絕大多數(shù)傳統(tǒng)的機(jī)床或10年以上的舊機(jī)床，加工出來的產(chǎn)品存在質(zhì)量差、品種少、成本高、供貨期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。還有一些設(shè)備引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能起動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母摺a(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新，種種原因使這些設(shè)備不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。
對(duì)這類設(shè)備只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，進(jìn)行維修改造，就能以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。尤其對(duì)于大型機(jī)床和特種機(jī)床，節(jié)省的費(fèi)用更為可觀。這是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。
1 數(shù)控機(jī)床改造中最基本的要求
1.1被定為改造對(duì)象的數(shù)控機(jī)床，其機(jī)械精度一定要達(dá)到相應(yīng)水平，改造才具有價(jià)值和實(shí)際意義。否則數(shù)控系統(tǒng)及伺服部分水平再高也沒有作用。首先應(yīng)了解和掌握用戶對(duì)設(shè)備已經(jīng)使用的情況、目前設(shè)備出現(xiàn)的問題、需要改造的是哪些方面、要求達(dá)到什么目標(biāo)等。力求全面掌握設(shè)備的參數(shù)，以確定選型及等級(jí)，如I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)容量、根據(jù)實(shí)際需要確定改造檔次。改造后的數(shù)控機(jī)床要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)??；傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。數(shù)控機(jī)床改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。
1.2資料收集、編輯和保存應(yīng)貫徹改造全過程。機(jī)床的原始資料是了解機(jī)床出廠狀況的最基本資料，其中電氣原理圖、電氣維修手冊(cè)、控制程序，都是需要仔細(xì)研究的。特別需要注意的是原始資料提供的信息不完全是正確的。國外機(jī)床廠有的提供的是系列型號(hào)的通用圖紙，有的時(shí)候機(jī)床出廠前的電氣硬件改動(dòng)沒有在電氣資料上體現(xiàn)，這就要求我們一定要對(duì)照機(jī)床實(shí)物，把關(guān)鍵環(huán)節(jié)的每個(gè)細(xì)節(jié)一一落實(shí)，避免犯錯(cuò)誤。一些大型、重型數(shù)控設(shè)備，生產(chǎn)廠家是按用戶的需求設(shè)計(jì)制造，因此在系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上都有一些特殊之處，如生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)制造出更適合具體機(jī)床需要的操作面板方便于用戶，包括對(duì)其中字母鍵、數(shù)字鍵與功能鍵的安排與CNC及PLC的窗孔顯示能力大小有關(guān)的一系列個(gè)性化考慮。
還有的制造商根據(jù)用戶需求，在診斷頁中增添許多有助于今后維修和故障排除的頁面等，改造這類設(shè)備首先要加強(qiáng)技術(shù)資料收集。其次要遵守先有圖樣，按圖施工原則，修改處應(yīng)及時(shí)記錄，整個(gè)工程線路十分繁雜，如果全部調(diào)試結(jié)束以后，再開始整理時(shí)就很容易疏漏。應(yīng)給用戶留下完整的、準(zhǔn)確的改造資料。至少包括使用手冊(cè)、編程手冊(cè)、PLC梯形圖、硬件接線圖等。
1.3改造專業(yè)隊(duì)伍中，至少要有一名對(duì)整個(gè)數(shù)控機(jī)床包括控制機(jī)、PLC系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)比較熟悉的專家作出總體規(guī)劃。從造型、訂貨、材料準(zhǔn)備、布線、PLC編程、機(jī)械改裝、調(diào)試、驗(yàn)收等重要環(huán)節(jié)作出妥善安排；協(xié)調(diào)各方面的工作，這樣往往可以縮短改造周期，并保證改造質(zhì)量。
1.4為配合電氣改造而進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測(cè)量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。原則上進(jìn)口設(shè)備改造一般仍采用進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)；國產(chǎn)設(shè)備改造仍采用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。
1.5數(shù)控改造中涉及機(jī)械改裝、電氣布線、PLC編程等主要方面時(shí)，要與用戶很好地配合。對(duì)數(shù)控改造者而言，最關(guān)心的是原機(jī)床的接口軟件(包括PLC、PAL、PMC等)和電氣連接圖。該軟件和硬件連線關(guān)系到數(shù)控系統(tǒng)和特定機(jī)床的匹配。而伺服系統(tǒng)和機(jī)床的連接相對(duì)比較直觀和明了。
2 維修和改造中出現(xiàn)的要點(diǎn)及技巧
