論普通外圓磨床數(shù)字化改造技術(shù)

劉振明

摘 要：本文以普通外圓磨床數(shù)字化改造為例，論證了將普通機(jī)床改成數(shù)控機(jī)床，為中國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了非常重要的一種思路和方法，提出了中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)換代是去產(chǎn)能化的主要方法之一，機(jī)床再制造屬于國(guó)家目前大力提倡和支持的再制造產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。

關(guān)鍵詞：普通外圓磨床；數(shù)字化改造；升級(jí)換代；機(jī)床再制造

中圖分類(lèi)號(hào)： TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）34-155-2

1 數(shù)字化改造現(xiàn)狀

當(dāng)前中國(guó)制造業(yè)正處于產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，急切需要進(jìn)行去產(chǎn)能化的階段。如何去產(chǎn)能化？產(chǎn)品的升級(jí)換代是去產(chǎn)能化的主要方法之一。我國(guó)制造業(yè)設(shè)備目前比較雜，傳統(tǒng)的普通機(jī)床占據(jù)了大量的市場(chǎng)，占用了企業(yè)相當(dāng)多的資金，且很大一部分普通機(jī)床使用壽命將至，加工精度也很難滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。而購(gòu)置數(shù)控加工設(shè)備又沒(méi)有足夠的資金，普通機(jī)床也不好處理。把普通機(jī)床改成數(shù)控機(jī)床，屬于國(guó)家目前大力提倡和支持的再制造產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，具有很高的推廣意義和應(yīng)用前景。

2 數(shù)字化改造意義

普通機(jī)床數(shù)字化改造的優(yōu)勢(shì)主要有：

①普通機(jī)床對(duì)操作工的技能要求相當(dāng)嚴(yán)，沒(méi)有相應(yīng)的技能，無(wú)法加工出合格的產(chǎn)品。但數(shù)控加工設(shè)備不同，對(duì)操作工的技能要求比普通機(jī)床要低得多，企業(yè)的發(fā)展不會(huì)因操作工的技能受到影響。

②普通機(jī)床的操作，操作工只能做到單人單機(jī)，但數(shù)控機(jī)床卻可以做到一人多機(jī)，隨著人工成本所占比重越來(lái)越大，數(shù)控機(jī)床的使用可有效減少企業(yè)成本，對(duì)企業(yè)效益的提升及盈利水平的增加具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

③數(shù)控機(jī)床價(jià)格較普通機(jī)床貴，加之當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不好，企業(yè)不敢也沒(méi)資金去大批量采購(gòu)數(shù)控機(jī)床。但如果只是投入少量的資金，就能將普通機(jī)床改成數(shù)控機(jī)床，同時(shí)又有效延長(zhǎng)了機(jī)床的使用壽命，降低了企業(yè)的設(shè)備采購(gòu)成本，減少了企業(yè)的固定資產(chǎn)投資，多數(shù)企業(yè)愿意采用。

④把普通機(jī)床改成數(shù)控機(jī)床，機(jī)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(duì)原有鑄件進(jìn)行升級(jí)改造，增加數(shù)控部分及傳動(dòng)部分等，機(jī)床不僅能恢復(fù)甚至超越以前的精度，而且機(jī)床本體的使用年限得到了有效延長(zhǎng)，能源也得到了節(jié)約，對(duì)國(guó)家制造業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型也提供了極大的支持。

3 數(shù)字化改造內(nèi)容

外圓磨床是機(jī)械加工設(shè)備中使用頻率較高及市場(chǎng)保有量較大的設(shè)備，屬于精密加工用設(shè)備，機(jī)床自身精度非常高，改造要求非常嚴(yán)，參與改造的機(jī)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(lǐng)市場(chǎng)，并給企業(yè)帶來(lái)豐厚的利潤(rùn)。因此，我們特意選取普通外圓磨床數(shù)字化改造作為我們的研發(fā)方向，并取得的非常好的效果。

我們以一臺(tái)ME1320普通外圓磨床為例，進(jìn)行數(shù)字化改造，改造內(nèi)容如下：

3.1 拆解機(jī)床

①工作臺(tái)部分：將頭架、尾架、上工作臺(tái)、下工作臺(tái)拆下來(lái)，按部位分類(lèi)放好；

②砂輪架部分：將砂輪架、滑臺(tái)拆下來(lái)，砂輪架按部位分類(lèi)放好，滑臺(tái)分開(kāi)放置；

③進(jìn)給及油壓部分：將床身上的所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及手柄、油管、油缸、油壓站等全部拆除，放入廢品區(qū)。

