论文部分内容阅读
摘 要：本文以普通外圆磨床数字化改造为例，论证了将普通机床改成数控机床，为中国制造业的产业升级提供了非常重要的一种思路和方法，提出了中国制造业产品的升级换代是去产能化的主要方法之一，机床再制造属于国家目前大力提倡和支持的再制造产业中的重要一环。
关键词：普通外圆磨床；数字化改造；升级换代；机床再制造
中图分类号： TP27 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）34-155-2
1 数字化改造现状
当前中国制造业正处于产能严重过剩，急切需要进行去产能化的阶段。如何去产能化？产品的升级换代是去产能化的主要方法之一。我国制造业设备目前比较杂，传统的普通机床占据了大量的市场，占用了企业相当多的资金，且很大一部分普通机床使用寿命将至，加工精度也很难满足市场需求。而购置数控加工设备又没有足够的资金，普通机床也不好处理。把普通机床改成数控机床，属于国家目前大力提倡和支持的再制造产业中的重要一环，具有很高的推广意义和应用前景。
2 数字化改造意义
普通机床数字化改造的优势主要有：
①普通机床对操作工的技能要求相当严，没有相应的技能，无法加工出合格的产品。但数控加工设备不同，对操作工的技能要求比普通机床要低得多，企业的发展不会因操作工的技能受到影响。
②普通机床的操作，操作工只能做到单人单机，但数控机床却可以做到一人多机，随着人工成本所占比重越来越大，数控机床的使用可有效减少企业成本，对企业效益的提升及盈利水平的增加具有相当的优势。
③数控机床价格较普通机床贵，加之当前經济形势不好，企业不敢也没资金去大批量采购数控机床。但如果只是投入少量的资金，就能将普通机床改成数控机床，同时又有效延长了机床的使用寿命，降低了企业的设备采购成本，减少了企业的固定资产投资，多数企业愿意采用。
④把普通机床改成数控机床，机床本体等铸件能够得到有效利用，只需要增加很少一部分铸件，并对原有铸件进行升级改造，增加数控部分及传动部分等，机床不仅能恢复甚至超越以前的精度，而且机床本体的使用年限得到了有效延长，能源也得到了节约，对国家制造业的升级转型也提供了极大的支持。
3 数字化改造内容
外圆磨床是机械加工设备中使用频率较高及市场保有量较大的设备，属于精密加工用设备，机床自身精度非常高，改造要求非常严，参与改造的机床厂家和维修厂家非常少。但如果改造成功，将能非常迅速占领市场，并给企业带来丰厚的利润。因此，我们特意选取普通外圆磨床数字化改造作为我们的研发方向，并取得的非常好的效果。
我们以一台ME1320普通外圆磨床为例，进行数字化改造，改造内容如下：
3.1 拆解机床
①工作台部分：将头架、尾架、上工作台、下工作台拆下来，按部位分类放好；
②砂轮架部分：将砂轮架、滑台拆下来，砂轮架按部位分类放好，滑台分开放置；
③进给及油压部分：将床身上的所有传动机构及手柄、油管、油缸、油压站等全部拆除，放入废品区。
3.2 重新测绘并设计机床
①测绘床身与下工作台结合部位尺寸，重新设计Z轴滚珠丝杆及传动件的结构以及与床身、下工作台的安装方式。Z轴导轨仍然采用原有的导轨运行方式（一V一平型）；
②测绘砂轮架滑台的高度，并根据滑台与砂轮架及床身的结合部位尺寸及机床行程及加工范围，重新设计砂轮架滑台。滑台装配有直线导轨和滚珠丝杆，保证机床运行时的平稳性及精度；
③重新设计X轴和Z轴的内防护罩，尽量防止磨削液及磨屑进入导轨和滚珠丝杆，影响机床的精度及寿命；
④重新设计导轨及滚珠丝杆的润滑方式。直线导轨和滚珠丝杆专门增加一台3L自动润滑油泵，设计加油时间为每30分钟打油一次，每次打油5-8秒。Z轴导轨增加一台40W连续润滑油泵，不间断对导轨加油；
⑤重新设计机床外防护，防止切削液流出或飞溅。
3.3 X轴滑台重新加工装配
①根据设计图纸重新翻砂铸造X轴滑台各零件，加工时铸件要求二次时效，尽量减少铸件的变形量；
②装配两根直线导轨，保证上母线和侧母线在0.005mm以内，主导轨和副导轨的平行度在0.005mm以内；
