的。
　　也有例外。如某项工程的关键设备，如果从外国购置，其供货时间与价格都无法接受的情况，其改造评价标准应另行考虑。
　　数控化改造的利弊
0 e. k# ~8 W  |/ d( U! {/ B　　减少投资额、交货期短
　　同购置新机床相比，一般可以节省60%～80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。
　　机械性能稳定可靠，结构受限
$ T! _  t4 w+ ]9 S9 M" A  P* l0 r　　所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
: {; j+ {4 w( D8 x4 E2 D　　熟悉了解设备、便于操作维修
. `' X, ]  o  H( @" n3 r　　购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力;另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。
　　可充分利用现有的条件
　　可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。同时工夹具、软件程序、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。
9 |/ S' o; k) E1 b* s　　可以采用最新的控制技术
　　可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
9 Z& X6 {% q# G　　3数控化改造实例
% Y! \, a. \8 m　　挂靠在中科院沈阳计算所的高档数控国家工程研究中心，是数控系统研究开发和工程化的国家工程中心。该中心研制成功我国第一台高档数控系统蓝天一号;解决了我国高档数控系统从无到有的问题;“八五”期间，该中心承担并完成了5项高档数控系统的国家攻关项目、两项中科院重大项目，前后形成了蓝天(LT)数控产品4个系列13种型号。
　　该中心蓝天高档数控取得了许多国内第一：是我国第一台高档数控系统;取得了我国第一个高档数控软件版权;装备了我国第一台五轴联动加工中心;五轴联动加工出我国第一个高档叶轮;装备了我国第一台双过程曲轴铣床;装备了我国第一台非球面光学镜片加工中心;是我国第一个批量出口的高档数控系统。
　　几年来，数控中心以蓝天系列数控系统为主，采用多种数控技术，成功地改造了机床与生产线近20项;以先进数控技术为机床和生产线的数控化改造做了大量的工作，解决了数控化改造的一些共性问题，取得了显著的经济效益和社会效益。
0 X: D7 M' E) E6 I. `, |　　例如使用蓝天数控系统，1992年开始，在铁道部天津机车车辆机械厂改造了2台生产增压器叶轮的专用数控机床;1993年、1995年在鞍山无缝钢管厂分别改造石油管生产线中的2台数控机床;1994年开始陆续为航空总公司沈阳黎明发动机制造公司改造4台数控机床和加工中心;1995年开始，为鞍山高压容器厂改造两条旋压器收口机生产线。以上改造的设备，有的已运行7年，至今仍正常运转，深受用户好评。另外，使用蓝天数控和其它系统，还成功地为一汽集团汽车生产线改造了8台数控机床。其中典型的改造实例如下。
. P* C- v7 V/ e$ G" m7 ]　　鞍山无缝钢管厂石油管生产线的数控改造
　　该车间用数控车床加工石油钻井用石油钢管衔接螺纹，其形状特殊，加工精度和重复精度要求高。该机床的原装数控系统是美国GE公司的550NC系统。由于年久失修，常出故障，没有资料和备件，厂里技术力量解决不了问题，机床处于停产状态。我们采用国家“八五”攻关最新成果和先进的双过程四轴联动共用Z轴技术，替代了较落后的GE 550NC系统，恢复了生产，提高了自动化程度。该车间先后改造了2台车丝机床，改造装备费投资44万元，年新增产值为2160万元，新增利税162万元。
　　沈阳黎明发动机制造公司的数控改造
5 w! h6 U+ e1 Y: v- O2 x　　中国航空工业总公司沈阳黎明发动机制造公司使用蓝天高档数控系统，先后为该公司数控中心改造了4台进口数控机床和加工中心。这些数控机床引进年代较早，原先的数控系统年久失修，功能不够，故障频出，不能适应生产要求。由于购置新机床费用太高，而这些数控机床主机仍有使用价值，所以我们以最新技术成果重点改造了数控系统及其相关的控制部件。结果恢复了生产，提高了产品质量，提高了产值与效益。
