数控机床维修改造讲座

机床作为工作母机和维修工具，早已成为各个工业领域不可或缺的必要装备。数控机床的产生与发展，更是制造高质量、高效率、高一致性产品的有力保障。随着人类社会的飞速发展与进步，各种新材料、新技术、新工艺、新结构、新配件不断涌现，各个领域不断提出新的要求，这一切都使得机床的结构、性能千变万化。计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新。面对如此的形势，机床制造者在不断努力跟踪时代的步伐，机床的使用者、维修者也要努力跟上。为使读者及时了解数控机床的技术与知识，加深数控机床使用与维修理念上的认识，组织了此讲座，力图对读者有所帮助。 第1讲 一个新兴的工业领域——机床大修与数控化改造 　　机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。 　一、产生与发展的社会、经济基础 　　(1)我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济实力过低、技术落后、设备陈旧，极大地制约着国民经济的发展。为尽快改变我国机械制造业的落后状态，近二十多年来，我们在艰难地发展民族机床制造业的同时，积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂合作，不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。 　　但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认真的维修与保养，造成机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员及产品结构的改变，或由于技术力量不足而被长期闲置，需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能起动；由于新产品制造的需要，原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新升级改造；由于世界计算机及网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难；况且数控系统的使用寿命一般在5～10年，而我国大多数机床都在超期服役。这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。 　　(2)新进的大批二手机床成为机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素，造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。 　　(3)显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力 对于机床拥有者来说，只需花费购买相同新机床30%以下的费用即可获得相同的使用效果。根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60%左右的价格。 　　对于机床大修改造业内公司来说，这不仅为他们的服务企业产生巨大社会经济效益，而且也是他们自身生存和发展的根本动力。 　　(4)机床大修及数控化改造的优势是该行业生存与发展的有利条件 旧机床的大修、翻新、升级改造与购买新机床相比，具有下列优势： 　　①交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。 　　②性能更稳定。各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度；各功能部件经长期磨合。功能稳定性可靠性好。 　　③设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在。 　　④可以更充分地体现用户的意愿。用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进(包括增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等。 　　⑤更有利于使用与维护。由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，可以直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力。 　　⑥可以更快地获取最新的更实用的备件。 　　⑦节省大量投资。 　　⑧降低投资风险。 　　(5)社会化、专业化趋势是机床大修及数控化改造行业的必由之路 旧机床的数控化改造和翻新不仅仅是当前经济转轨时期必要和重要的行为，而且是一个企业长期发展的战略措施。 　　当前，21世纪知识经济时代，我国大多数企业正面临着企业改制、转轨以进入市场经济，迅速融入国际竞争。这就需要我们企业的领导集中全部力量面对这些挑战。企业集团化和集团内部分散网络化、自治性、并行工作的新型组织、生产结构、敏捷制造技术、虚拟制造技术、可持续制造技术、绿色制造技术等等一系列新的技术理论，都需要下大力量去研究，以开发适销对路产品，提高对市场的快速反应能力；集中人力、财力、物力以提高本企业的市场竞争力，充分发挥自身的优势以最快速度创造出尽可能多的价值。因此，企业自身不可能再像过去计划经济体制下拥有大而全的维修队伍。而设备维修改造的社会化、专业化也就不可避免地成为了大趋势。 　　国外机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业，在先进国家已经形成了一定的规模和市场。而在我国，这一产业才刚刚兴起，按照应具备的条件来衡量还相距甚远。但是业内有识之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的将来，一批具备一定条件和一定规模的机床改造、翻新的专业化企业会成长起来。 　　二、大修改造方案的选择 　　此项工作如果能争得大修改造企业的技术支持可能会更好、更快些。 　　1.前期立项准备工作 　　(1)技术可行性分析 主要是瞄准改造目标及加工对象，对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理；机床的基础部件和结构件是否仍然完好；普通机床改为数控机床，要考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前的各项精度与出厂精度进行对比，是否存在差距；综合总结目前机床存在的一切故障和历史上出现过的重大故障。针对上述问题，对照改造目标和典型工件，编写改造任务书，做到改造后的机床达到一定的先进性和实用性。 　　(2)经济可行性分析 从实际可操作性出发列出几种应考虑的情况：从机床自身的价值考虑，分析要达到改造目标所需投入是否偏高；从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值；从该机床的投入产出率估算，是否能较快收回投资，然后迅速产生较好效益；机床改造后提高了机床精度，增加了功能，是否能使本单位产品提高水平，或者能有利于开发新产品，从而获得附加效益。改造资金来源可靠。 　　(3)选择机床改造者 这是一个很关键的问题。选择得好，则能顺利完成改造任务，达到改造目标；选择不好，不仅是机床改造的失败，而且浪费了资金和时间，影响生产。用户可根据后面讨论的机床改造应具备的条件来慎重选择。 　　2.技术方案准备 　　(1)机械及液压系统 作为机床的最终用户，厂方必须首先要确认，该机床机械及液压系统的状况。如：目前机床的精度，机械传动链的状况，丝杠、导轨的状况，有无重大故障等，以确定机床是大修、项修。如果是非数控机床要改为数控机床，首先要考虑机械改装的可行性，最重要的是导轨的形式及滚珠丝杠的安装。再有就是机械传动机构的传动间隙与传动刚度是否符合数控机床的要求。 　　(2)电气系统 在做数控机床改造方案时，用户可以根据机床的状态及工艺要求来选择数控系统。其一，是选择数控制造厂商，目前世界上性能及信誉较好的有：西门子(德国)、发那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法国)、FAGOR(西班牙)等。用户可在详细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的基础上，与实施改造的工程公司一道，选择一个比较适合的数控系统。其　　二，是根据机床的功能要求选择相应控制系统的类型，做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。 　　我们建议，在选择数控系统方面，要特别注意：一要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢。这样既有利于维修和管理. 第二讲 数控机床电气维修技术 　　我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。 　　一、数控技术 　　谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。 　　1.数控机床电气控制系统综述 　　一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。 1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC计算机等