③电机座及轴承座装好轴承后，铲刮与滑台底座的贴合面，保证芯棒的等高不超过0.01mm，低抬头不超过0.005mm，与直线导轨的平行度不超过0.005mm；
④装好滚珠丝杆后，重新检查并校正滚珠丝杆与导轨的上母线和侧母线，不超过0.01mm；
⑤铲刮丝杆螺母与螺母座的贴合面，保证贴合部位达到要求；
⑥装好滑台上的润滑油路，并调整油路分配器，保证四个导轨滑块及滚珠丝杆上的螺母油量均匀，并在油路分配器进油口接好一根预留到自动润滑油泵的油管；
⑦装配好内防护罩。
3.4 Z轴导轨及工作台修复
①将床身内外全部清洗干净，检查Z轴导轨磨损情况，精磨机床导轨。精确校正机床导轨的上母线及侧母线后，精加工Z轴连接件的结合部位尺寸。
②清洗下工作台后，精磨导轨面，用蓝丹检查与床身导轨的贴合情况，并铲刮下工作台的导轨面，保证与床身导轨面贴合到位，同时下工作台上平面的平行度不超过0.02mm。用大理石平尺检查下工作台运行的上母线和侧母线，满行程不超过0.01mm。
③清洗上工作台，并精磨工作台面及侧向基准后，研磨铲刮与下工作台的贴合面，检测工作台平行度不超过0.01mm。
④将Z轴电机座及轴承座装好轴承后，铲刮与床身的贴合面，保证芯棒的等高不超过0.01mm，地抬头不超过0.01mm，与V轨及平轨的平行度不超过0.01mm。 ⑤铲刮Z轴丝杆螺母与螺母座的贴合面，保证贴合部位达到要求。
⑥床身导轨部位重新疏通油路，并将油路连接至连续润滑油泵。
⑦Z轴丝杆部位用尼龙油管接通，预留接到自动润滑油泵的长度。
⑧装配好内防护罩。
3.5 砂轮架的维修
①拆解砂轮架，按部位分类摆放；
②将砂轮架内的主轴润滑油全部倒出，并清洗干净主轴油箱；
③检查主轴是否有损伤，及跳动是否在公差范围内，并进行修复；
④检查轴瓦是否有拉伤，并重新铲刮；
⑤更换密封圈和弹簧；
⑥重新装配并调整主轴到位，并加注主轴油。
3.6 头架的维修
①拆解头架，按部位分类摆放；②更换所有轴承及皮带；③重新检查并修复头架主轴及锥孔；④重新装配头架。
3.7 尾架的维修
①拆解尾架，按部位分类摆放；②绗磨尾架套筒内孔，保证内孔的圆度及圆柱度达到要求；③重新更换尾架套筒后在研磨，保证尾架套筒径向跳动满足要求；④修复拉杆，并重新装配尾架。
3.8 装配并调整砂轮架滑台
①铲刮砂轮架滑台底面与床身贴合部位，保证滑台面与工作台在X方向及Z方向的平行度；②用大理石方尺检查并调整滑台与Z轴的垂直度，300mm内不超过0.005mm；③锁紧滑台。
3.9 铲刮三架
①将头架和尾架装在工作台上，用专用芯棒插入头架和尾架的锥孔内，检查并铲刮头架、尾架与工作台的贴合面，保证头架和尾架均为上母线抬头0-0.01mm/300mm，侧母线0-0.01mm/300mm，尾架中心高比头架高0.01-0.03mm，侧母线不超过0.01mm；②装好砂轮架，铲刮砂轮架底面与滑台的贴合面，保证砂轮架的轴心线与Z轴平行度不超过0.02mm，砂轮架中心高比头架中心高高0.15-0.3mm。
3.10 装配润滑油路
①将自动润滑油泵固定在床身后部，并且不能影响后续电路系统的安装，而且方便观察及加润滑油；②将Z轴丝杆上的尼龙润滑油管及滑台上的润滑油管与自动润滑油泵连接并固定；③将连续自动润滑油泵固定在床身内部以前的油箱上部；④将自动润滑油泵及床身内部的油箱注入适量润滑油，检查油泵运行情况及各润滑部位的油路大小，并调整到位。
3.11 电气安装
①重新设计电气柜及数控电路；②按电路图安装电气元件，并将电气柜固定在床身上；③将两台伺服电机安装在电机座上，并用联轴器与滚珠丝杆连接并固定；④接好伺服电机的接头，并将润滑油泵及水泵、工作灯、砂轮架电机、头架电机等接入电气柜内；⑤开机试运行系统，并进行电路调试。
3.12 外围设备安装
①将水箱摆放到位；②将外防护罩安装到位。
3.13 设备试运行
