高端機(jī)床再制造的探索與實(shí)踐

■ 中車戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213011） 蔡正平

我公司自20世紀(jì)80、90年代以來，陸續(xù)從國外引進(jìn)了一批高精密和重型大型機(jī)床，這些機(jī)床對(duì)公司主產(chǎn)品關(guān)鍵零部件加工起決定性作用，并且具有產(chǎn)品加工工藝不可替代的特點(diǎn)，該批設(shè)備隨著使用日久和壽命周期的逐步接近陸續(xù)進(jìn)入技術(shù)狀況加速劣化周期，部分設(shè)備其性能和精度已不能滿足產(chǎn)品加工的要求，對(duì)于這類設(shè)備，以往一般采用檢修、大修和改造后降級(jí)使用，并逐步實(shí)施更新的模式，但在當(dāng)前我公司主產(chǎn)品以多品種、小批量為主的情況下，這種模式很難適應(yīng)生產(chǎn)需要，且投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)性較差。如何使技術(shù)已劣化的高精密和重型大型機(jī)床恢復(fù)性能精度，滿足產(chǎn)品加工需要，并具備新的機(jī)床壽命周期，成為我公司探索和研究的一項(xiàng)重要課題。

現(xiàn)就德國產(chǎn)重型數(shù)控機(jī)體龍門加工中心再制造工程的探索與實(shí)踐過程進(jìn)行闡述。

1. 機(jī)床再制造可行性探索分析

（1）機(jī)床失效形式對(duì)機(jī)床再制造可行性有指導(dǎo)意義。高精密、大型及數(shù)控機(jī)床隨著役齡的增加，其機(jī)床失效形式主要體現(xiàn)為技術(shù)失效和物理失效。通常所說的機(jī)床技術(shù)失效，即由機(jī)床的無形磨損決定的，是從全新狀態(tài)開始使用，因技術(shù)逐步落后而導(dǎo)致無法適應(yīng)產(chǎn)品加工工藝需要的一種失效形式。機(jī)床物理失效，即由機(jī)床的有形磨損所決定的，是從全新狀態(tài)開始使用，產(chǎn)生有形磨損，造成機(jī)床性能逐漸老化、精度逐漸劣化而損壞的一種失效形式。

（2）失效機(jī)床的恢復(fù)方式對(duì)機(jī)床再制造可行性提供了判斷依據(jù)。高精密、大型及數(shù)控機(jī)床往往承擔(dān)企業(yè)主產(chǎn)品關(guān)鍵工序加工，一般具有不可替代的作用，這類機(jī)床具有技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高和自動(dòng)化程度高的顯著特點(diǎn)，雖數(shù)量占比低，但平均單價(jià)極高，對(duì)性能改造、技術(shù)升級(jí)或再制造及技術(shù)附加值高低、自動(dòng)化水平所決定的。

（3）機(jī)床技術(shù)附加值高低是判斷機(jī)床再制造可行性的基礎(chǔ)。由于各機(jī)床制造廠機(jī)床產(chǎn)品的品牌價(jià)值、技術(shù)附加值的不同造成市場價(jià)值有極大的差異。大型及數(shù)控機(jī)床其技術(shù)含量、技術(shù)附加值和品牌價(jià)值相對(duì)較高，從而使該類機(jī)床市場溢價(jià)較高，因此，機(jī)床產(chǎn)品再制造的可行性程度就大。

（4）機(jī)床再制造的經(jīng)濟(jì)性是判斷機(jī)床再制造可行性的關(guān)鍵性因素。該機(jī)床1991年投用，當(dāng)時(shí)購置費(fèi)為1 750萬元，如現(xiàn)購置一臺(tái)同制造商、同型號(hào)和同規(guī)格的新機(jī)床需5 500萬元左右，因此，充分利用國內(nèi)制造成本、技術(shù)資源成本、人才資源成本較低和原有機(jī)床品牌價(jià)值和技術(shù)附加值高的因素，對(duì)該機(jī)床實(shí)施再制造，則經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

