機床作為工作“母機”，在制造業(yè)中占據(jù)著核心地位， 它幾乎是所有工業(yè)領域的基礎設備。我國目前作為全球制造 業(yè)規(guī)模第一的國家，機床行業(yè)確實存在中低端產(chǎn)能龐大，高 端領域嚴重依賴進口的問題，這也導致我國擁有數(shù)量龐大的 超負荷運轉(zhuǎn)、磨損十分嚴重的陳舊設備。對于機床擁有者來 說，購買新機床不但要有一筆龐大的資金投入，而且還要承 擔地基改造、產(chǎn)品延期等風險。根據(jù)國際相關(guān)組織的資料記 載，只需花費購買相同新機床30%以下的費用，投入到大修改 造中即可獲得相同的使用效果，即使將原機床的結(jié)構(gòu)性能進行 徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%左右的價格，顯著 的經(jīng)濟效益是機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動力。

　　1 大修方案的選擇

　　(1)前期立項準備工作

　?、偌夹g(shù)可行性分析

　　主要瞄準改造目標及加工對象，對被改造機床進行結(jié) 構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀的全面分析。圖1所示為4米立 車，這是武漢重型機床集團80年代的產(chǎn)品，目前已經(jīng)是第三 次維修。此次維修的目的是對落后的數(shù)控系統(tǒng)實施改造，以 及對機床精度的恢復。

　　在此階段中，工程人員首先對機床現(xiàn)有主要加工產(chǎn)品進 行調(diào)研，收集了近期一批零件的圖紙，明確零件的形狀、加 工公差和表面粗糙度的要求，作為機床大修后應達到工作精 度的依據(jù)，并選擇典型產(chǎn)品零件作為大修后工作精度檢驗的 試件，并在采用試件加工后，取得試驗數(shù)據(jù)。應用幾何精度 誤差對工作精度誤差的影響，工程人員分析整理了可能造成 該結(jié)果的原因，計劃在拆卸后首先安排相關(guān)大型零件進行精 度檢查。

圖 1 4 米立車改造前外觀圖

　　在對該機床的機械圖紙和裝配工藝手冊(圖2)進行分 析后，工程人員分析了該機床大修改造后精度還原的難度， 同時篩查了需要長期訂貨的外購件，尤其對是傳動過程中影 響傳動精度的軸承、編碼器等進行了整理。在此過程中發(fā) 現(xiàn)，該機床具備自動拉刀功能， 由于沒配置刀庫，此功能在 實際工作中用處不大;且該套機構(gòu)結(jié)構(gòu)過于落后，許多配件 型號現(xiàn)已無法采購，不具備恢復的意義。在與機加公司商議 后，工程人員提出了對該刀架結(jié)構(gòu)進行改造，去掉自動拉刀 功能的方案，以節(jié)約改造成本、減少刀架重量。針對上述問題，工程人員對照改造目標和典型工件，編寫了改造任務 書，做到改造后的機床達到一定的先進性和實用性。

　　②經(jīng)濟可行性分析

　　對于該機床，工程人員首先預估了它的現(xiàn)有價值，與現(xiàn) 有4米立車標準產(chǎn)品進行價格對比，按照改造任務書的項目 進行價格估算，將改造預算初步控制在標準產(chǎn)品費用減去產(chǎn) 品現(xiàn)有價值的一半。

　?、蹐F隊人員確定

　　人員確定是推進項目進展的重要一環(huán)，將任務明確落實 到個人是確保項目高效推進和成功交付的核心管理手段。這 樣做可以明確責任邊界、減少等待時間、增強問責制、優(yōu)化 溝通與協(xié)作、快速響應，避免因為工作無人認領導致任務懸 空、工作好像有人在做導致效率低下、分工不明個人加班趕 工導致士氣低落。

　　該項目的工程人員確立了項目監(jiān)管部門負責人、項目總 師、機械主管、電氣主管、機加工藝主管、裝配工藝主管、 生產(chǎn)主管、裝配主管、質(zhì)量檢驗主管等，并定期開展項目進 度推進會議確保項目順利落地。另外，項目人員最好要全身 心投入本項目，不然很容易消磨隊員熱情，造成項目拖期。

　　(2)技術(shù)方案準備

　　①液壓系統(tǒng)