3.2 重新測(cè)繪并設(shè)計(jì)機(jī)床

①測(cè)繪床身與下工作臺(tái)結(jié)合部位尺寸，重新設(shè)計(jì)Z軸滾珠絲桿及傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)以及與床身、下工作臺(tái)的安裝方式。Z軸導(dǎo)軌仍然采用原有的導(dǎo)軌運(yùn)行方式（一V一平型）；

②測(cè)繪砂輪架滑臺(tái)的高度，并根據(jù)滑臺(tái)與砂輪架及床身的結(jié)合部位尺寸及機(jī)床行程及加工范圍，重新設(shè)計(jì)砂輪架滑臺(tái)?；_(tái)裝配有直線導(dǎo)軌和滾珠絲桿，保證機(jī)床運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性及精度；

③重新設(shè)計(jì)X軸和Z軸的內(nèi)防護(hù)罩，盡量防止磨削液及磨屑進(jìn)入導(dǎo)軌和滾珠絲桿，影響機(jī)床的精度及壽命；

④重新設(shè)計(jì)導(dǎo)軌及滾珠絲桿的潤(rùn)滑方式。直線導(dǎo)軌和滾珠絲桿專(zhuān)門(mén)增加一臺(tái)3L自動(dòng)潤(rùn)滑油泵，設(shè)計(jì)加油時(shí)間為每30分鐘打油一次，每次打油5-8秒。Z軸導(dǎo)軌增加一臺(tái)40W連續(xù)潤(rùn)滑油泵，不間斷對(duì)導(dǎo)軌加油；

⑤重新設(shè)計(jì)機(jī)床外防護(hù)，防止切削液流出或飛濺。

3.3 X軸滑臺(tái)重新加工裝配

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙重新翻砂鑄造X軸滑臺(tái)各零件，加工時(shí)鑄件要求二次時(shí)效，盡量減少鑄件的變形量；

②裝配兩根直線導(dǎo)軌，保證上母線和側(cè)母線在0.005mm以?xún)?nèi)，主導(dǎo)軌和副導(dǎo)軌的平行度在0.005mm以?xún)?nèi)；

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

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

⑤鏟刮絲桿螺母與螺母座的貼合面，保證貼合部位達(dá)到要求；

⑥裝好滑臺(tái)上的潤(rùn)滑油路，并調(diào)整油路分配器，保證四個(gè)導(dǎo)軌滑塊及滾珠絲桿上的螺母油量均勻，并在油路分配器進(jìn)油口接好一根預(yù)留到自動(dòng)潤(rùn)滑油泵的油管；

⑦裝配好內(nèi)防護(hù)罩。

3.4 Z軸導(dǎo)軌及工作臺(tái)修復(fù)

①將床身內(nèi)外全部清洗干凈，檢查Z軸導(dǎo)軌磨損情況，精磨機(jī)床導(dǎo)軌。精確校正機(jī)床導(dǎo)軌的上母線及側(cè)母線后，精加工Z軸連接件的結(jié)合部位尺寸。

②清洗下工作臺(tái)后，精磨導(dǎo)軌面，用藍(lán)丹檢查與床身導(dǎo)軌的貼合情況，并鏟刮下工作臺(tái)的導(dǎo)軌面，保證與床身導(dǎo)軌面貼合到位，同時(shí)下工作臺(tái)上平面的平行度不超過(guò)0.02mm。用大理石平尺檢查下工作臺(tái)運(yùn)行的上母線和側(cè)母線，滿(mǎn)行程不超過(guò)0.01mm。

③清洗上工作臺(tái)，并精磨工作臺(tái)面及側(cè)向基準(zhǔn)后，研磨鏟刮與下工作臺(tái)的貼合面，檢測(cè)工作臺(tái)平行度不超過(guò)0.01mm。

④將Z軸電機(jī)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(guò)0.01mm，地抬頭不超過(guò)0.01mm，與V軌及平軌的平行度不超過(guò)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(dá)到要求。

⑥床身導(dǎo)軌部位重新疏通油路，并將油路連接至連續(xù)潤(rùn)滑油泵。

⑦Z軸絲桿部位用尼龍油管接通，預(yù)留接到自動(dòng)潤(rùn)滑油泵的長(zhǎng)度。

⑧裝配好內(nèi)防護(hù)罩。

3.5 砂輪架的維修

①拆解砂輪架，按部位分類(lèi)擺放；

②將砂輪架內(nèi)的主軸潤(rùn)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(dòng)是否在公差范圍內(nèi)，并進(jìn)行修復(fù)；

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(diào)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(lèi)擺放；②更換所有軸承及皮帶；③重新檢查并修復(fù)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(lèi)擺放；②絎磨尾架套筒內(nèi)孔，保證內(nèi)孔的圓度及圓柱度達(dá)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(dòng)滿(mǎn)足要求；④修復(fù)拉桿，并重新裝配尾架。

3.8 裝配并調(diào)整砂輪架滑臺(tái)