2.制定機(jī)床再制造總體實(shí)施方案

實(shí)施機(jī)床再制造，首先須確定再制造質(zhì)量目標(biāo)，其次須掌握和了解該機(jī)床的功能失效特征和數(shù)據(jù)、零部件性能退化的特征和數(shù)據(jù)。

（1）機(jī)床再制造質(zhì)量目標(biāo)?；謴?fù)或提升整體性能，恢復(fù)或擴(kuò)展整體功能，達(dá)到整體出廠檢驗(yàn)精度，達(dá)到新的使用壽命周期。

（2）充分掌握機(jī)床原有技術(shù)狀況。匯總機(jī)床之前3年高頻率故障發(fā)生項(xiàng)點(diǎn)和當(dāng)時(shí)故障排除的方法和措施，分析判斷機(jī)床零部件失效特征，如工作臺(tái)運(yùn)行爬行嚴(yán)重，經(jīng)檢測(cè)確定床身蛇形變形，導(dǎo)軌、X軸蝸桿/蝸母條有較嚴(yán)重磨損，整機(jī)機(jī)床精度下降嚴(yán)重，工作臺(tái)導(dǎo)軌面、壓板靜壓區(qū)面已經(jīng)部分受損。

對(duì)整機(jī)動(dòng)態(tài)精度、靜態(tài)精度、附件銑頭精度及其他所有精度項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)并記錄，與機(jī)床原出廠交驗(yàn)精度進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)，對(duì)之前3年加工的柴油機(jī)機(jī)體168件作為采樣樣本，并對(duì)樣本組的8個(gè)關(guān)鍵加工精度項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行采樣匯總，應(yīng)用minitab統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)8個(gè)關(guān)鍵加工精度項(xiàng)點(diǎn)的一致性、離散性和趨勢(shì)性進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和正態(tài)性檢驗(yàn)評(píng)估，如柴油機(jī)機(jī)體主軸孔同軸度和孔與孔位置度精度嚴(yán)重超差，且有加速劣化的趨勢(shì)，并經(jīng)檢測(cè)確定Y軸橫梁導(dǎo)軌變形磨損嚴(yán)重，導(dǎo)軌上部的卸荷導(dǎo)軌面磨損嚴(yán)重，靜壓浮起量幾乎為0，Y向進(jìn)給系統(tǒng)有噪聲，Y、Z和W軸滾珠絲杠有明顯磨損和剝離點(diǎn)，8個(gè)附件銑頭中有6個(gè)銑頭精度喪失，主軸錐孔磕碰劃傷嚴(yán)重，卸油回路失效，強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)失效，主軸軸承磨損嚴(yán)重。

對(duì)機(jī)床進(jìn)行拆解，并對(duì)所有大部件、零部件以及靜壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和輔助配套系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確定失效或預(yù)計(jì)失效的零部件及相關(guān)數(shù)據(jù)，為確定零部件的更換或保留提供技術(shù)依據(jù)。

（3）制定機(jī)床再制造實(shí)施方案。對(duì)整機(jī)和所有附件銑頭的現(xiàn)有動(dòng)靜態(tài)精度及功能進(jìn)行全面檢查和檢測(cè)，并書面記錄。

基于已磨損或功能失效和可預(yù)期時(shí)間內(nèi)有可能失效的所有零配件均需更換的原則，詳細(xì)列出更換件清單，包括電器系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、靜壓系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等，明確規(guī)格、型號(hào)、品牌及制造廠，并組織采購，同時(shí)掌握長周期供貨配件。由于鑄造件經(jīng)過長期自然時(shí)效，其殘留應(yīng)力釋放更加充分，整修后精度穩(wěn)定性更好，故確定保留所有鑄造件。

