簡析大型數(shù)控機(jī)床的再制造

李嵩松

（北京第一機(jī)床廠，北京 101300）

機(jī)床再制造是機(jī)床維修與改造的高級階段。從上 世紀(jì)90年代末開始，我國再制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有10多年的發(fā)展歷程。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，低碳環(huán)保、節(jié)能減排成為全世界的共識，循環(huán)經(jīng)濟(jì)、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(guān)注和期待。

再制造商回收廢舊機(jī)床，評估價值、重新設(shè)計，制造完成后打上“再制造”標(biāo)簽，重新進(jìn)入市場銷售。歐美發(fā)達(dá)國家機(jī)床再制造已成為再制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，具有一定的規(guī)模和市場，形成了較完善的體系。而在我國，舊機(jī)床的再制造仍然需要機(jī)床制造商不斷努力來完善。

1 大型機(jī)床的再制造總述

國內(nèi)很多裝備制造業(yè)企業(yè)都有些20世紀(jì)八九十年代進(jìn)口的大型機(jī)床，這些機(jī)床在當(dāng)時是先進(jìn)的設(shè)備，多年來也一直都是企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，但隨著設(shè)備使用年限增加和現(xiàn)代工業(yè)水平的不斷提高，這些設(shè)備出現(xiàn)了許多問題，通常包括機(jī)床幾何精度降低，液壓系統(tǒng)損壞，原有電氣控制裝置已淘汰，關(guān)鍵零部件和控制板無法采購等問題，嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展，所以對設(shè)備實施再制造是使這些關(guān)鍵設(shè)備煥發(fā)新生的唯一方法。

對于機(jī)床的再制造，可以根據(jù)實際情況分為3類。第一類為較大規(guī)模的機(jī)床再制造，是指通過更換機(jī)床主要功能部件，使原有機(jī)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(jìn)給系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵核心部件。第二類為一般規(guī)模機(jī)床再制造，此類機(jī)床再制造主要包括:①根據(jù)機(jī)床的實際情況，更換主軸電動機(jī)、進(jìn)給電動機(jī)、液壓站等完善機(jī)床已有功能的機(jī)床再制造;②針對機(jī)床實際使用過程中表現(xiàn)出的突出問題進(jìn)行改進(jìn)并增加一些新功能的再制造，如給龍門鏜銑床橫梁進(jìn)給系統(tǒng)增加雙邊電動機(jī)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(guī)模機(jī)床再制造，僅更換一些機(jī)床的常用零件，增加一些簡單的功能，從而達(dá)到完善機(jī)床功能的目的。

2 大型機(jī)床較大規(guī)模的再制造

目前國內(nèi)大部分機(jī)床再制造企業(yè)對大型機(jī)床的再制造還只是通過對電氣改造使得老舊機(jī)床在某些方面得到改善，很少有企業(yè)能夠?qū)C(jī)床進(jìn)行機(jī)械、液壓、電氣全方位的再制造。要想使老舊機(jī)床恢復(fù)使用，就要進(jìn)行全方位的機(jī)床再制造，這樣不僅可以徹底改造機(jī)床，還能夠優(yōu)化原有機(jī)床的一些結(jié)構(gòu)，使其更具先進(jìn)性，優(yōu)越性。

2．1 再制造機(jī)床規(guī)格介紹

如四川德陽市某公司的原裝進(jìn)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(jìn)給速度為12 m/min，Z軸進(jìn)給速度為5 m/min，W軸進(jìn)給速度為8 m/min。該機(jī)床配置西門子880G2數(shù)控及驅(qū)動系統(tǒng)，是一臺重型、精密數(shù)控龍門移動式鏜銑床，具備7軸數(shù)控及5軸聯(lián)動能力，能夠一次裝夾工件實現(xiàn)五面加工，它是該公司加工葉片等大型工件不可替代的關(guān)鍵設(shè)備。

2．2 再制造機(jī)床難點分析

隨著這臺機(jī)床服役年限的增加出現(xiàn)了機(jī)床故障率增加，機(jī)械整機(jī)精度差，定位精度下降，導(dǎo)軌研傷，液壓、電氣備件采購困難等老舊機(jī)床的普遍問題，所以對這臺設(shè)備進(jìn)行再制造勢在必行。

該設(shè)備再制造的難點是機(jī)床原有制造商Schiess公司現(xiàn)已不存在，機(jī)床使用、維護(hù)缺乏有力的技術(shù)支持。尤其是Schiess公司自行開發(fā)的一些技術(shù)及其備件便成為維護(hù)中的難點。