①重新检查机床的几何精度，并用锥销固定滑台与床身的位置；②用激光干涉仪检查并调整机床的定位精度、重复定位精度、反向间隙，达到国标要求；③检查并调整砂轮架静止状态及运行状态下的精度；④检查砂轮架运转是否正常；⑤检查尾架伸缩是否自如并自动回位；⑥检查水泵运转是否正常；⑦检查自动润滑油泵及连续润滑油泵运转是否正常；⑧砂轮校正静平衡后，装入砂轮架，检查砂轮架运行是否正常，有无振动；⑨编制试运行程序，看机床运转是否正常；⑩装入试制工件，看加工是否正常，并检查产品的一致性。
3.14 机床的主要配置
在外圆磨床数控化改造过程中，我们秉承在保证机床精度及可靠性的前提下，尽量降低客户的改造费用及后续维护成本，选用了不少的国产优质品牌。
主要配置如下：
①数控系统：广数980GEa磨床系统或华中数控180XP；②低压元器件：正泰；③直线导轨：南京工艺；④滚珠丝杆：南京工艺；⑤润滑系统：深圳宝腾；⑥滚珠丝杆轴承：NSK（日本）。
4 数字化改造效果
在机床改造完成并经客户实际使用后，客户反应如下：
①精度要求：在不使用主动测量仪的情况下，尺寸一致性相当好，不存在尺寸经常超差的情况，即使客户要求的尺寸公差在0.005mm内，也能非常容易满足；②生产效率：客户以前单人单机生产，单班产量1700件/班，现在为一人两机，单班产量3000件/班，较之前提高近1倍；③废品率：由单人单机10-20件/班，降低至现在一人两机3-5件/班；④生产成本：员工单件生产成本降低，废品率降低也直接使生产成本降低；⑤员工收入：在适量调低单件工时的基础上，员工收入仍然大幅度上升；⑥员工技能：以前操作普通外圆磨床时，员工技能与当班产量及废品率成正比，而且员工培养时间相当长；现在对员工技能要求大幅度降低，多数员工在培训一星期左右即可正常上岗，产量和废品率也在可控范围内。
5 数字化改造前景
通过对普通外圆磨床数字化改造的情況来看，生产企业的设备投资相对减少，生产成本明显降低，企业在扩大规模和提高产品质量方面均有了很大的保证，对提高企业的市场生存能力及竞争力也有了很大保障。外圆磨床数字化改造成功，为普通机床改成数控机床起到很好的示范效应和很大的推动作用，将为中国制造业的产业升级提供非常重要的一种思路和方法，具有广阔的应用前景。
关键词：普通外圆磨床；数字化改造；升级换代；机床再制造
中图分类号： TP27 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）34-155-2
1 数字化改造现状
当前中国制造业正处于产能严重过剩，急切需要进行去产能化的阶段。如何去产能化？产品的升级换代是去产能化的主要方法之一。我国制造业设备目前比较杂，传统的普通机床占据了大量的市场，占用了企业相当多的资金，且很大一部分普通机床使用寿命将至，加工精度也很难满足市场需求。而购置数控加工设备又没有足够的资金，普通机床也不好处理。把普通机床改成数控机床，属于国家目前大力提倡和支持的再制造产业中的重要一环，具有很高的推广意义和应用前景。
2 数字化改造意义
普通机床数字化改造的优势主要有：
①普通机床对操作工的技能要求相当严，没有相应的技能，无法加工出合格的产品。但数控加工设备不同，对操作工的技能要求比普通机床要低得多，企业的发展不会因操作工的技能受到影响。
②普通机床的操作，操作工只能做到单人单机，但数控机床却可以做到一人多机，随着人工成本所占比重越来越大，数控机床的使用可有效减少企业成本，对企业效益的提升及盈利水平的增加具有相当的优势。
③数控机床价格较普通机床贵，加之当前經济形势不好，企业不敢也没资金去大批量采购数控机床。但如果只是投入少量的资金，就能将普通机床改成数控机床，同时又有效延长了机床的使用寿命，降低了企业的设备采购成本，减少了企业的固定资产投资，多数企业愿意采用。
④把普通机床改成数控机床，机床本体等铸件能够得到有效利用，只需要增加很少一部分铸件，并对原有铸件进行升级改造，增加数控部分及传动部分等，机床不仅能恢复甚至超越以前的精度，而且机床本体的使用年限得到了有效延长，能源也得到了节约，对国家制造业的升级转型也提供了极大的支持。