組織對(duì)機(jī)床進(jìn)行全面拆解，對(duì)工作臺(tái)、床身、升降橫梁、滑枕和主軸、溜板以及所有導(dǎo)軌面、結(jié)合面、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及附件銑頭等進(jìn)行檢查和檢測(cè)，并書面記錄，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，制定所有基礎(chǔ)大部件的加工精度、刮研精度和結(jié)合面的結(jié)合精度，同時(shí)按拆解→檢測(cè)→整修→安裝→調(diào)試的整個(gè)流程編制《機(jī)床再制造整修工藝過程卡片》。

依據(jù)功能提升的目標(biāo)，如主軸中心出水壓力由0.1Mpa提升為0.3Mpa；滑枕拉刀油缸、拉附件頭油缸及附件頭調(diào)掃刀油缸及整體液壓系統(tǒng)進(jìn)行功能整合集成改造；附件頭拉頭機(jī)構(gòu)將老式旋轉(zhuǎn)T型拉釘結(jié)構(gòu)改為碟簧、液壓雙重拉緊液壓松開的卡爪結(jié)構(gòu)；橫梁調(diào)平裝置原采用模擬機(jī)械調(diào)整橫梁平衡結(jié)構(gòu)，改為采用數(shù)字編碼器控制調(diào)整等技術(shù)改造方案。

按照機(jī)床技術(shù)準(zhǔn)備→拆解→檢測(cè)→整修→裝配→安裝→調(diào)試→加工工藝驗(yàn)證的再制造整個(gè)流程編制機(jī)床再制造工程進(jìn)度計(jì)劃表，按周為時(shí)間節(jié)點(diǎn)確定每周的工作內(nèi)容及要求。

3. 分析該機(jī)床再制造技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

要實(shí)現(xiàn)機(jī)床再制造的質(zhì)量目標(biāo)，需確定影響實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵性技術(shù)難點(diǎn)以及制定切實(shí)可行的解決措施。

（1）X軸靜壓蝸桿蝸母條是該機(jī)床最重要的部件之一，對(duì)表面磨損和部分剝離的修復(fù)并恢復(fù)到原有狀態(tài)在國內(nèi)一直以來沒有很成熟的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)制造的產(chǎn)品的質(zhì)量水平與進(jìn)口件亦有一定的差距，我們與該部件國外原制造廠聯(lián)系，如采購整套進(jìn)口件，其費(fèi)用約需35萬歐元左右，且交貨期須12個(gè)月，這是我們無法接受的。因此，我們通過大量查閱資料，咨詢國內(nèi)外主要機(jī)床廠的專家，結(jié)合我們的判斷，制訂了利用蝸桿蝸母兩頭無磨損的部分拓模制作模型，以該模具為基準(zhǔn)刮研蝸桿蝸母條副，達(dá)到規(guī)定的法向間隙精度標(biāo)準(zhǔn)的修復(fù)方案，實(shí)施后完全達(dá)到精度要求和功能要求。

（2）Y軸橫梁動(dòng)載調(diào)平裝置原采用模擬機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整橫梁動(dòng)載平衡，該套裝置已失效10年以上，導(dǎo)致加工產(chǎn)品須通過補(bǔ)償修調(diào)進(jìn)行，且精度不穩(wěn)定，經(jīng)過查閱資料、分析原理，制訂了采用數(shù)字編碼器控制達(dá)到橫梁動(dòng)載精度穩(wěn)定的改造方案，最終徹底恢復(fù)了橫梁動(dòng)載平衡功能，保證橫梁動(dòng)載精度的穩(wěn)定。

（3）機(jī)床主軸附件銑頭拉緊系統(tǒng)是該設(shè)備頻繁發(fā)生故障的部位，由于該設(shè)備是原制造廠的早期產(chǎn)品，故每次發(fā)生故障均須全套進(jìn)口更換，且費(fèi)用高、周期長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為此，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造加工，改造為碟簧、液壓雙重拉緊液壓松開的拉爪式結(jié)構(gòu)的方案，該方案實(shí)施后提高機(jī)床附件銑頭拉緊動(dòng)作的準(zhǔn)確性和工作的可靠穩(wěn)定性，提高維修的便利性，經(jīng)過兩年多的使用，效果非常明顯。

