1 前言 使用經驗表明：數(shù)控機床中，一套數(shù)控系統(tǒng)的有效使用壽命在6～8年。由于電子技術迅速發(fā)展，世界上名牌的數(shù)控系統(tǒng)制造公司基本上都在3～5年內更換一代產品，所以數(shù)控系統(tǒng)使用到6～7年后，即使想修理也很難找到零備件。隨著電子技術制造水平發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)及配套附件（伺服單元及電機等）的價格在整臺機床中越來越低，例如在70年代時達到50%，80年代后逐步降至1/3到1/4以下，一些大型機床只占1/10左右，因此，只要化少量投入，就可使許多關鍵設備重新恢復“青春”。 我國近幾年內需要數(shù)控化改造的普通設備在10萬臺以上，舊數(shù)控機床在4000臺以上，如果改造資金能落實，這將是一個能提供幾十億到上百億元的廣闊市場。因此在機械制造業(yè)中，尤其在機床制造行業(yè)中，應該充分利用自己的技術特長，去迅速占領市場，為國民經濟的迅速發(fā)展作出自己的行業(yè)貢獻。 以下根據(jù)筆者參與北京機床研究所承接的多項數(shù)控化改造工程項目的經驗，談些體會供大家參考。 2 數(shù)控化改造項目的可行性評估 對一臺具體設備是否需要進行數(shù)控改造、改造目的、希望能達到什么樣應用指標、需要投入多少財力和人力、改造項目中有多少風險因素、最后能得到什么性能價格比？這些都是可行性評估時的重要內容。 一臺舊設備使用到一定年頭后，必然會故障頻繁發(fā)生、維修困難、生產效率降低、加工精度不穩(wěn)定、甚至完全停機。對這樣的設備是采取徹底報廢、還是經過中大修數(shù)控改造？做出這種決定之前，首先要對現(xiàn)有設備的剩余使用價值作出評估。例如一臺加工中心，主要構成的機電部件有：①CNC系統(tǒng)及操作子系統(tǒng)；②伺服系統(tǒng)（包括電動機）；③機床電氣；④機械本體（床身、立柱、導軌和絲杠等）；⑤刀庫機械手系統(tǒng)；⑥自動工作臺交換系統(tǒng)（APC）等。每一個子系統(tǒng)根據(jù)實際情況，都可以作出相應剩余使用價值評估。例如對20年以前的數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)在不可能在找不到零備件的前題下去重新整修它，那它的剩余價值是零。根據(jù)伺服系統(tǒng)的磨損程度，如果繼續(xù)留用，應考慮整修后還有50％以上剩余價值；但考慮到新更換數(shù)控系統(tǒng)的匹配及追求好的伺服特性，即使舊的伺服系統(tǒng)沒有完全損壞，或預計繼續(xù)使用壽命不會太長，也可考慮徹底更換。這樣，伺服系統(tǒng)的剩余價值也就決定了。機械部件的剩余價值一般都占較高比例，多項工程實踐表明，一臺高質量機床的機械大件磨損是有限的。我們改造過兩臺美國臥式加工中心，都是70年代末的產品，X方向行程1臺為1.5m、1臺為2.5m，導軌的直線度和扭曲都能調整到0.008mm/1000mm，導軌本身沒有進一步修磨。我所8年以前出品的兩臺立式加工中心，在用戶廠經過6年以上兩班制到三班24h的不停加工使用，最近拉回我所整修中實測：一米導軌直線性磨凹0.003mm。機械手刀庫部件易損件集中在幾個零件上（如手爪、插銷等），即使重新更換花費也不多，因此機械部件都占有較高剩余價值。 通常對一臺設備來說，機械部分有60%以上剩余價值，電氣部分有20%～50%以上剩余價值，這些都是值得改造的可考慮因素。 第二步就是對改造設備提出希望改造后能達到的目標期待值，即有什么樣的機床精度和使用性能。有一些人認為，提出的改造指標應和同類新機床檢驗合格指標聯(lián)系起來，甚至外觀質量要求等，這里有合理的一面。但必須考慮它的基礎是一臺舊設備，是有缺陷的，要求提得太高投入的費用必然會大大增加。數(shù)控化改造和設備的中修、大修計劃安排結合起來是比較合理的，可以達到較理想的使用效果。因此不從機、電、液以至外觀質量整體上考慮改造后的目標值，而把它看成只要簡單的換一個電氣系統(tǒng)，改造后必然會留下一堆問題。 在確定改造目標值后，要進行投入財力和人力的估算，即投入資金的評估。投入資金多少與制訂改造目標高低密切相關。