机床再制造总体实施方案方法和田玉器

2018-08-02 17:28:24来源：《金属加工（冷加工）》

中车戚墅堰机车有限公司自20世纪80、90年代以来，陆续从国外引进了一批高精密和重型大型机床，这些机床对公司主产品关键零部件加工起决定性作用，并且具有产品加工工艺不可替代的特点，该批设备随着使用日久和寿命周期的逐步接近陆续进入技术状况加速劣化周期，部分设备其性能和精度已不能满足产品加工的要求，对于这类设备，以往一般采用检修、大修和改造后降级使用，并逐步实施更新的模式。

在当前中车戚墅堰机车有限公司主产品以多品种、小批量为主的情况下，这种模式很难适应生产需要，且投入产出经济性较差。如何使技术已劣化的高精密和重型大型机床恢复性能精度满足产品加工需要并具备新的机床寿命周期，成为中车戚墅堰机车有限公司探索和研究的一项重要课题。

现就德国产重型数控机体龙门加工中心再制造工程的探索与实践过程进行阐述。

机床再制造可行性探索分析

（1）机床失效形式对机床再制造可行性有指导意义。高精密、大型及数控机床随着役龄的增加，其机床失效形式主要体现为技术失效和物理失效。通常所说的机床技术失效，即由机床的无形磨损决定的，是从全新状态开始使用因技术逐步落后而导致无法适应产品加工工艺需要的一种失效形式。机床物理失效，即由机床的有形磨损所决定的，是从全新状态开始使用，产生有形磨损，造成机床性能逐渐老化、精度逐渐劣化而损坏的一种失效形式。

（2）失效机床的恢复方式对机床再制造可行性提供了判断依据。高精密、大型及数控机床往往承担企业主产品关键工序加工，一般具有不可替代的作用，这类机床具有技术含量高、结构复杂程度高和自动化程度高的显著特点，虽数量占比低，但平均单价极高，对性能改造、技术升级或再制造及技术附加值高低、自动化水平所决定的。

（3）机床技术附加值高低是判断机床再制造可行性的基础。由于各机床制造厂机床产品的品牌价值、技术附加值的不同造成市场价值有极大的差异。大型及数控机床其技术含量、技术附加值和品牌价值相对较高，从而使该类机床市场溢价较高，因此，机床产品再制造的可行性程度就大。

（4）机床再制造的经济性是判断机床再制造可行性的关键性因素。该机床1991年投用，当时购置费为人民币1 750万，如现购置一台同制造商、同型号和同规格的新机床需5 500万人民币左右，因此，充分利用国内制造成本、技术资源成本、人才资源成本较低和原有机床品牌价值和技术附加值高的因素，对该机床实施再制造，则经济效益非常明显。

制定机床再制造总体实施方案

实施机床再制造，首先须确定再制造质量目标，其次须掌握和了解该机床的功能失效特征和数据、零部件性能退化的特征和数据。

（1）机床再制造质量目标。恢复或提升整体性能，恢复或扩展整体功能，达到整体出厂检验精度，达到新的使用寿命周期。

（2）充分掌握机床原有技术状况。①汇总机床之前3年高频率故障发生项点和当时故障排除的方法和措施，分析判断机床零部件失效特征，如工作台运行爬行严重，经检测确定床身蛇形变形，导轨、X轴蜗杆/蜗母条有较严重磨损，整机机床精度下降严重，工作台导轨面、压板静压区面已经部分受损。②对整机动态精度、静态精度、附件铣头精度及其他所有精度项点进行检测并记录，与机床原出厂交验精度进行对比分析，同时，对之前3年加工的柴油机机体168件作为采样样本，并对样本组的8个关键加工精度项点进行采样汇总，应用minitab统计分析软件对8个关键加工精度项点的一致性、离散性和趋势性进行描述性统计和正态性检验评估，如柴油机机体主轴孔同轴度和孔与孔位置度精度严重超差，且有加速劣化的趋势，并经检测确定Y轴横梁导轨变形磨损严重，导轨上部的卸荷导轨面磨损严重，静压浮起量几乎为零，Y向进给系统有噪声，Y、Z和W轴滚珠丝杠有明显磨损和剥离点，8个附件铣头中有6个铣头精度丧失，主轴锥孔磕碰划伤严重，卸油回路失效，强制润滑系统失效，主轴轴承磨损严重。③对机床进行拆解，并对所有大部件、零部件以及静压系统、液压系统、冷却系统、电器系统和辅助配套系统进行检测，确定失效或预计失效的零部件及相关数据，为确定零部件的更换或保留提供技术依据。