　　對于液壓系統(tǒng)的考慮，工程人員首先明確了設備的油 路，以及油路的出油情況，出具了兩套方案：一套是由裝配 人員清理油箱(圖3)及液壓元件，測試液壓元件的狀況， 列出液壓元件更換清單，再統(tǒng)一采購更換。這種方案的好處 是可以繼續(xù)將原油箱利用起來，盡可能地減小投入成本。

　　另一套方案是成套采購新油箱(圖4)。因為當時的液 壓系統(tǒng)設計已經(jīng)被淘汰，當前立車產(chǎn)品已將液壓站集成起 來，結(jié)構(gòu)更加緊湊，優(yōu)化了地基空間的使用，液壓站整體質(zhì) 量和外觀也有了很大的提升，采購成本和生產(chǎn)周期也能滿足 需求。

　　該臺機床是80年代的設備，老式油箱是廠里自行焊接 的，隨著時代的發(fā)展， 目前液壓系統(tǒng)設計部門早已裁撤，油 箱早已成套采購多年，懂得液壓元件的師傅們少之又少，難 以安排進項目組，且油箱上的油漬深厚，沒有清理場地和清 理手段，師傅們也沒有信心能夠還原油箱上的閥組，導致第 一套方案難以實施。經(jīng)過會議討論，最后確認了第二套方 案，且經(jīng)過液壓系統(tǒng)的重新設計后，成本也得以控制。

圖 2 4 米立車裝配工藝手冊

圖 3 改造前的油箱

圖 4 改造后的油箱

　　② 電氣系統(tǒng)

　　該機床原有的控制系統(tǒng)年代已久，電氣系統(tǒng)老化，外 加系統(tǒng)時有故障發(fā)生，配件難以采購等多種因素，不能滿足 現(xiàn)有的機床所有的使用要求，為此工程人員更換了機床的數(shù) 控系統(tǒng)。在提前與數(shù)控系統(tǒng)廠家聯(lián)系后，廠家派技術(shù)人員一 起勘探現(xiàn)場，對原有數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、外圍 電路、電機等進行了統(tǒng)計，確定了一套替換方案，最終確定 成套替換。如果需要單獨更換數(shù)控系統(tǒng)，可以根據(jù)機床的狀 態(tài)及工藝要求來選擇數(shù)控系統(tǒng)。其一，是選擇數(shù)控系統(tǒng)制造 商，聯(lián)系廠家安排技術(shù)人員一道現(xiàn)場調(diào)研，選擇一個比較適 合的數(shù)控系統(tǒng);其二，是根據(jù)機床的功能要求選擇相應控制 系統(tǒng)的類型，這樣做能保證系統(tǒng)滿足設計要求又不提高采購 標準。

　　數(shù)控系統(tǒng)選定后，要確認驅(qū)動系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)是否可以 匹配，決定是否更換驅(qū)動系統(tǒng)。對于機床測量系統(tǒng)，要考慮 老機床所配的測量元件是否是感應同步尺或旋轉(zhuǎn)變壓器等， 如果是的話要替換成脈沖編碼器、光柵尺、圓光柵等，但一 般來說，編碼器、光柵尺、圓光柵的采購周期較長，為不影 響維修進度，需要工程人員提前安排訂貨。

　　③機械系統(tǒng)

　　首先要考慮機械改裝的可行性，最重要的是導軌及傳動 機構(gòu)的安裝調(diào)整。前期工程人員通過機床工作精度誤差對其 幾何精度的影響進行分析后，確定是否需要對導軌部分進行 精度檢查，檢查標準可查看初次裝配時的裝配工藝手冊——這 項非常重要。如圖5所示是刀架體斷面圖。

　　在之前的一個項目中，工程人員安排裝配人員在滑枕拆 卸后推表檢測滑枕的直線度、平面度與各面間的垂直度，均 滿足設計標準，便決定不返修滑枕。刀架體與滑座的靠面A 面與滑枕與刀架體的靠面B面以及G孔之間的精度，工程人員 進行過返修處理，送到裝配安調(diào)時，裝配人員將滑枕落于B 面上，滑枕上表面為C面。G孔中穿檢套檢棒，推C面對檢棒 正側(cè)母線的平行，結(jié)果超差很多。工程人員又將滑枕吊出， 聯(lián)系質(zhì)檢人員檢測，發(fā)現(xiàn)滑枕自身精度超差不多，不足以達 到上述結(jié)果。忙活了很久，排除很多影響，甚至質(zhì)疑過刀架 體返修不合格，讓機加師傅很不高興，最終還是把滑枕送去 返修了，耽誤了兩三天，滑枕返修回來，繼續(xù)安調(diào)發(fā)現(xiàn)還是 超差嚴重。工程人員沒有找到問題的原因，于是聯(lián)系了很多 專家到現(xiàn)場解決問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是檢套與G孔的配合太松，導致精度嚴重超差，如圖6所示。