投入的改造費用主要由下列項目構成：①數(shù)控系統(tǒng)及相關伺服系統(tǒng)；②機床電氣及附件更換；③機床機械元部件精度修復和維修保養(yǎng)；④機床輔助系統(tǒng)（如液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）維修保養(yǎng)；⑤機床外觀質量的修復；⑥機床改造后的調試檢測；⑦機床改造所需的技術勞務費。在受改造費用限制時，常去修改改造目標值，降低一些次要要求以減少投入費用。 經過上述三階段工作，一臺設備的改造方案基本已定，但必須對這方案進行風險評估。一臺舊機床即使有再齊全的技術檔案也不排斥存在隱患，存在一些不可預見因素影響，尤其技術含量高的設備。在做改造方案時，不可能對設備進行現(xiàn)狀大解剖，不可能拿到機床現(xiàn)狀精確測試數(shù)據(jù)，因此在以后實施改造工作中還會碰到意料之外的問題。對這類問題，就要求承包工程部門根據(jù)自己的技術經驗，在現(xiàn)場調研的基礎上，做出風險評估和制訂相應對策。另一種做法是委托方和承包方雙方都意識到風險客觀存在，在工程項目費中，設置不可預見費用來共同承擔風險?？傊?，多項改造工程經驗表明：預先正視項目的風險因素，盡管在工程實施中有許多問題，但是可以化險為夷的。事先重視，一旦出現(xiàn)問題有對策，是工程成功的基本要素之一。 第五個內容是性能價格比評估。這實際上是上述第二項和第三項的綜合評估。為了在經濟上有定量分析的依據(jù)，常選一臺現(xiàn)在市場上性 能相似的商品價格作為標準進行比較。例如有1臺15年以前出品的臥式加工中心，電控部分已嚴重損壞無法維修，機械精度已喪失20％左右，估算其剩余價值在30萬元左右，要改造時電控部分需投入2.5萬元，機械部分整修需投入10萬元，整機還要投入10萬元技術勞務費，共計投入75萬元?，F(xiàn)在再買一臺類似的機床需180萬元。改造后機床使用性能和效率估計能達到新設備的70%～80%，使用壽命在6～8年以上（一個大修周期以上），即這項改造方案的性能價格比是可取的。 在評估中要注意：剩余價值過低的設備是不值得花大力氣改造的；剩余價值偏低、投入價值太高的改造方案也是不可取的。因此舊設備數(shù)控化改造中，首要的對象是剩余價值較高的舊數(shù)控機床。這些設備機械結構和功能與新的電控系統(tǒng)容易實現(xiàn)匹配，綜合效果較好。其次是普通機床中重、大型設備，這些設備原值都較高，至今還往往都是部門關鍵設備，值得花大力氣為它改造。對一些原價值不高的設備，覺得馬上報廢又可惜！還想改造后再利用一階段的設備，在確定改造應用指標時就應慎重。即從實用出發(fā)提出投入不要太大的應用指標。電控部分盡量采用廉價的簡易系統(tǒng)，改造工作量壓縮在一定范圍內，用減少投入來爭取實用的經濟效果。 3 數(shù)控化改造的基本步驟 設備的數(shù)控化改造工作一般有三種運作方式：即，設備擁有廠家自己進行，這要求這些廠家自身擁有較強技改力量；第二種方式是設備擁有廠家根據(jù)自己的技術薄弱環(huán)節(jié)，聘請技術可信的兄弟單位參加，合作承擔工程；第三種方式是完全委托一家單位承包工程。選擇承包單位必須注意考察其技術能力和商業(yè)信譽。數(shù)控化改造工作是技術含量大、技術領域較寬廣的工作，選擇對象必須有堅實技術能力、有機電綜合能力，甲乙雙方應有合作誠意，是可信任的合作伙伴；否則，光靠簡單的合同關系很難相互約束住對方，使工程進展遲緩或收不了尾。 改造步驟基本如下：（1）舊設備基本評估；（2）確定改造方案；（3）落實改造投入資金；（4）尋找委托單位，簽訂有關改造合同協(xié)議；（5）整理消化機床現(xiàn)有資料、數(shù)據(jù)；（6）現(xiàn)場測繪舊設備電氣、機械部件；（7）對CNC、PLC、機床電氣、機械改造內容進行設計、訂貨、制造；（8）對機床其余機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、輔件進行現(xiàn)場拆修、保養(yǎng)、更換；（9）對機床改造部分進行現(xiàn)場施工、安裝和連接；（10）機床聯(lián)調試驗；（11）修調恢復機床幾何精度、定位精度；（12）機床及控制系統(tǒng)各部分功能聯(lián)動試驗，工作可靠性運行；（13）機床交檢查驗收；（14）機床試生產切削運行。 