舊機床及生產(chǎn)線數(shù)控化改造的內(nèi)容、技術(shù)與原則

1 數(shù)控機床與生產(chǎn)線改造業(yè)的市場
數(shù)控機床的改造市場
我國機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。
近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%，年產(chǎn)值數(shù)控化率為12%(后兩項日本分別為31.6%和75.4%)。而且數(shù)控機床中經(jīng)濟型數(shù)控機床占80%以上，自動機床等高級機床不多。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。即使是數(shù)控機床，多數(shù)是經(jīng)濟型數(shù)控機床，生產(chǎn)裝備和技術(shù)陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。
據(jù)專家預(yù)測，到2000年，我國數(shù)控機床消費額可達240.2億元。這些需求一方面通過購置新設(shè)備來滿足，另一方面，如果充分利用我國的現(xiàn)有的存量資產(chǎn)，用更新改造后的設(shè)備替代和減少購置新設(shè)備，可以起到事半功倍的效果。以240.2億元的需求量估計，即使10%的需求通過設(shè)備的再生改造來實現(xiàn)，每年也有24 億元的市場。
進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場
我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術(shù)改造項目就有18446項，大約165.8億美元。
這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。為了充分利用這些設(shè)備和生產(chǎn)線，我們對部分引進10年以上、與機械行業(yè)有關(guān)的技術(shù)改造項目進行了一次調(diào)查。我們了解到一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當(dāng)，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達產(chǎn)達標(biāo)；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。
這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。
2 數(shù)控化改造的內(nèi)容、技術(shù)與原則
國外改造業(yè)的興起
在美國、日本和德國等發(fā)達國家機床工業(yè)處于不景氣的今天，它們的機床改造卻是作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有： Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。
數(shù)控化改造的內(nèi)容
機床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點：
其一是恢復(fù)原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)；其二是NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
考核數(shù)控化改造的標(biāo)準(zhǔn)如下：
改造的投入在新機床價格的30%以內(nèi)，并能取得70%～80%使用效率，認(rèn)為是成功的；,li>改造投入費的回收期，低于購置新機床投放費的回收期(一般為5～6年)的一半以下(一般為2～3年)，改造是有價值的。
也有例外。如某項工程的關(guān)鍵設(shè)備，如果從外國購置，其供貨時間與價格都無法接受的情況，其改造評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)另行考慮。
數(shù)控化改造的利弊
減少投資額、交貨期短
同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%～80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、刀具自動交換裝置、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50%左右。
機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限
所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。
熟悉了解設(shè)備、便于操作維修
購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。
可充分利用現(xiàn)有的條件
可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。同時工夾具、軟件程序、樣板及外圍設(shè)備也能再利用。以加工中心為例，工藝裝備的費用一般要占整個機床售價的10%以上。
可以采用最新的控制技術(shù)
可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當(dāng)今水平的機床。
3 數(shù)控化改造實例
掛靠在中科院沈陽計算所的高檔數(shù)控國家工程研究中心，是數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)和工程化的國家工程中心。該中心研制成功我國第一臺高檔數(shù)控系統(tǒng)藍天一號；解決了我國高檔數(shù)控系統(tǒng)從無到有的問題；“八五”期間，該中心承擔(dān)并完成了5項高檔數(shù)控系統(tǒng)的國家攻關(guān)項目、兩項中科院重大項目，前后形成了藍天(LT)數(shù)控產(chǎn)品 4個系列13種型號。
該中心藍天高檔數(shù)控取得了許多國內(nèi)第一：是我國第一臺高檔數(shù)控系統(tǒng)；取得了我國第一個高檔數(shù)控軟件版權(quán)；裝備了我國第一臺五軸聯(lián)動加工中心；五軸聯(lián)動加工出我國第一個高檔葉輪；裝備了我國第一臺雙過程曲軸銑床；裝備了我國第一臺非球面光學(xué)鏡片加工中心；是我國第一個批量出口的高檔數(shù)控系統(tǒng)。
幾年來，數(shù)控中心以藍天系列數(shù)控系統(tǒng)為主，采用多種數(shù)控技術(shù)，成功地改造了機床與生產(chǎn)線近20項；以先進數(shù)控技術(shù)為機床和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造做了大量的工作，解決了數(shù)控化改造的一些共性問題，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
例如使用藍天數(shù)控系統(tǒng)，1992年開始，在鐵道部天津機車車輛機械廠改造了2臺生產(chǎn)增壓器葉輪的專用數(shù)控機床；1993年、1995年在鞍山無縫鋼管廠分別改造石油管生產(chǎn)線中的2臺數(shù)控機床；1994年開始陸續(xù)為航空總公司沈陽黎明發(fā)動機制造公司改造4臺數(shù)控機床和加工中心；1995年開始，為鞍山高壓容器廠改造兩條旋壓器收口機生產(chǎn)線。以上改造的設(shè)備，有的已運行7年，至今仍正常運轉(zhuǎn)，深受用戶好評。另外，使用藍天數(shù)控和其它系統(tǒng)，還成功地為一汽集團汽車生產(chǎn)線改造了8臺數(shù)控機床。其中典型的改造實例如下。
鞍山無縫鋼管廠石油管生產(chǎn)線的數(shù)控改造
該車間用數(shù)控車床加工石油鉆井用石油鋼管銜接螺紋，其形狀特殊，加工精度和重復(fù)精度要求高。該機床的原裝數(shù)控系統(tǒng)是美國GE公司的550NC系統(tǒng)。由于年久失修，常出故障，沒有資料和備件，廠里技術(shù)力量解決不了問題，機床處于停產(chǎn)狀態(tài)。我們采用國家“八五”攻關(guān)最新成果和先進的雙過程四軸聯(lián)動共用Z軸技術(shù)，替代了較落后的GE 550NC系統(tǒng)，恢復(fù)了生產(chǎn)，提高了自動化程度。該車間先后改造了2臺車絲機床，改造裝備費投資44萬元，年新增產(chǎn)值為2160萬元，新增利稅162萬元。
沈陽黎明發(fā)動機制造公司的數(shù)控改造
中國航空工業(yè)總公司沈陽黎明發(fā)動機制造公司使用藍天高檔數(shù)控系統(tǒng)，先后為該公司數(shù)控中心改造了4臺進口數(shù)控