机床改造实例

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1、一、东方电机的“大型发电装备的重大关键加工设备数控化改造工程”已在东方电机公司完成数控化改造并投产使用的各型机床共计 15 台。具体型号为齐一机2.5 m立车2台武重 3.4m立车2台武重 6.3 m立车1台C6140车床1台C6150车床1台俄罗斯15 m卧车1台俄罗斯10 m卧车1台捷克5 m卧车1台X5032铳床4台（2台为4坐标） 160大型镗铳床1台所改造的设备在东方电机公司的水轮机零件生产加工中应用良好，并成为了企业的 主要生产设备，为该厂制造三峡电站机组及 100MW 核电机组打下了基础。此外，国产 数控系统在大型设备中的应用，在国内引起了重大反响，许多企业由此树立起了对使用 国

2、产数控系统的信心，如常柴公司和南飞公司都是因为上述工作影响而成批选用华中 I 型系统，为国产数控系统的应用推广起到了很好的示范作用。在东方电机的部分应用情 况见图 1图 7。图 1 改造的 15m 重型卧车图 2 改造的 10m 重型卧车加工电机轴=J厂 1J图4 改造的3.4 m大型立车图3改造的6.3m大型立车图5 改造的2.5 m大型立车E卜t图7柴油机在常柴 2.5m大型立车在加工水轮机叶轮生产线及模具数控加工应用示范工程”实际完成华中I型系统应用18台。具体型号为:德国C630卧式加工中心7台德国Deckel柔性单元4台日本牧野仿形铳1台大河立式加工中心1台国产龙门加工中心1台国产C

3、630车床1台XH7640加工中心2台（新机床）XH5660仿形铳1台（新机床）上述设备，除有 3 台柔系性单元由于机械部件过于老化需进一步整修外，其余的均已投产应用，用于柴油机缸体、缸盖及模具的加工，并已生产联线。此外，对模具加工的2台加工中心、2台仿形铣和龙门铣实现了网络化互接。在网络化联接中，除实现与总 厂的 CAD/CAM 系统连接，实现连接程序的下载外，还可实现设备间的信息相互共享， 可在加工中心上直接获得仿形铣的仿形结果，使得仿形铣数据可供多台设备使用，大大 节约了昂贵的仿形铣设备购置费用。目前，这些设备运行状况良好，产生了重大经济效 益，获得用户满意。此外，在应用台数上，已经超额

4、完成了合同规定计划任务。常柴公 司的应用情况见下图 8图 11。*图 8 由改造的德国加工中心组成的生产线图 9 改造后的德国柔性单元图 10 改造后的日本仿形铣进行模具的仿形加工图 11 常柴公司指定配用华中 I 型的订购加工中心图 12 所加工的部分模具三、南昌飞机公司应用在南昌飞机制造公司完成 7 台美国麦道公司二手设备进行了改造，此外配用 2 台国 产铣床。具体型号为：T250转塔铳4台数控下料铳床1台辛辛那提卧式加工中心1台德国4轴工具磨床1台国产300铳床2台该批设备有7台用于波音737-700飞机后缘肋、封闭肋，K8飞机的柜接头、墙接头、 前仪表盘骨架、中（左、右）舱仪表板等结构

5、零件加工及相关模具加工；2 台小型铣床用 于飞机模线样板加工及企业培训。其应用情况见图 13图 14J-I图14 4坐标工具磨床四、通过改造，解决的关键技术机床改造涉及的机床设备种类多、大型设备及柔性单元控制复杂、可靠性要求高。 此外，许多进口旧设备资料不全，特别是要求局部改造时，其改造复杂度大和工程工作 量大。为此，针对各种设备的特点和原系统存在的不足之处，对华中 I 型进行了开放化 和功能扩充，同时进行工程化开发，使系统功能得到发展，系统可靠性得到提高。此外 除完成数控改造工作外，还结合企业生产，进行了相应加工工艺研究，使数控设备能得 到良好应用，受到了企业的欢迎。在技术研究方面，主要解决