（4）機(jī)床失效關(guān)鍵件的替代是決定再制造工程是否能成功的決定性因素，由于國外制造廠考慮知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)保密。因此，既要更換失效和預(yù)計(jì)失效的零部件又要對(duì)改造部分的零部件替換進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，且最終要達(dá)到和優(yōu)于原制造廠性能水平和出廠精度標(biāo)準(zhǔn)，如8個(gè)附件銑頭主軸和主軸軸承進(jìn)行配置檢查平衡精度和配置組裝，最終保證附件銑頭的精度和穩(wěn)定可靠。

（5）建立項(xiàng)目創(chuàng)新管理模式，嚴(yán)格過程質(zhì)量控制。為保證再制造達(dá)到理想的質(zhì)量目標(biāo)，我們創(chuàng)新性編制了共計(jì)24項(xiàng)28頁的《機(jī)床再制造整修工藝過程卡片》，明確檢查、修理責(zé)任人和切實(shí)有效的落實(shí)各項(xiàng)工作，并對(duì)過程由專家團(tuán)隊(duì)做好監(jiān)控，采用《機(jī)床再制造整修工藝過程卡片》這一管理方式在行業(yè)中具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性。

機(jī)床再制造整機(jī)（動(dòng)態(tài)）精度對(duì)比表

4. 機(jī)床再制造實(shí)施完成后的效果

（1）機(jī)床達(dá)到和優(yōu)于原機(jī)床制造廠出廠驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并基本達(dá)到機(jī)床原出廠交驗(yàn)實(shí)測(cè)精度（見附表），這在我公司尚屬首次，在國內(nèi)同時(shí)期進(jìn)口的同類型機(jī)床亦是重大突破，為我公司大型精密進(jìn)口設(shè)備精度提升和性能恢復(fù)提供了一個(gè)成功的范例，同時(shí)為公司大型精密設(shè)備的再制造積累了經(jīng)驗(yàn)。

（2）恢復(fù)和提升了機(jī)床中心出水、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及橫梁平衡系統(tǒng)等裝置的性能，成功實(shí)現(xiàn)機(jī)體精加工的目標(biāo)，同時(shí)，解決了公司柴油機(jī)機(jī)體精加工的瓶頸。

（3）投入使用近3年時(shí)間，承擔(dān)各型新造機(jī)體、修理機(jī)車柴油機(jī)機(jī)體精加工約385臺(tái)，合格率為100%，產(chǎn)品加工質(zhì)量可靠，精度穩(wěn)定，主軸孔孔徑等關(guān)鍵產(chǎn)品精度項(xiàng)點(diǎn)過程能力指數(shù)Cpk由1.16提升至1.36，提升近20%。設(shè)備故障停機(jī)率比之前大幅降低50%以上。

（4）該機(jī)床再制造全過程的相關(guān)制造費(fèi)用、外購件費(fèi)用、人工費(fèi)用及外單位協(xié)作費(fèi)用的總費(fèi)用共計(jì)436萬元，只占到當(dāng)前新購置同制造商、同型號(hào)規(guī)格和功能基本相同機(jī)床供貨價(jià)格的8%左右，為公司提供了1臺(tái)具有新的壽命周期加工母機(jī)，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，更重要的是培養(yǎng)一批機(jī)床再制造專業(yè)化人才。

5. 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)機(jī)床再制造目標(biāo)的方法有各種各樣，并沒有固定的模板，也不是一成不變的，需要不斷的探索和實(shí)踐，但在保證機(jī)床再制造經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)床再制造的質(zhì)量目標(biāo)是再制造工程不變的宗旨。從中也可以看到，針對(duì)高精密、大型及數(shù)控機(jī)床的再制造工程是作為機(jī)床直接用戶期盼和急需的，也是大有市場的，因此，我們認(rèn)為機(jī)床再制造只有適應(yīng)市場的需要并且為市場用戶所接受，才是機(jī)床再制造工程可持續(xù)發(fā)展的真正突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟少農(nóng)．機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996．