機床作為工作“母機”，在制造業(yè)中占據著核心地位， 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量龐大的 超負荷運轉、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、產品延期等風險。根據國際相關組織的資料記 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，即使將原機床的結構性能進行 徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%左右的價格，顯著 的經濟效益是機床大修及數控化改造行業(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 構、性能、精度等技術現狀的全面分析。圖1所示為4米立 車，這是武漢重型機床集團80年代的產品，目前已經是第三 次維修。此次維修的目的是對落后的數控系統(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有主要加工產品進 行調研，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，并選擇典型產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，取得試驗數據。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 該結果的原因，計劃在拆卸后首先安排相關大型零件進行精 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，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;且該套機構結構過于落后，許多配件 型號現已無法采購，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構進行改造，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。

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　　對于該機床，工程人員首先預估了它的現有價值，與現 有4米立車標準產品進行價格對比，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品費用減去產 品現有價值的一半。

　?、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、 生產主管、裝配主管、質量檢驗主管等，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)技術方案準備

　?、僖簤合到y(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)設計已經被淘汰，當前立車產品已將液壓站集成起 來，結構更加緊湊，優(yōu)化了地基空間的使用，液壓站整體質 量和外觀也有了很大的提升，采購成本和生產周期也能滿足 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。經過會議討論，最后確認了第二套方 案，且經過液壓系統(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

　?、?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 現有的機床所有的使用要求，為此工程人員更換了機床的數 控系統(tǒng)。在提前與數控系統(tǒng)廠家聯系后，廠家派技術人員一 起勘探現場，對原有數控系統(tǒng)、驅動系統(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控系統(tǒng)，可以根據機床的狀 態(tài)及工藝要求來選擇數控系統(tǒng)。其一，是選擇數控系統(tǒng)制造 商，聯系廠家安排技術人員一道現場調研，選擇一個比較適 合的數控系統(tǒng);其二，是根據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。

　　數控系統(tǒng)選定后，要確認驅動系統(tǒng)與數控系統(tǒng)是否可以 匹配，決定是否更換驅動系統(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。

　?、蹤C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 機構的安裝調整。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 正側母線的平行，結果超差很多。工程人員又將滑枕吊出， 聯系質檢人員檢測，發(fā)現滑枕自身精度超差不多，不足以達 到上述結果。忙活了很久，排除很多影響，甚至質疑過刀架 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)安調發(fā)現還是 超差嚴重。工程人員沒有找到問題的原因，于是聯系了很多 專家到現場解決問題，結果發(fā)現是檢套與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 檢部進行精度檢測，不把問題帶進裝配現場，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)參數和PLC參數進行備份。

　　②安調階段

　　安裝調整階段，機械主管要堅持在施工現場指導工作。 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 術指導，進行資源調配，調解沖突矛盾、確保生產安全等。 現場出現問題，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， 及時聯系電氣主管完成機電聯調，數控系統(tǒng)的最終調試，驅 動系統(tǒng)的參數最佳化調節(jié)等工作，并為驗收工作做準備。

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　　機床調試結束后，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果，已達到 出廠前的精度要求。

　?、苜Y料整理以及培訓保修

　　驗收結束后，要及時對項目中的技術文件、積累的知 識、規(guī)范、流程、吸取的經驗教訓等進行整理。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 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 結語

　　隨著計算機技術、網絡技術、數據分析、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。我國擁有數量龐大的普通數控機床，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)迎接技術革新，從個人 技術、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