當然，對某項具體工程要做的內容可能會有增減，但基本內容大致都包括了。 4 改造工作經常遇到的難點 評估困難 對一臺使用了多年的舊設備要作出確切評估是有一定困難的，尤其許多設備常缺乏必要、系統(tǒng)的技術檔案。有的二手設備原始資料已丟失，有的設備已損壞不能進行再測試等，所以要確切了解各部件磨損的程度，定量地評估各部件的剩余價值是很困難的。過高或過低評估，對確定改造方案及改造后性能價格比都帶來很多影響。因此做這項工作時，聘請有豐富經驗的專家、做必要的測繪、測試試驗、作必要的行情調研等工作都是必要的，尤其是定量分析。 最佳方案的選擇 在做每臺機床改造方案時，往往都有多種方案，總的說來改造投入資金與取得效果應成正比。盲目追求高指標和高投入是不必要的，客觀地說花再大的價錢也不能算一臺新設備。因此恰當?shù)耐度耄瑺幦嵱玫氖褂弥笜耸沁x擇最佳方案的基本原則。在做方案時，應根據(jù)機床現(xiàn)有實際水平，做出幾種可供選擇的方案，由委托方和承制方協(xié)商，在滿足使用單位實際使用壽命的前題下，采取最少的投入，這樣的改造方案就可以認為是比較好的方案。 改造系統(tǒng)和替換零部件的選擇改造一臺機床必然要更換許多零部件及電控系統(tǒng)。作為機床用戶，總是希望還能使用的元器件盡量保留，如保留原設備的伺服電機、液壓系統(tǒng)、輔助部件等，這樣改造后的一臺設備中，必然新舊零部件混合使用，效果會如何呢？我們曾改造過一臺五軸五聯(lián)動臥式加工中心，數(shù)控系統(tǒng)使用了較好的日本FANUC公司16M，在總調試車時數(shù)控系統(tǒng)工作情況很好，但液壓油管由于嚴重老化，不斷出現(xiàn)破裂漏油，在一個多月調試階段內，光換油管就占用了幾個工作日。所以在確定選擇零部件時，要考慮等效、等使用時間的匹配。即全功能的機床才配用全功能數(shù)控系統(tǒng)，新的部件有多年以上使用有效期時，保留的老部件使用壽命也要求與它相匹配，或者有相應措施。例如機床改造時考慮機械大件的精度修復、滾珠絲杠精度修復和重調預載、液壓油管和密封圈的更換、新的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字式控制和老機床上模擬量控制的伺服電機不匹配時就要考慮更換伺服電機，或者采用較老的模擬量控制數(shù)控系統(tǒng)。對一些各種來路的國外舊機床，還必須考慮公制和英制的標準化問題，英制的標準件、螺紋、管接頭、軸承都會給更換帶來一些新的問題，甚至還要準備英制通用工具。 驗收技術條件的確定 驗收條件是每個改造項目必須考慮的，這往往在執(zhí)行改造項目時，委托方和承接方最容易出現(xiàn)分歧的地方。這反映在委托方對設備有較高希望值、承接方對原設備估計不足出現(xiàn)漏洞、而驗收條件又沒有統(tǒng)一標準可依等情況下，到項目后期驗收時最容易出現(xiàn)各說各的理的局面。所以在制訂驗收條件時，可以參考同類新機床的行業(yè)標準和該機床的出廠合格單原始記錄，分析該機床目前精度保持情況，必要時做機床實際精度測試，依據(jù)這些原始數(shù)據(jù)雙方針對改造部分提出合理的驗收技術條件。例如一臺機床改造只更換了數(shù)控系統(tǒng)，那在驗收條件中對功能和工作可靠性應有詳細規(guī)定，但對機床幾何精度提要求就欠缺考慮?？傊f設備改造工作是綜合性的高技術工作，不可預見的因素較多，所以在驗收時總會出現(xiàn)一些反復，這時雙方能夠以合作伙伴的精神來友好協(xié)商，絕大部分問題都是能妥善解決的。 項目施工計劃的掌握 項目改造周期根據(jù)設備復雜程度約在1～6個月以上，在保證質量的前題下周期越短越好。對一臺較復雜的中大型設備施工周期如下。 舊設備技術資料消化、電氣測繪、機械測繪、機床原始性能測試需20～40天； 機械、電氣、CNC設計訂貨和制造需90～150天（主要用于進口元部件訂貨周期和大型復雜零件制造周期）； 機床改造部分安裝連接需30～60天； 機床聯(lián)調和驗收需30～40天。 上述周期僅供參考。承接方技術能力強，準備工作做得齊全，施工周期可以大大縮短。最糟糕的是在現(xiàn)場調試中才發(fā)現(xiàn)缺少零部件或損壞零部件，重新再去訂貨或設計制造，這樣就使施工周期遙遙無期，甲乙雙方都會受到很大經濟損失。