3 数字化改造内容
外圆磨床是机械加工设备中使用频率较高及市场保有量较大的设备，属于精密加工用设备，机床自身精度非常高，改造要求非常严，参与改造的机床厂家和维修厂家非常少。但如果改造成功，将能非常迅速占领市场，并给企业带来丰厚的利润。因此，我们特意选取普通外圆磨床数字化改造作为我们的研发方向，并取得的非常好的效果。
我们以一台ME1320普通外圆磨床为例，进行数字化改造，改造内容如下：
3.1 拆解机床
①工作台部分：将头架、尾架、上工作台、下工作台拆下来，按部位分类放好；
②砂轮架部分：将砂轮架、滑台拆下来，砂轮架按部位分类放好，滑台分开放置；
③进给及油压部分：将床身上的所有传动机构及手柄、油管、油缸、油压站等全部拆除，放入废品区。
3.2 重新测绘并设计机床
①测绘床身与下工作台结合部位尺寸，重新设计Z轴滚珠丝杆及传动件的结构以及与床身、下工作台的安装方式。Z轴导轨仍然采用原有的导轨运行方式（一V一平型）；
②测绘砂轮架滑台的高度，并根据滑台与砂轮架及床身的结合部位尺寸及机床行程及加工范围，重新设计砂轮架滑台。滑台装配有直线导轨和滚珠丝杆，保证机床运行时的平稳性及精度；
③重新设计X轴和Z轴的内防护罩，尽量防止磨削液及磨屑进入导轨和滚珠丝杆，影响机床的精度及寿命；
④重新设计导轨及滚珠丝杆的润滑方式。直线导轨和滚珠丝杆专门增加一台3L自动润滑油泵，设计加油时间为每30分钟打油一次，每次打油5-8秒。Z轴导轨增加一台40W连续润滑油泵，不间断对导轨加油；
⑤重新设计机床外防护，防止切削液流出或飞溅。
3.3 X轴滑台重新加工装配
①根据设计图纸重新翻砂铸造X轴滑台各零件，加工时铸件要求二次时效，尽量减少铸件的变形量；
②装配两根直线导轨，保证上母线和侧母线在0.005mm以内，主导轨和副导轨的平行度在0.005mm以内；
③电机座及轴承座装好轴承后，铲刮与滑台底座的贴合面，保证芯棒的等高不超过0.01mm，低抬头不超过0.005mm，与直线导轨的平行度不超过0.005mm；
④装好滚珠丝杆后，重新检查并校正滚珠丝杆与导轨的上母线和侧母线，不超过0.01mm；
⑤铲刮丝杆螺母与螺母座的贴合面，保证贴合部位达到要求；
⑥装好滑台上的润滑油路，并调整油路分配器，保证四个导轨滑块及滚珠丝杆上的螺母油量均匀，并在油路分配器进油口接好一根预留到自动润滑油泵的油管；
⑦装配好内防护罩。
3.4 Z轴导轨及工作台修复
①将床身内外全部清洗干净，检查Z轴导轨磨损情况，精磨机床导轨。精确校正机床导轨的上母线及侧母线后，精加工Z轴连接件的结合部位尺寸。
②清洗下工作台后，精磨导轨面，用蓝丹检查与床身导轨的贴合情况，并铲刮下工作台的导轨面，保证与床身导轨面贴合到位，同时下工作台上平面的平行度不超过0.02mm。用大理石平尺检查下工作台运行的上母线和侧母线，满行程不超过0.01mm。
③清洗上工作台，并精磨工作台面及侧向基准后，研磨铲刮与下工作台的贴合面，检测工作台平行度不超过0.01mm。
④将Z轴电机座及轴承座装好轴承后，铲刮与床身的贴合面，保证芯棒的等高不超过0.01mm，地抬头不超过0.01mm，与V轨及平轨的平行度不超过0.01mm。 ⑤铲刮Z轴丝杆螺母与螺母座的贴合面，保证贴合部位达到要求。
⑥床身导轨部位重新疏通油路，并将油路连接至连续润滑油泵。
⑦Z轴丝杆部位用尼龙油管接通，预留接到自动润滑油泵的长度。
⑧装配好内防护罩。
3.5 砂轮架的维修
①拆解砂轮架，按部位分类摆放；
②将砂轮架内的主轴润滑油全部倒出，并清洗干净主轴油箱；
③检查主轴是否有损伤，及跳动是否在公差范围内，并进行修复；
④检查轴瓦是否有拉伤，并重新铲刮；
⑤更换密封圈和弹簧；
⑥重新装配并调整主轴到位，并加注主轴油。
3.6 头架的维修
①拆解头架，按部位分类摆放；②更换所有轴承及皮带；③重新检查并修复头架主轴及锥孔；④重新装配头架。
3.7 尾架的维修
