數(shù)控機(jī)床維修改造講座
2005/9/20 11:07:00
機(jī)床作為工作母機(jī)和維修工具，早已成為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的必要裝備。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展，更是制造高質(zhì)量、高效率、高一致性產(chǎn)品的有力保障。隨著人類(lèi)社會(huì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，各種新材料、新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新配件不斷涌現(xiàn)，各個(gè)領(lǐng)域不斷提出新的要求，這一切都使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能千變?nèi)f化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展又使得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)正在以更短的周期更新。面對(duì)如此的形勢(shì)，機(jī)床制造者在不斷努力跟蹤時(shí)代的步伐，機(jī)床的使用者、維修者也要努力跟上。為使讀者及時(shí)了解數(shù)控機(jī)床的技術(shù)與知識(shí)，加深數(shù)控機(jī)床使用與維修理念上的認(rèn)識(shí)，組織了此講座，力圖對(duì)讀者有所幫助。 第1講 一個(gè)新興的工業(yè)領(lǐng)域——機(jī)床大修與數(shù)控化改造 機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國(guó)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。 一、產(chǎn)生與發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ) (1)我國(guó)現(xiàn)有的、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，由于長(zhǎng)期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過(guò)低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為盡快改變我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來(lái)，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。一方面與世界先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類(lèi)機(jī)床；另一方面直接購(gòu)進(jìn)了大量的各類(lèi)機(jī)床。這一切都為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了巨大的作用。 但是，機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長(zhǎng)期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)；由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿(mǎn)足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過(guò)早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來(lái)一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國(guó)大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。 (2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開(kāi)放以來(lái)，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國(guó)外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿(mǎn)足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價(jià)購(gòu)進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。其中不乏有為改造后投入使用而引進(jìn)的舊機(jī)床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過(guò)大修改造即可發(fā)揮作用。 (3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力 對(duì)于機(jī)床擁有者來(lái)說(shuō)，只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國(guó)際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床60%左右的價(jià)格。 對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來(lái)說(shuō)，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。 (4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機(jī)床的大修、翻新、升級(jí)改造與購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢(shì)： ?、俳回浧诙?。尤其是大型機(jī)床和特殊專(zhuān)用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。 ?、谛阅芨€(wěn)定。各基礎(chǔ)件經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。 ?、墼O(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來(lái)的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。 ④可以更充分地體現(xiàn)用戶(hù)的意愿。用戶(hù)與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見(jiàn)，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。 ⑤更有利于使用與維護(hù)。由于用戶(hù)、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過(guò)程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力。 ⑥可以更快地獲取最新的更實(shí)用的備件。 ?、吖?jié)省大量投資。 ⑧降低投資風(fēng)險(xiǎn)。 (5)社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化趨勢(shì)是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期必要和重要的行為，而且是一個(gè)企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。 當(dāng)前，21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國(guó)大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，迅速融入國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對(duì)這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。