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(yè)制品有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

我國制造業(yè)經過長期的發(fā)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(shù)控系統(tǒng)機床的轉變，使得制造業(yè)產品質量和生產效率大幅度提升。目前，我國常用的傳統(tǒng)機床半數(shù)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(yè)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(wěn)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(chuàng)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(jié)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(jié)省各項成本費用。

2 行業(yè)標準化工作現(xiàn)狀

金屬切削機床是工業(yè)發(fā)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(yè)生產對機床使用的多樣化需求[2]。我國金屬切削機床行業(yè)的標準化工作經歷了從無到有，從有到優(yōu)的發(fā)展歷程，其行業(yè)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(shù)控機床的標準化工作得到了前所未有的發(fā)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(yè)現(xiàn)有標準近900項，其中國家標準80多項，行業(yè)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(xiàn)階段在機床設計方案過程中合理的引進了現(xiàn)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(shù)是否合理。通過與國家相關行業(yè)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(yōu)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(xiàn)對原有機床性能的優(yōu)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(chuàng)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(shù)量和種類多樣化的目標及指標進行指標分類。

依據(jù)指標類型的不同進行系統(tǒng)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(yè)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(shù)量最多的設備，隨著使用年限的增加，多數(shù)現(xiàn)役機床已逐漸進入報廢的高峰期，實現(xiàn)對這些報廢機床的再制造對促進我國可持續(xù)發(fā)展目標具有重要作用。以重慶某機床制造企業(yè)機床再制造設計方案的評價過程為例。該企業(yè)退役機床以C6132為主，根據(jù)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(qū)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(tǒng)、電氣系統(tǒng)和安全防護系統(tǒng)等系統(tǒng)進行優(yōu)化升級；選配功能模塊主要針對機床的一些輔助設施，根據(jù)其后續(xù)使用的實際情況進行優(yōu)化改進，實現(xiàn)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(tǒng)模塊、液壓系統(tǒng)模塊以及切削系統(tǒng)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(yōu)化設計并制造、組裝。然而對機床的后續(xù)使用進行動態(tài)監(jiān)管，對易發(fā)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(jiān)控這些零部件的后期使用情況，根據(jù)工作動態(tài)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(jù)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(yè)的主要設備，在我國諸多領域有著廣泛的應用，并發(fā)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(xù)為我國工業(yè)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(yè)競爭優(yōu)勢。