①鏟刮砂輪架滑臺(tái)底面與床身貼合部位，保證滑臺(tái)面與工作臺(tái)在X方向及Z方向的平行度；②用大理石方尺檢查并調(diào)整滑臺(tái)與Z軸的垂直度，300mm內(nèi)不超過(guò)0.005mm；③鎖緊滑臺(tái)。

3.9 鏟刮三架

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

3.10 裝配潤(rùn)滑油路

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

3.11 電氣安裝

①重新設(shè)計(jì)電氣柜及數(shù)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(tái)伺服電機(jī)安裝在電機(jī)座上，并用聯(lián)軸器與滾珠絲桿連接并固定；④接好伺服電機(jī)的接頭，并將潤(rùn)滑油泵及水泵、工作燈、砂輪架電機(jī)、頭架電機(jī)等接入電氣柜內(nèi)；⑤開(kāi)機(jī)試運(yùn)行系統(tǒng)，并進(jìn)行電路調(diào)試。

3.12 外圍設(shè)備安裝

①將水箱擺放到位；②將外防護(hù)罩安裝到位。

3.13 設(shè)備試運(yùn)行

①重新檢查機(jī)床的幾何精度，并用錐銷(xiāo)固定滑臺(tái)與床身的位置；②用激光干涉儀檢查并調(diào)整機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度、反向間隙，達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；③檢查并調(diào)整砂輪架靜止?fàn)顟B(tài)及運(yùn)行狀態(tài)下的精度；④檢查砂輪架運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；⑤檢查尾架伸縮是否自如并自動(dòng)回位；⑥檢查水泵運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；⑦檢查自動(dòng)潤(rùn)滑油泵及連續(xù)潤(rùn)滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；⑧砂輪校正靜平衡后，裝入砂輪架，檢查砂輪架運(yùn)行是否正常，有無(wú)振動(dòng)；⑨編制試運(yùn)行程序，看機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；⑩裝入試制工件，看加工是否正常，并檢查產(chǎn)品的一致性。

3.14 機(jī)床的主要配置

在外圓磨床數(shù)控化改造過(guò)程中，我們秉承在保證機(jī)床精度及可靠性的前提下，盡量降低客戶(hù)的改造費(fèi)用及后續(xù)維護(hù)成本，選用了不少的國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌。

主要配置如下：

①數(shù)控系統(tǒng)：廣數(shù)980GEa磨床系統(tǒng)或華中數(shù)控180XP；②低壓元器件：正泰；③直線導(dǎo)軌：南京工藝；④滾珠絲桿：南京工藝；⑤潤(rùn)滑系統(tǒng)：深圳寶騰；⑥滾珠絲桿軸承：NSK（日本）。

4 數(shù)字化改造效果

在機(jī)床改造完成并經(jīng)客戶(hù)實(shí)際使用后，客戶(hù)反應(yīng)如下：

①精度要求：在不使用主動(dòng)測(cè)量?jī)x的情況下，尺寸一致性相當(dāng)好，不存在尺寸經(jīng)常超差的情況，即使客戶(hù)要求的尺寸公差在0.005mm內(nèi)，也能非常容易滿(mǎn)足；②生產(chǎn)效率：客戶(hù)以前單人單機(jī)生產(chǎn)，單班產(chǎn)量1700件/班，現(xiàn)在為一人兩機(jī)，單班產(chǎn)量3000件/班，較之前提高近1倍；③廢品率：由單人單機(jī)10-20件/班，降低至現(xiàn)在一人兩機(jī)3-5件/班；④生產(chǎn)成本：?jiǎn)T工單件生產(chǎn)成本降低，廢品率降低也直接使生產(chǎn)成本降低；⑤員工收入：在適量調(diào)低單件工時(shí)的基礎(chǔ)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(shí)，員工技能與當(dāng)班產(chǎn)量及廢品率成正比，而且員工培養(yǎng)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)；現(xiàn)在對(duì)員工技能要求大幅度降低，多數(shù)員工在培訓(xùn)一星期左右即可正常上崗，產(chǎn)量和廢品率也在可控范圍內(nèi)。

5 數(shù)字化改造前景

通過(guò)對(duì)普通外圓磨床數(shù)字化改造的情況來(lái)看，生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備投資相對(duì)減少，生產(chǎn)成本明顯降低，企業(yè)在擴(kuò)大規(guī)模和提高產(chǎn)品質(zhì)量方面均有了很大的保證，對(duì)提高企業(yè)的市場(chǎng)生存能力及競(jìng)爭(zhēng)力也有了很大保障。外圓磨床數(shù)字化改造成功，為普通機(jī)床改成數(shù)控機(jī)床起到很好的示范效應(yīng)和很大的推動(dòng)作用，將為中國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供非常重要的一種思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。