因此，企業(yè)自身不可能再像過(guò)去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。 國(guó)外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場(chǎng)。而在我國(guó)，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來(lái)衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來(lái)，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)會(huì)成長(zhǎng)起來(lái)。 二、大修改造方案的選擇 此項(xiàng)工作如果能爭(zhēng)得大修改造企業(yè)的技術(shù)支持可能會(huì)更好、更快些。 1.前期立項(xiàng)準(zhǔn)備工作 (1)技術(shù)可行性分析 主要是瞄準(zhǔn)改造目標(biāo)及加工對(duì)象，對(duì)被改造機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀的全面分析。其中包括機(jī)床原來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理；機(jī)床的基礎(chǔ)部件和結(jié)構(gòu)件是否仍然完好；普通機(jī)床改為數(shù)控機(jī)床，要考察各坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用；測(cè)量機(jī)床目前的各項(xiàng)精度與出廠精度進(jìn)行對(duì)比，是否存在差距；綜合總結(jié)目前機(jī)床存在的一切故障和歷史上出現(xiàn)過(guò)的重大故障。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)照改造目標(biāo)和典型工件，編寫(xiě)改造任務(wù)書(shū)，做到改造后的機(jī)床達(dá)到一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。 (2)經(jīng)濟(jì)可行性分析 從實(shí)際可操作性出發(fā)列出幾種應(yīng)考慮的情況：從機(jī)床自身的價(jià)值考慮，分析要達(dá)到改造目標(biāo)所需投入是否偏高；從該機(jī)床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來(lái)分析改造價(jià)值；從該機(jī)床的投入產(chǎn)出率估算，是否能較快收回投資，然后迅速產(chǎn)生較好效益；機(jī)床改造后提高了機(jī)床精度，增加了功能，是否能使本單位產(chǎn)品提高水平，或者能有利于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，從而獲得附加效益。改造資金來(lái)源可靠。 (3)選擇機(jī)床改造者 這是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。選擇得好，則能順利完成改造任務(wù)，達(dá)到改造目標(biāo)；選擇不好，不僅是機(jī)床改造的失敗，而且浪費(fèi)了資金和時(shí)間，影響生產(chǎn)。用戶(hù)可根據(jù)后面討論的機(jī)床改造應(yīng)具備的條件來(lái)慎重選擇。 2.技術(shù)方案準(zhǔn)備 (1)機(jī)械及液壓系統(tǒng) 作為機(jī)床的最終用戶(hù)，廠方必須首先要確認(rèn)，該機(jī)床機(jī)械及液壓系統(tǒng)的狀況。如：目前機(jī)床的精度，機(jī)械傳動(dòng)鏈的狀況，絲杠、導(dǎo)軌的狀況，有無(wú)重大故障等，以確定機(jī)床是大修、項(xiàng)修。如果是非數(shù)控機(jī)床要改為數(shù)控機(jī)床，首先要考慮機(jī)械改裝的可行性，最重要的是導(dǎo)軌的形式及滾珠絲杠的安裝。再有就是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)間隙與傳動(dòng)剛度是否符合數(shù)控機(jī)床的要求。 (2)電氣系統(tǒng) 在做數(shù)控機(jī)床改造方案時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)機(jī)床的狀態(tài)及工藝要求來(lái)選擇數(shù)控系統(tǒng)。其一，是選擇數(shù)控制造廠商，目前世界上性能及信譽(yù)較好的有：西門(mén)子(德國(guó))、發(fā)那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法國(guó))、FAGOR(西班牙)等。用戶(hù)可在詳細(xì)了解上述廠商數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及性能價(jià)格比等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，與實(shí)施改造的工程公司一道，選擇一個(gè)比較適合的數(shù)控系統(tǒng)。其 二，是根據(jù)機(jī)床的功能要求選擇相應(yīng)控制系統(tǒng)的類(lèi)型，做到既能滿(mǎn)足機(jī)床全部功能要求又不提高標(biāo)準(zhǔn)。 我們建議，在選擇數(shù)控系統(tǒng)方面，要特別注意：一要盡量向一個(gè)著名廠家的型號(hào)系列靠攏。這樣既有利于維修和管理. 第二講 數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù) 我國(guó)從事數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維修技術(shù)工作的工程技術(shù)人員數(shù)以萬(wàn)計(jì)，然而由于此項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因素的制約，在數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)方面還沒(méi)有形成一套成熟的、完整的理論體系。當(dāng)今控制理論與自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開(kāi)放化和性能上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化不僅給其應(yīng)用從觀念到實(shí)踐帶來(lái)了巨大變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來(lái)了很大的變化。因此，一篇講座形式的文章不可能把已經(jīng)形成了一門(mén)專(zhuān)門(mén)學(xué)科的數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)理論完整地表述出來(lái)，本文僅是將多年的實(shí)踐探索及業(yè)內(nèi)眾同仁的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)加以適當(dāng)?shù)臍w納整理，以求對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。 一、數(shù)控技術(shù) 談到維修，首先必須從總體上了解我們的維修對(duì)象。 1.數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)綜述 一臺(tái)典型的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。 
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