6、了以下几方面的关键技术：1）大型设备的数控系统技术（1）大型设备控制中的抗干扰和信号长线传输技术在伺服驱动方面，开发了 RS422数字伺服通讯，克服了交流伺服的长线干扰；在系统强电方面，开发了 RS485 远程接口，提高了传输可靠性，并使数控系统连线极大 简化。此外，进一步将网络技术引入到控制中，对操作按钮站与电柜以局域网连接，简 化系统的联线。（2）大型设备的远程操作控制和图形显示跟踪技术 采用前后台双机结构，前台用于伺服控制，后台进行操作控制，避免了大型机床的 软、硬盘操作及普通 VGA 传输距离过长问题；设计了以数字通讯方式的远程操作盒，避 免了长距离的信号干扰问题；（3）大型设备的机械

7、传动间隙和传动误差补偿技术 考虑到大型机床的丝杆误差大，开发了双向补偿方式，并将补偿点扩展至 1024 点， 较好地满足了大型设备的要求。（4）大型设备的双立柱运动同步控制技术 龙门式大型设备的两个立柱需要同步运行。为此，开发了光栅尺接口和基于光栅尺 全闭环的立柱双同步控制技术，通过软件技术对两个立柱运动进行比较控制，实现同步 控制。（5）大型零件的装夹找正和对刀调整补偿技术 为解决大型零件的装夹、找正困难的问题，减少加工辅助准备时间，在华中 I 型上 扩充了测量功能，可配用触发式测头进行在线测量，方便零件的加工找正。2）曲面加工数控加工技术（1）复杂曲面多轴联动数控编程加工 针对复杂的水轮机

8、模型叶片，结合改造的四坐标数控铣床，配套开发了其叶片加工 数控编程系统，使东方电机原在进口五轴机床加工的叶片，可在四轴机床上进行。此外，大型水轮机叶轮五坐标加工十分复杂，且效率不高，该厂的大型叶轮加工一 件约需半年（使用的五坐标大型铣床为426 万美元，且加工软件为引进）。为此，在前期 合作的基础上，东方电机还进一步与项目组合作，研究大型叶片五轴加工的优化问题。（2）数控机床和 CAD/CAM 的网络化集成开发了数控系统的网络化技术。在常柴公司的模具加工车间中，利用Internet技术， 使数控机床可以方便联网，使总厂 CAD/CAM 和分厂模具车间实现异地信息共享，可使 CAD/CAM 工作

9、站的加工程序直接传送至数控机床。此外，由于是网络化连接，还实现 了机床间的信息共享，可使仿形铣的数字化信息直接传于其它数控机床加工，充分发挥 仿形铣的使用效率，从而减少昂贵的仿形机床的配备。（3）数控系统海量程序的连续加工技术 模具加工特别是数字化仿形信息十分庞大，常规 CNC 无法容纳，需要分块加工或以 DNC 来进行程序储存和加工服务。为此，结合 PC 的大容量硬盘，开发了海量程序的连 续执行技术，可对大至 2Gb 的零件程序实现直接加工，极大地方便了模具加工。系统可靠性和工程化技术3）柔性单元和数控生产线控制技术通过对带托盘和上下料机构的 4 台 Deckel 柔性单元改造，了解了柔性单

10、元的控制特 点，并基本掌握了控制技术；配合常柴公司，通过对柴油机典型零件工艺的分析，使用 8 台卧式加工中心，构成 了柴油机缸体、缸盖零件的生产线；通过成批改造机床，并在生产中运行，对系统暴露出来的不足问题进行了不断改进， 特别是对伺服驱动部分进行了大的改型设计，使系统的软硬件不断完善，可靠性不断提 高。目前，已基本掌握系统可靠性技术，实现了生产中的稳定运行，获得了用户满意， 并认为：国产数控的可靠性有了很大进步，与国外产品相比差别已经不大，已经可以接 受使用。五、数控化改造直接经济效益和间接经济、社会效益 1、设备的数控化改造，提高了机床性能和质量，为工厂产品创新创造加工条件，增强了 企业的

