舊機床及生產線數控化改造的內容、技術與原則

1 數控機床與生產線改造業的市場
數控機床的改造市場
我國機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有11.34萬臺，即我國機床數控化率不到3%。
近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬臺，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6%，年產值數控化率為12%(后兩項日本分別為31.6%和75.4%)。而且數控機床中經濟型數控機床占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%，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)。可見我們的大多數制造行業和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。即使是數控機床，多數是經濟型數控機床，生產裝備和技術陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展。所以必須大力提高機床的數控化率。
據專家預測，到2000年，我國數控機床消費額可達240.2億元。這些需求一方面通過購置新設備來滿足，另一方面，如果充分利用我國的現有的存量資產，用更新改造后的設備替代和減少購置新設備，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%的需求通過設備的再生改造來實現，每年也有24 億元的市場。
進口設備和生產線的數控化改造市場
我國自改革開放以來，很多企業從國外引進技術、設備和生產線進行技術改造。據不完全統計，從1979～1988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。
這些項目中，大部分項目為我國的經濟建設發揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業的效益受到影響，嚴重的使企業陷入困境。為了充分利用這些設備和生產線，我們對部分引進10年以上、與機械行業有關的技術改造項目進行了一次調查。我們了解到一些設備、生產線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發揮應有的作用；有的生產線的產品銷路很好，但是因為設備故障不能達產達標；有的因為能耗高、產品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創造財富，反而消耗著財富。
這些不能使用的設備、生產線是個包袱，也是一批很大的存量資產，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決“卡脖子”的關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產，爭取到最大的經濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。
2 數控化改造的內容、技術與原則
國外改造業的興起
在美國、日本和德國等發達國家機床工業處于不景氣的今天，它們的機床改造卻是作為新的經濟增長行業，生意盎然，處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業。在美國，機床改造業稱為機床再生(Remanufacturing)業。從事再生業的著名公司有： Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業稱為機床改裝(Retrofitting)業。從事改裝業的著名公司有：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。
數控化改造的內容
機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點：
其一是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，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，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
考核數控化改造的標準如下：
改造的投入在新機床價格的30%以內，并能取得70%～80%使用效率，認為是成功的；,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。如某項工程的關鍵設備，如果從外國購置，其供貨時間與價格都無法接受的情況，其改造評價標準應另行考慮。
數控化改造的利弊
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，只能節省投資50%左右。
機械性能穩定可靠，結構受限
所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。
熟悉了解設備、便于操作維修
購買新設備時，不了解新設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時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現全負荷運轉。
可充分利用現有的條件
可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。同時工夾具、軟件程序、樣板及外圍設備也能再利用。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
可根據技術革新的發展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。
3 數控化改造實例
掛靠在中科院沈陽計算所的高檔數控國家工程研究中心，是數控系統研究開發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控系統藍天一號；解決了我國高檔數控系統從無到有的問題；“八五”期間，該中心承擔并完成了5項高檔數控系統的國家攻關項目、兩項中科院重大項目，前后形成了藍天(LT)數控產品 4個系列13種型號。
該中心藍天高檔數控取得了許多國內第一：是我國第一臺高檔數控系統；取得了我國第一個高檔數控軟件版權；裝備了我國第一臺五軸聯動加工中心；五軸聯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鏡片加工中心；是我國第一個批量出口的高檔數控系統。
幾年來，數控中心以藍天系列數控系統為主，采用多種數控技術，成功地改造了機床與生產線近20項；以先進數控技術為機床和生產線的數控化改造做了大量的工作，解決了數控化改造的一些共性問題，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
例如使用藍天數控系統，1992年開始，在鐵道部天津機車車輛機械廠改造了2臺生產增壓器葉輪的專用數控機床；1993年、1995年在鞍山無縫鋼管廠分別改造石油管生產線中的2臺數控機床；1994年開始陸續為航空總公司沈陽黎明發動機制造公司改造4臺數控機床和加工中心；1995年開始，為鞍山高壓容器廠改造兩條旋壓器收口機生產線。以上改造的設備，有的已運行7年，至今仍正常運轉，深受用戶好評。另外，使用藍天數控和其它系統，還成功地為一汽集團汽車生產線改造了8臺數控機床。其中典型的改造實例如下。
鞍山無縫鋼管廠石油管生產線的數控改造
該車間用數控車床加工石油鉆井用石油鋼管銜接螺紋，其形狀特殊，加工精度和重復精度要求高。該機床的原裝數控系統是美國GE公司的550NC系統。由于年久失修，常出故障，沒有資料和備件，廠里技術力量解決不了問題，機床處于停產狀態。我們采用國家“八五”攻關最新成果和先進的雙過程四軸聯動共用Z軸技術，替代了較落后的GE 550NC系統，恢復了生產，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，年新增產值為2160萬元，新增利稅162萬元。
沈陽黎明發動機制造公司的數控改造
中國航空工業總公司沈陽黎明發動機制造公司使用藍天高檔數控系統，先后為該公司數控中心改造了4臺進口數控