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

再制造時要針對這臺機(jī)床進(jìn)行全面分析。第一，原有機(jī)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(jī)床大部分液壓元件現(xiàn)已淘汰。第三，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)原有機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)為X軸采用雙齒輪齒條副驅(qū)動龍門框架移動，Y軸采用雙齒輪齒條副驅(qū)動溜板移動，進(jìn)給傳動部分均為進(jìn)給電動機(jī)通過齒輪箱驅(qū)動進(jìn)給齒輪運動，W軸、Z軸采用滾珠絲杠副驅(qū)動橫梁和滑枕銑頭運動，由于原有齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪加工精度要求高，隨著機(jī)床使用年限的增加，齒輪、齒條、絲杠、軸承等零件磨損嚴(yán)重，特別是Y軸、Z軸進(jìn)給箱尤為突出。第四，床身、立柱、橫梁的導(dǎo)軌面有研傷。第五，此臺數(shù)控機(jī)床為上世紀(jì)90年代生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床，所用的數(shù)控系統(tǒng)已淘汰。

2．3 確定機(jī)床再制造方案并實施

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

尤其設(shè)計此臺再制造機(jī)床的核心功能部件組是此次再制造的重點，由于原有機(jī)床為五坐標(biāo)聯(lián)動機(jī)床，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且進(jìn)行機(jī)床再制造不能減少原有機(jī)床功能，所以采用了技術(shù)嫁接的方法，參考德國科堡公司M2系列C軸連續(xù)回轉(zhuǎn)滑枕銑頭和B軸連續(xù)運動擺角銑頭的技術(shù)，重新設(shè)計了再制造所用的滑枕銑頭和附件銑頭，同時配套設(shè)計了溜板和Z軸進(jìn)給箱。針對原有機(jī)床Y軸進(jìn)給箱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜雙齒輪傳動消隙功能實現(xiàn)困難等問題，采用阿爾法行星齒輪減速機(jī)代替原有復(fù)雜的齒輪箱，同時應(yīng)用雙電動機(jī)消隙的方法來代替原有機(jī)械消隙。X向進(jìn)給系統(tǒng)更換齒條，W向進(jìn)給系統(tǒng)更換滾珠絲杠，最后根據(jù)新設(shè)計的核心功能部件組對液壓系統(tǒng)的需求和原有機(jī)床的液壓系統(tǒng)，設(shè)計一套符合再制造機(jī)床所需的液壓系統(tǒng)，完成對機(jī)床核心功能部件組的設(shè)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(hù)罩、排屑器等，以保證再制造后的機(jī)床，能全面恢復(fù)使用功能。

2．4 機(jī)床再制造后的效果

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

3 大型機(jī)床的一般規(guī)模再制造

當(dāng)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)較為可靠、功能較為完善、設(shè)備所有方在使用過程中，沒有發(fā)現(xiàn)明顯不足的機(jī)床，只需要進(jìn)行一般規(guī)模的再制造。

3．1 針對機(jī)床常規(guī)問題的機(jī)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(jìn)給速度為10 m/min，Y軸進(jìn)給速度為8 m/min，Z軸進(jìn)給速度為4.5 m/min，W軸進(jìn)給速度為2 m/min。此臺機(jī)床溜板，滑枕，橫梁及X向、Y向，Z向、W向進(jìn)給箱為科堡制造;床身、滑座、立柱、連接梁，操作走臺等由國內(nèi)制造。此設(shè)備為上世紀(jì)80年代末交付用戶使用，至今已使用20余年，設(shè)備出現(xiàn)的主要問題有:數(shù)控系統(tǒng)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(zhuǎn)較好，所以需要設(shè)計的方案為機(jī)床一般規(guī)模再制造。

這臺設(shè)備再制造時要與使用單位協(xié)商，確定改造方案。方案如下:將原有西門子8M數(shù)控系統(tǒng)更換為西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，將原有凱斯勒主軸電動機(jī)更換為西門子主軸電動機(jī)，將原有進(jìn)給電動機(jī)更換為與西門子系統(tǒng)配套的進(jìn)給電動機(jī)。

在更換主軸電動機(jī)和進(jìn)給電動機(jī)時，要對更換的電動機(jī)進(jìn)行必要的核算。但由于原有電機(jī)與相關(guān)箱體的結(jié)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(jī)床更換電動機(jī)。如圖1所示，更換進(jìn)給電動機(jī)時，將過渡箱體2、過渡軸3、軸承4等裝配在進(jìn)給電動機(jī)1上，軸承4可以選擇免維護(hù)軸承，將組裝好的改造電動機(jī)裝配在相關(guān)進(jìn)給箱上，還要對改造后的進(jìn)給箱進(jìn)行全面的試運轉(zhuǎn)，不能出現(xiàn)異響、振動等不良現(xiàn)象。

針對這臺機(jī)床的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的元件老化、備件難采購等現(xiàn)象，在進(jìn)行再制造時，將原有液壓站進(jìn)行了徹底的更換，選用國內(nèi)便于采購的液壓元件、溫控油箱、電柜空調(diào)等系統(tǒng)輔件，便于今后的維護(hù)或更換。