①拆解尾架，按部位分类摆放；②绗磨尾架套筒内孔，保证内孔的圆度及圆柱度达到要求；③重新更换尾架套筒后在研磨，保证尾架套筒径向跳动满足要求；④修复拉杆，并重新装配尾架。
3.8 装配并调整砂轮架滑台
①铲刮砂轮架滑台底面与床身贴合部位，保证滑台面与工作台在X方向及Z方向的平行度；②用大理石方尺检查并调整滑台与Z轴的垂直度，300mm内不超过0.005mm；③锁紧滑台。
3.9 铲刮三架
①将头架和尾架装在工作台上，用专用芯棒插入头架和尾架的锥孔内，检查并铲刮头架、尾架与工作台的贴合面，保证头架和尾架均为上母线抬头0-0.01mm/300mm，侧母线0-0.01mm/300mm，尾架中心高比头架高0.01-0.03mm，侧母线不超过0.01mm；②装好砂轮架，铲刮砂轮架底面与滑台的贴合面，保证砂轮架的轴心线与Z轴平行度不超过0.02mm，砂轮架中心高比头架中心高高0.15-0.3mm。
3.10 装配润滑油路
①将自动润滑油泵固定在床身后部，并且不能影响后续电路系统的安装，而且方便观察及加润滑油；②将Z轴丝杆上的尼龙润滑油管及滑台上的润滑油管与自动润滑油泵连接并固定；③将连续自动润滑油泵固定在床身内部以前的油箱上部；④将自动润滑油泵及床身内部的油箱注入适量润滑油，检查油泵运行情况及各润滑部位的油路大小，并调整到位。
3.11 电气安装
①重新设计电气柜及数控电路；②按电路图安装电气元件，并将电气柜固定在床身上；③将两台伺服电机安装在电机座上，并用联轴器与滚珠丝杆连接并固定；④接好伺服电机的接头，并将润滑油泵及水泵、工作灯、砂轮架电机、头架电机等接入电气柜内；⑤开机试运行系统，并进行电路调试。
3.12 外围设备安装
①将水箱摆放到位；②将外防护罩安装到位。
3.13 设备试运行
①重新检查机床的几何精度，并用锥销固定滑台与床身的位置；②用激光干涉仪检查并调整机床的定位精度、重复定位精度、反向间隙，达到国标要求；③检查并调整砂轮架静止状态及运行状态下的精度；④检查砂轮架运转是否正常；⑤检查尾架伸缩是否自如并自动回位；⑥检查水泵运转是否正常；⑦检查自动润滑油泵及连续润滑油泵运转是否正常；⑧砂轮校正静平衡后，装入砂轮架，检查砂轮架运行是否正常，有无振动；⑨编制试运行程序，看机床运转是否正常；⑩装入试制工件，看加工是否正常，并检查产品的一致性。
3.14 机床的主要配置
在外圆磨床数控化改造过程中，我们秉承在保证机床精度及可靠性的前提下，尽量降低客户的改造费用及后续维护成本，选用了不少的国产优质品牌。
主要配置如下：
①数控系统：广数980GEa磨床系统或华中数控180XP；②低压元器件：正泰；③直线导轨：南京工艺；④滚珠丝杆：南京工艺；⑤润滑系统：深圳宝腾；⑥滚珠丝杆轴承：NSK（日本）。
4 数字化改造效果
在机床改造完成并经客户实际使用后，客户反应如下：
①精度要求：在不使用主动测量仪的情况下，尺寸一致性相当好，不存在尺寸经常超差的情况，即使客户要求的尺寸公差在0.005mm内，也能非常容易满足；②生产效率：客户以前单人单机生产，单班产量1700件/班，现在为一人两机，单班产量3000件/班，较之前提高近1倍；③废品率：由单人单机10-20件/班，降低至现在一人两机3-5件/班；④生产成本：员工单件生产成本降低，废品率降低也直接使生产成本降低；⑤员工收入：在适量调低单件工时的基础上，员工收入仍然大幅度上升；⑥员工技能：以前操作普通外圆磨床时，员工技能与当班产量及废品率成正比，而且员工培养时间相当长；现在对员工技能要求大幅度降低，多数员工在培训一星期左右即可正常上岗，产量和废品率也在可控范围内。
5 数字化改造前景
通过对普通外圆磨床数字化改造的情況来看，生产企业的设备投资相对减少，生产成本明显降低，企业在扩大规模和提高产品质量方面均有了很大的保证，对提高企业的市场生存能力及竞争力也有了很大保障。外圆磨床数字化改造成功，为普通机床改成数控机床起到很好的示范效应和很大的推动作用，将为中国制造业的产业升级提供非常重要的一种思路和方法，具有广阔的应用前景。