机床数控化改造概述

1 前言

    使用经验表明：数控机床中，一套数控系统的有效使用寿命在6～8年。由于电子技术迅速发展，世界上****的数控系统制造公司基本上都在3～5年内更换一代产品，所以数控系统使用到6～7年后，即使想修理也很难找到零备件。随着电子技术制造水平发展，数控系统及配套附件（伺服单元及电机等）的价格在整台机床中越来越低，例如在70年代时达到50%，80年代后逐步降至1/3到1/4以下，一些大型机床只占1/10左右，因此，只要化少量投入，就可使许多关键设备重新恢复“青春”。

    我国近几年内需要数控化改造的普通设备在10万台以上，旧数控机床在4000台以上，如果改造资金能落实，这将是一个能提供几十亿到上百亿元的广阔市场。因此在机械制造业中，尤其在机床制造行业中，应该充分利用自己的技术特长，去迅速*，为国民经济的迅速发展作出自己的行业贡献。

    以下根据笔者参与北京机床研究所承接的多项数控化改造工程项目的经验，谈些体会供大家参考。

    2 数控化改造项目的可行性评估

    对一台具体设备是否需要进行数控改造、改造目的、希望能达到什么样应用指标、需要投入多少财力和人力、改造项目中有多少风险因素、****后能得到什么性能价格比？这些都是可行性评估时的重要内容。

    一台旧设备使用到一定年头后，必然会故障频繁发生、维修困难、生产效率降低、加工精度不稳定、甚至完全停机。对这样的设备是采取*报废、还是经过中大修数控改造？做出这种决定之前，首先要对现有设备的剩余使用价值作出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①CNC系统及操作子系统；②伺服系统（包括电动机）；③机床电气；④机械本体（床身、立柱、导轨和丝杠等）；⑤刀库机械手系统；⑥自动工作台交换系统（APC）等。每一个子系统根据实际情况，都可以作出相应剩余使用价值评估。例如对20年以前的数控系统，现在不可能在找不到零备件的前题下去重新整修它，那它的剩余价值是零。根据伺服系统的磨损程度，如果继续留用，应考虑整修后还有50％以上剩余价值；但考虑到新更换数控系统的匹配及追求好的伺服特性，即使旧的伺服系统没有完全损坏，或预计继续使用寿命不会太长，也可考虑*更换。这样，伺服系统的剩余价值也就决定了。机械部件的剩余价值一般都占较高比例，多项工程实践表明，一台高质量机床的机械大件磨损是有限的。我们改造过两台美国卧式加工中心，都是70年代末的产品，X方向行程1台为1.5m、1台为2.5m，导轨的直线度和扭曲都能调整到0.008mm/1000mm，导轨本身没有进一步修磨。我所8年以前出品的两台立式加工中心，在用户厂经过6年以上两班制到三班24h的不停加工使用，****近拉回我所整修中实测：一米导轨直线性磨凹0.003mm。机械手刀库部件易损件集中在几个零件上（如手爪、插销等），即使重新更换花费也不多，因此机械部件都占有较高剩余价值。

    通常对一台设备来说，机械部分有60%以上剩余价值，电气部分有20%～50%以上剩余价值，这些都是值得改造的可考虑因素。

    第二步就是对改造设备提出希望改造后能达到的目标期待值，即有什么样的机床精度和使用性能。有一些人认为，提出的改造指标应和同类新机床检验合格指标联系起来，甚至外观质量要求等，这里有合理的一面。但必须考虑它的基础是一台旧设备，是有缺陷的，要求提得太高投入的费用必然会大大增加。数控化改造和设备的中修、大修计划安排结合起来是比较合理的，可以达到较理想的使用效果。因此不从机、电、液以至外观质量整体上考虑改造后的目标值，而把它看成只要简单的换一个电气系统，改造后必然会留下一堆问题。  

    在确定改造目标值后，要进行投入财力和人力的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投入的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统；②机床电气及附件更换；③机床机械元部件精度*和维修*；④机床辅助系统（如液压系统、冷却系统等）维修*；⑤机床外观质量的*；⑥机床改造后的调试检测；⑦机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，常去修改改造目标值，降低一些次要要求以减少投入费用。

    经过上述三阶段工作，一台设备的改造方案基本已定，但必须对这方案进行风险评估。一台旧机床即使有再齐全的技术档案也不排斥存在隐患，存在一些不可预见因素影响，尤其技术含量高的设备。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状*测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。对这类问题，就要求承包工程部门根据自己的技术经验，在现场调研的基础上，做出风险评估和制订相应对策。另一种做法是委托方和承包方双方都意识到风险客观存在，在工程项目费中，设置不可预见费用来共同承担风险。总之，多项改造工程经验表明：预先正视项目的风险因素，尽管在工程实施中有许多问题，但是可以化险为夷的。事先重视，一旦出现问题有对策，是工程成功的基本要素之一。

    第五个内容是性能价格比评估。这实际上是上述第二项和第三项的综合评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性

    能相似的商品价格作为标准进行比较。例如有1台15年以前出品的卧式加工中心，电控部分已严重损坏无法维修，机械精度已丧失20％左右，估算其剩余价值在30万元左右，要改造时电控部分需投入2.5万元，机械部分整修需投入10万元，整机还要投入10万元技术劳务费，共计投入75万元。现在再买一台类似的机床需180万元。改造后机床使用性能和效率估计能达到新设备的70%～80%，使用寿命在6～8年以上（一个大修周期以上），即这项改造方案的性能价格比是可取的。

在评估中要注意：剩余价值过低的设备是不值得花大力气改造的；剩余价值偏低、投入价值太高的改造方案也是不可取的。因此旧设备数控化改造中，首要的对象是剩余价值较高的旧数控机床。这些设备机械结构和功能与新的电控系统容易实现匹配，综合效果较好。其次是普通机床中重、大型设备，这些设备原值都较高，至今还往往都是部门关键设备，值得花大力气为它改造。