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

機(jī)床再制造過程中還發(fā)現(xiàn)此臺機(jī)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(xiàn)了損壞，難以修復(fù)，所以采用鋼絲螺紋套鑲嵌進(jìn)行修復(fù)，效果很好。通過機(jī)床再制造，這臺已使用20余年的老設(shè)備全面滿足了用戶的使用要求，用戶對再制造后的機(jī)床非常滿意。

3．2 針對機(jī)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(jī)床，出現(xiàn)問題主要為再制造機(jī)床常見問題，其中液壓系統(tǒng)部分問題較為突出，由于此臺機(jī)床X、Y向?qū)к墳殪o壓導(dǎo)軌，原有機(jī)床總液壓站為單一液壓站。使用的是單通道油溫控制機(jī)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(huán)境溫度變化大的靜壓導(dǎo)軌、靜壓蝸桿等開式液壓系統(tǒng)所用油品，與機(jī)床其他閉式液壓系統(tǒng)所用油品相混合;第二，油溫控制機(jī)無法準(zhǔn)確控制液壓系統(tǒng)的溫度;第三，濾油器過濾負(fù)擔(dān)過重等。進(jìn)而造成:第一，機(jī)床閉式液壓系統(tǒng)中液壓元件的損壞;第二，開式系統(tǒng)油溫不穩(wěn)定、靜壓導(dǎo)軌精度下降等一系列液壓系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。所以在機(jī)床再制造時針對這一系列問題進(jìn)行了徹底改造，將原有單一液壓系統(tǒng)改為雙液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。將靜壓導(dǎo)軌、靜壓蝸桿等開式系統(tǒng)所用液壓油，與機(jī)床其他閉式液壓控制系統(tǒng)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(tǒng)單獨過濾、單獨控制溫度，使機(jī)床整體液壓系統(tǒng)更加穩(wěn)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(tǒng)所用油品與機(jī)床其他閉式液壓系統(tǒng)所用油品分開，用戶可根據(jù)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(jī)床較小規(guī)模再制造

機(jī)床較小規(guī)模再制造在一定程度上可以等同于機(jī)床大修，只更換機(jī)床一些常規(guī)的零件，如主軸軸承、進(jìn)給箱軸承、齒輪、相關(guān)密封圈、各向?qū)к壏雷o(hù)罩等，同時根據(jù)用戶現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行一些小規(guī)模的機(jī)械、電氣及機(jī)床所用工裝夾具等的改進(jìn)。

機(jī)械部分改進(jìn)例如為機(jī)床中垂直運動軸增加斷電保護(hù)裝置。一些機(jī)床垂直運動軸雖然選擇了帶有制動器的進(jìn)給電動機(jī)，但在進(jìn)給電動機(jī)樣本中提到電動機(jī)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(fā)生危險，要根據(jù)原有機(jī)床的實際情況增加失電制動器，以保證機(jī)床操作人員、機(jī)床和被加工工件的安全。增加失電制動器要根據(jù)原有機(jī)床的實際情況增加。如圖2所示，原有機(jī)床進(jìn)給電動機(jī)使用方式為IM V19［2］，所以根據(jù)實際情況，在原有進(jìn)給齒輪箱1的電動機(jī)軸頂部增加失電制動2，同時增加制動器防護(hù)罩3。如圖3原有機(jī)床進(jìn)給電機(jī)使用方式為IM V18，所以根據(jù)實際情況，在原有進(jìn)給齒輪箱1的電動機(jī)軸底部增加失電制動器2，同時增加制動器防護(hù)罩3。

再說說電氣控制部分和機(jī)床所用工裝夾具部分的改進(jìn)。例如某公司從荷蘭進(jìn)口二手機(jī)床，需要搬遷并進(jìn)行簡單的改進(jìn)。其中一臺斯柯達(dá)落地鏜銑床的原有設(shè)備有一個回轉(zhuǎn)工作臺，但未在數(shù)控系統(tǒng)中體現(xiàn)，實際生產(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)中。由于此臺搬遷機(jī)床主要用于螺旋槳的加工，屬于曲面加工，機(jī)床為五坐標(biāo)聯(lián)動機(jī)床，所用的螺旋槳夾具已經(jīng)出現(xiàn)損壞，原有夾具為液壓夾具需要配置液壓系統(tǒng)，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(chǎn)準(zhǔn)備時間，減少故障隱患，還使機(jī)床更具先進(jìn)性和可靠性。

5 結(jié)語

隨著節(jié)約資源和綠色制造理念的深入，對大型機(jī)床進(jìn)行再制造是節(jié)約資源的重要途徑之一，生產(chǎn)制造一臺全新大型設(shè)備，機(jī)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(jī)床再制造，企業(yè)原有老舊設(shè)備能夠再次達(dá)到使用要求，起到節(jié)約資金、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率的作用。

［1］機(jī)床設(shè)計編寫組編．機(jī)床設(shè)計手冊第三冊［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986．

［2］德國西門子公司．西門子產(chǎn)品樣本［Z］．2008．