（3）制定机床再制造实施方案。①对整机和所有附件铣头的现有动静态精度及功能进行全面检查和检测，并书面记录。②基于已磨损或功能失效和可预期时间内有可能失效的所有零配件均需更换的原则，详细列出更换件清单，包括电器系统、数控系统、液压系统、冷却系统、静压系统和辅助系统等，明确规格、型号、品牌及制造厂，并组织采购，同时掌握长周期供货配件。由于铸造件经过长期自然时效，其残留应力释放更加充分，整修后精度稳定性更好，故确定保留所有铸造件。③组织对机床进行全面拆解，对工作台、床身、升降横梁、滑枕和主轴、溜板以及所有导轨面、结合面、传动机构及附件铣头等进行检查和检测，并书面记录，依据检测结果，制定所有基础大部件的加工精度、刮研精度和结合面的结合精度，同时按拆解→检测→整修→安装→调试的整个流程编制《机床再制造整修工艺过程卡片》。④依据功能提升的目标，如主轴中心出水压力由0.1Mpa提升为0.3Mpa；滑枕拉刀油缸、拉附件头油缸及附件头调扫刀油缸及整体液压系统进行功能整合集成改造；附件头拉头机构为老式旋转T型拉钉结构改为碟簧、液压双重拉紧液压松开的卡爪结构；横梁调平装置原采用模拟机械调整横梁平衡结构，改为采用数字编码器控制调整等技术改造方案。⑤按照机床技术准备→拆解→检测→整修→装配→安装→调试→加工工艺验证的再制造整个流程编制机床再制造工程进度计划表，按周为时间节点确定每周的工作内容及要求。

分析该机床再制造技术难点及解决措施

要实现机床再制造的质量目标，需确定影响实现目标的关键性技术难点以及制定切实可行的解决措施。

（1）X轴静压蜗杆蜗母条是该机床最重要的部件之一，对表面磨损和部分剥离的修复并恢复到原有状态在国内一直以来没有很成熟的经验，国内制造的产品的质量水平与进口件亦有一定的差距，我们与该部件国外原制造厂联系，如采购整套进口件，其费用约需35万欧元左右，且交货期须12个月，这是我们无法接受的。因此，我们通过大量查阅资料，咨询国内外主要机床厂的专家，结合我们的判断，制订了利用蜗杆蜗母两头无磨损的部分拓模制作模型，以该模具为基准刮研蜗杆蜗母条副，达到规定的法向间隙精度标准的修复方案，实施后完全达到精度要求和功能要求。

（2）Y轴横梁动载调平装置原采用模拟机械结构调整横梁动载平衡，该套装置已失效10年以上，导致加工产品须通过补偿修调进行，且精度不稳定，经过查阅资料、分析原理，制订了采用数字编码器控制达到横梁动载精度的稳定的改造方案，最终彻底恢复了横梁动载平衡功能，保证横梁动载精度的稳定。

（3）机床主轴附件铣头拉紧系统是该设备频繁发生故障的部位，由于该设备是原制造厂的早期产品，故每次发生故障均须全套进口更换，且费用高、周期长，严重影响生产。为此，对原结构进行重新设计改造加工，改造为碟簧、液压双重拉紧液压松开的拉爪式结构的方案，该方案实施后提高机床附件铣头拉紧动作的准确性和工作的可靠稳定性，提高维修的便利性，经过两年多的使用效果非常明显。

（4）机床失效关键件的替代是决定再制造工程是否能成功的决定性因素，由于国外制造厂考虑知识产权和技术保密。因此，既要更换失效和预计失效的零部件又要对改造部分的零部件替换进行重新设计，且最终要达到和优于原制造厂性能水平和出厂精度标准，如8个附件铣头主轴和主轴轴承进行配置检查平衡精度和配置组装，最终保证附件铣头的精度和稳定可靠。

（5）建立项目创新管理模式，严格过程质量控制。为保证再制造达到理想的质量目标，我们创新性编制了共计24项28页的《机床再制造整修工艺过程卡片》，明确检查、修理责任人和切实有效的落实各项工作，并对过程由专家团队做好监控，采用《机床再制造整修工艺过程卡片》这一管理方式在行业中具有独创性和先进性。

机床再制造实施完成后的效果

（1）机床达到和优于原机床制造厂出厂验收标准，并基本达到机床原出厂交验实测精度（见附表），这在中车戚墅堰机车有限公司尚属首次，在国内同时期进口的同类型机床亦是重大突破，为中车戚墅堰机车有限公司大型精密进口设备精度提升和性能恢复提供了一个成功的范例，同时为公司大型精密设备的再制造积累了经验。

（2）恢复和提升了机床中心出水、拉刀机构、液压系统及横梁平衡系统等装置的性能，成功实现机体精加工的目标，同时，解决了公司柴油机机体精加工的瓶颈。

（3）投入使用近3年时间，承担各型新造机体、修理机车柴油机机体精加工约385台，合格率为100%，产品加工质量可靠，精度稳定，主轴孔孔径等关键产品精度项点过程能力指数Cpk由1.16提升至1.36，提升近20%。设备故障停机率比之前大幅降低50%以上。

（4）该机床再制造全过程的相关制造费用、外购件费用、人工费用及外单位协作费用的总费用共计436万人民币，只占到当前新购置同制造商、同型号规格和功能基本相同机床供货价格的8%左右，为公司提供了一台具有新的寿命周期加工母机，其经济效益非常显著，更重要的是培养一批机床再制造专业化人才。

实现机床再制造目标的方法有各种各样，并没有固定的模板，也不是一成不变的，需要不断的探索和实践，但在保证机床再制造经济性和技术可行性的前提下，实现机床再制造的质量目标是再制造工程不变的宗旨。从中也可以看到，针对高精密、大型及数控机床的再制造工程是作为机床直接用户期盼和急需的，也是大有市场的，因此，我们认为机床再制造只有适应市场的需要并且为市场用户所接受，才是机床再制造工程可持续发展的真正突破。

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