11、生产能力。例如常柴股份公司 1974 年从日本牧野公司引进一台用于模具加工的仿型铣床，其控 制系统是分立元件组成，X、Y、Z轴驱动采用的是液压脉冲马达，由于年代久远，分立 电子元件均已严重老化，故障频繁，维修困难，没有被件，尤其是仿型测头更是难以“伺 候”；经过我公司改造后，该机床可实现三种加工方式。 1.数控加工；2.边仿形边加工； 3. 边仿形，边加工，边记录数据，机床的性能和加工范围大大扩大，投入使用后，机床 使用正常，性能稳定，效率大为提高，为工厂新产品开发、生产了很多磨具。又如东方 电机股份公司 2.5、 3.4、 6.3 立式车床经过改造后，除满足普通端面和外径切削外，对于 一些异

12、形面，如锥面、圆弧面、内外球面和各种流线型回转面都可进行加工，大大扩大 了机床应用范围。据初步统计，东方电机公司所投产的 15 台设备，可形成年产值3800 万元的数控加工 能力；常柴股份公司的加工线，可形成缸体、缸盖零件 6000 件，年产值为3200 万元的 生产能力，由仿形铣和加工中心网络化后组成的模具加工系统，可实现年产柴油机零件 模具30余套、产值1500万元；南飞公司所改造的二手数控设备，用于波音 737-700飞 机后缘肋、封闭肋，K8飞机的柜接头、墙接头、前仪表盘骨架、中（左、右）舱仪表板 等结构零件加工及飞机模线样板加工，提高了效率及质量，形成年产值 800 余万的飞机 零件

13、加工能力。2设备的数控改造，可以有效提高工件加工精度和效率。经过数控改造后的机床其加工精度和效率比原有都大为提高，大大提高了加工质量 和效率，东方电机厂的大型设备改造，为其三峡电站机组、 100MW 核电机组制造、提高 出口机组质量提供了良好加工手段。如大型水轮机的泄水锥原在普通立车上加工需 60 小 时/件，型面误差达2mm。6.3立车改造后，加工球体轴承座零件S900，其直径偏差在 0.03mm以内，远远满足原零件规定直径偏差0.09mm的要求，过去加工此零件需120小 时（包括打磨处理），而机床改造后加工时间减少到20 小时（不需打磨），仅此提高效率 6 倍。在常柴公司的应用中，其改造的

14、加工线在柴油机缸体、缸盖生产中，可大大提高 生产效率和质量，可提高工效 50-80%并降低废品率，且可减少产品换型的生产准备时间； 所改造的日产仿形铣，2 年来加工了柴油机模具几十套，还还加工了华宝空调的模具，共 创产值 3000 多万。3设备的数控改造，产生显著效益。 机床的数控化改造，产生的经济效益从两个方面来看，一是节省购置同类数控设备 资金，一是改造后机床能发挥作用，特别是重型、专用机床更为明显，如购买一台 15 m 数控卧车价值2000万，一台6.3m数控立车价值1000多万，据在东电、常柴、南飞三 个企业的初步统计，数控改造为企业节约了设备购置费用达 9645 万元。（1）东方电机厂东方电机厂共数控改造 15 台，其改造及节约费用如下表。设备类型新购费改造费节约购置费5台大型设备（15 m和10m卧车、6.3m立车等）5000 万450万4550 万6台中型设备（5m卧车、2.5m立车等）1700 万300万1400 万4台普通设备（三、四坐标铳床）240万80万160万合计6940 万830万6110注：上述费用不包括机床原值2）常柴股份公司在常柴公司共改