( h" R% y+ G  ?5 D& U9 Q　　改造了70年代由法国进口的TFM160N大型立式车床(价值300万人民币)的数控系统，重新配备电气线路。改造后该机床加工美国某飞机发动机部件，产值达400万美元，而改造投资仅有16万元。还改造了英国进口的数控铣床200C(价值100多万元)和德国进口的数控车床V800(价值100多万元)。更新改造了国外进口的BMC—10B(5)五坐标加工中心(为二手货，其价值400多万元)的控制系统。采用先进的蓝天高档数控系统更新改造，改造后的机床具有90年代国际先进技术性能：五轴联动，六轴伺服控制、强力切削、全闭环大行程快速进给、ATC控制;链式刀库容量60把刀，随机换刀;三位双托盘任意交换，工作台面1000mm×1000mm，工作台翻转轴(A轴)同步控制;采用对称齿轮传动结构，双伺服系统(A1和A2轴)由数控同步控制，工作台翻转力量大;温度补偿，主轴和立柱间温差补偿，确保高精度加工需要;该项改造费为53万元。
3 |& r) `8 _) |  A　　鞍山高压容器厂自动生产线的数控改造
　　鞍山高压容器厂有两条高压气瓶生产线，其中一条是1986年花300多万美元由美国进口的二手生产线，另一条是国产生产线。进口生产线由于先天不足等原因，多年处于瘫痪状态。我中心承担该生产线关键收口机的改造任务，以蓝天8530高档数控系统、伺服驱动系统和闭环控制技术改造了原先较落后、故障百出的可编程控制器系统、步进驱动系统和开环控制。短短3个月，不仅改造了收口机，恢复了生产，提高了自动化水平，而且生产的产品通过了美国权威的DOT质量认证，取得了免检的信誉，美商要包销该产品。然后，又着手以PLC技术改造了Salem热处理炉控制，使该生产线的两大难题都得到圆满的解决。改造后的生产线年产可达10万只，每只瓶75美元，年产值可达750万美元，相当6000万元人民币。而这两项改造仅投资40万人民币，但盘活了几千万元的资产。
　　“八五”攻关的数控成果不仅修复、改造一条停产的生产线，而且还救活一个濒临破产的企业。该项目受到辽宁省省长、鞍山市市长等领导同志的高度赞扬，鞍山市科委领导专程到沈阳计算所，特别嘉奖课题有功人员人民币10万元。目前又用蓝天8530高档数控系统改造另一条国产高压气瓶生产线。
　　4技改面临的问题和建议
　　技术改造在有些单位不受重视，认为修修补补不成大气，有了资金就上新的项目，买新设备开新线。另外，对旧的设备、国产的设备、国产的系统、国内技术信心不足，看不起。
$ a1 }$ i; S% h+ |! ]3 _) M' p8 N　　有些单位看不起国内技术。如果请外国人来维修设备，从国外上飞机起，每小时十几美元花费，加上来往的机票、住宿，几天时间就要花上万元。这样大的开销其认为正常，可以接受。但是同样的服务，中国人就要不出同样的价格。即便以外国人价格的几分之一达成协议，但干完活以后要钱也是很困难，这样就制约了技改以及国内设备、国内技术的发展。
+ `3 O% ]. N( C+ j: Z$ E% J　　技术改造市场还没有统一规范，有改造任务的单位，不知到那里去找人;有的人不知到那里去找活。技改服务没有明确的服务标准，参与技改的队伍参差不齐。有的几个人临时拉起队伍干活，活完以后就散伙，用户得不到后续的技术支撑和保障。
9 u2 P4 ]% U# ], n% C7 ~4 X" }2 V　　建议由有关部门规划、规范技术改造市场和服务标准，成立一些专业化的改造队伍。建议各行业部门建立、建全技术改造项目招标投标制度，制定相应的政策法规，开辟技改的资金渠道，使技改纳入正常健康的发展轨道。运用计算机网络技术，建立国内数控技术资源库和需要改造的故障设备库。营造公开、公正、公平合理、高效快捷的技术改造市场。
　　5结束语
$ O& b/ k, @& k, r7 F; E* f　　据不完全统计，我国从70年代起便已开始用电子技术来改造旧机床。根据对全国320家大中型企业统计，近10年来各自采用电子技术改造的旧机床约有1万台，其中车床4700多台、铣床近500台、镗床2000余台、磨床1700台、其它类型机床800多台。这说明我国已有了一支机床改造的队伍，积累了一定的实践经验，这对推动和发展以数控技术为中心的改造业无疑是十分有利的。
  w8 D" t0 I- I+ J　　辽宁省是我国的老工业基地，沈阳市号称中国的机床之乡，需要更新改造的设备很多。据省有关部门规划，“九五”期间辽宁省将改造数控机床大约5000台，更新建设各类自动生产线200条，更新改造的市场是很宽阔的。【MechNet】
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