　　從此次事件工程人員吸取了教訓，涉及到影響機床幾何 精度的導軌面的大件，工程人員拆卸后都會第一時間送去質(zhì) 檢部進行精度檢測，不把問題帶進裝配現(xiàn)場，防止因為不明 確是否因為零件自身精度影響裝配導致來回返工，嚴重耗費 人力物力財力和精力。

圖 5 刀架體斷面圖

圖 6 滑枕找正過程

　　其次，工程人員還要統(tǒng)計機床內(nèi)的密封圈、油鏡、彈簧 等易損件，提前采購以便更換。一般來說，因為年久機床表 面都會結(jié)成一層厚厚的油污，需要清理重新刮膩子、刷漆， 零件表面走線、走管也需要換新。

　　2 項目實施

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　　機床拆卸過程中，注意做好記錄和標識，拆卸前應該先 拍照，這樣做可以后期查看重要零件是否丟失，可以在裝配 無法還原時參考、還可以查看改造后對比效果等。同時，工 程人員還需要對機床的系統(tǒng)參數(shù)和PLC參數(shù)進行備份。

　?、诎舱{(diào)階段

　　安裝調(diào)整階段，機械主管要堅持在施工現(xiàn)場指導工作。 一方面可以掌握項目進度的的第一手信息，同時也能進行技 術(shù)指導，進行資源調(diào)配，調(diào)解沖突矛盾、確保生產(chǎn)安全等。 現(xiàn)場出現(xiàn)問題，如果不及時解決，就會造成問題堆積，補救 成本高昂，嚴重時可能會導致項目停滯。設備安裝完成后， 及時聯(lián)系電氣主管完成機電聯(lián)調(diào)，數(shù)控系統(tǒng)的最終調(diào)試，驅(qū) 動系統(tǒng)的參數(shù)最佳化調(diào)節(jié)等工作，并為驗收工作做準備。

　　③試加工驗收

　　機床調(diào)試結(jié)束后，就可以開展驗收工作。首先按照制 定的合格證對機床的幾何精度和位置精度進行預驗收，采用 標準試件進行加工，精度達標后就可以聯(lián)系用戶進行終驗收 了。圖7為本臺機床改造前后的位置精度檢測結(jié)果，已達到 出廠前的精度要求。

　　④資料整理以及培訓保修

　　驗收結(jié)束后，要及時對項目中的技術(shù)文件、積累的知 識、規(guī)范、流程、吸取的經(jīng)驗教訓等進行整理。這樣做不但 可以幫助項目復盤，還可以提高再次啟動類似項目的效率， 還有利于形成規(guī)范的作業(yè)流程，降低風險，加速新成員的上 手。另外，驗收后還需要向用戶提供機床使用說明書等技術(shù) 資料與開展設備操作保養(yǎng)培訓，后續(xù)將按時隨訪用戶使用情 況，收集用戶體驗資料，并收入項目文件中，圖8為4米立車 改造后的機床外觀圖。

　　3 結(jié)語

　　隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、人工智能等 科技領域的高速發(fā)展，未來智能機床一定會是機床行業(yè)發(fā)展的一大趨勢。我國擁有數(shù)量龐大的普通數(shù)控機床，推動老 舊機床的智能化改造，也必將成為未來機床行業(yè)的重要發(fā) 展方向。這即是機遇，也是挑戰(zhàn)。機床行業(yè)是制造業(yè)的“基 石”，機床人要以開放、包容的心態(tài)迎接技術(shù)革新，從個人 技術(shù)、到企業(yè)布局，進而提升到國家整體發(fā)展戰(zhàn)略，在智能 制造領域拼出一個屬于中國機床人的全球領先地位。

圖 7 機床精度檢驗單

圖 8 4 米立車改造后外觀圖