2.1 大、中型數(shù)控機(jī)床的主軸一般都具有齒輪變速傳動(dòng)方式。這是為了保證低速時(shí)可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)又能擴(kuò)大恒功率區(qū)域的變速范圍。齒輪變速存在一個(gè)“掛檔”的問題。在掛檔時(shí)為預(yù)防頂齒現(xiàn)象常采取電機(jī)瞬動(dòng)來完成，因此要注意：大慣量部件的延時(shí)需用時(shí)間繼電器檢測(cè)。掛檔限位開關(guān)應(yīng)回答計(jì)算機(jī)掛檔成功與否，由于掛檔的瞬間點(diǎn)動(dòng)需向接口輸出短時(shí)運(yùn)動(dòng)命令，因此在PLC中很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镻AL系統(tǒng)無法處理電機(jī)的運(yùn)動(dòng)問題。所以在面板上要保留手動(dòng)掛檔按鈕開關(guān)，對(duì)這種問題需要特別注意。在大型、專用機(jī)床的數(shù)控改造中，為實(shí)現(xiàn)一些特殊功能要求，可以采用參數(shù)宏調(diào)用。目的是在零件加工程序和PLC程序之間傳遞信息。另外在某些情況下，用戶可自定義一些G碼與M碼，實(shí)際是調(diào)用一個(gè)專用子程序完成特定功能。此外，夾緊、放松問題在大型專用設(shè)備中比較突出，為了在大慣量條件下準(zhǔn)確定位，坐標(biāo)軸在到達(dá)目的位置時(shí)應(yīng)立即夾緊，運(yùn)動(dòng)時(shí)立即放松。為了避免夾緊時(shí)抖動(dòng)，有時(shí)需要對(duì)坐標(biāo)軸分成低夾及高夾兩個(gè)程度。這些功能的要求就增加了接口軟件編寫的難度。
2.2對(duì)數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。
2.3一般來講，進(jìn)口數(shù)控機(jī)床電氣柜以及柜內(nèi)的元器件即便使用了相當(dāng)年限，其性能及參數(shù)還能保持相當(dāng)穩(wěn)定，所以在改造高檔進(jìn)口數(shù)控機(jī)床一般電氣柜不作大拆大改。有的二手機(jī)床的電氣柜狀態(tài)比較差，或者用戶認(rèn)為電氣柜元器件故障率太高就可以采取全套更換的方式，至于采用國際名牌還是國產(chǎn)合資品牌，則取決于用戶的投入。在用戶資金許可的前提下，可盡量選用質(zhì)量和外觀都很好的國際名牌。電纜作為傳輸信號(hào)其作用不可小窺，在我們的改造項(xiàng)目中，凡是與數(shù)控驅(qū)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)直接相關(guān)的電纜，我們只選擇原裝電纜，但是大型主軸電機(jī)的電力電纜由于價(jià)格過于高昂，故不考慮原裝電纜。
2.4絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90％以上；精度高，壽命長(zhǎng)；起動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)起動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。
2.5振蕩軸的軟件維修。機(jī)械部分磨損后，將使到位帶不能滿足要求而會(huì)引起某坐標(biāo)軸的振蕩。一般對(duì)新型數(shù)控系統(tǒng)而言比較簡(jiǎn)便，只需修改一下到位帶參數(shù)即可。但對(duì)舊設(shè)備尤其較早的數(shù)控系統(tǒng)就比較難辦，要找出原NC系統(tǒng)中的有關(guān)參數(shù)，將其到位帶和夾緊帶適當(dāng)擴(kuò)大，即可臨時(shí)性解決軸的振蕩問題。但要徹底解決還必須使機(jī)械部分的磨損得以修復(fù)才行。
2.6系統(tǒng)改造完以后，進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械、液壓、電氣、光學(xué)、控制、傳感等，因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其他人員配合。調(diào)試步驟可從簡(jiǎn)到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核，制定時(shí)必須實(shí)事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來，不能輕易修改，因?yàn)樗鼱可娴秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。
3 維修和改造中出現(xiàn)的問題及對(duì)策
3.1亂接中線至PE。國標(biāo)GB/T 52261中明確規(guī)定，“在電氣設(shè)備內(nèi)部，中線和保護(hù)接地電路之間不應(yīng)相連。也不應(yīng)把PE兼用端子在機(jī)械電柜內(nèi)部使用”。但在現(xiàn)場(chǎng)維修和改造翻新工作中，不止一例經(jīng)過維修和改造后的數(shù)控機(jī)床，由于增加器件，需要AC220 V電源，就直接將三相380 V中的一相與機(jī)床PE接地端構(gòu)成AC220 V。顯然，當(dāng)P處因機(jī)械故障斷開時(shí)，此時(shí)設(shè)備就成為一個(gè)對(duì)地有AC220 V電壓帶電體。也有在增加三相用電的器件后，將找出的中線接到了PE端子上。這樣就對(duì)操作者或任何接近機(jī)床的人員構(gòu)成直接電擊的危險(xiǎn)。
一般情況下，機(jī)床生產(chǎn)廠按國標(biāo)規(guī)定，只有在用戶同意時(shí)，方可使用中線。使用中線應(yīng)在技術(shù)文件(安裝圖和電路圖)上表示清楚，并應(yīng)對(duì)中線提供標(biāo)有N的單用絕緣端子。因此，機(jī)床改造時(shí)，切不可圖省事亂接中線到PE。
3.2非單一電源。有些數(shù)控設(shè)備經(jīng)維修、改造后增加了一些機(jī)構(gòu)，因走線方便，或與其他設(shè)備有動(dòng)作聯(lián)系，則新增部分的機(jī)構(gòu)不是從該設(shè)備的電源切斷開關(guān)下方引線，而另外引線。從而違反了“把機(jī)械電氣設(shè)備連接到單一電源上”的規(guī)定。緊急情況時(shí)，切斷設(shè)備上的電源開關(guān)，卻不可能切斷設(shè)備的全部電流，造成對(duì)人員危害的潛在隱患。
3.3數(shù)控機(jī)床等設(shè)備的電氣柜通風(fēng)，必須采取“正壓”方式。但在有些機(jī)床改造中，卻沒有實(shí)現(xiàn)。有一臺(tái)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床采用負(fù)壓通風(fēng)，于是刀架上的切削液沿蛇皮管流入電柜；并使電纜地溝中的潮氣、切削時(shí)的粉塵等皆沿著各通道、縫隙進(jìn)入電柜之中。該機(jī)床僅使用一年時(shí)間，電氣柜內(nèi)線路板及各電氣件上就有一層污垢和明顯的水汽(凝露)痕跡。該機(jī)床故障頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。在GB/T 5226.1中的13.3明確規(guī)定控制裝置的外殼一般應(yīng)具備不低于IP 54的防護(hù)等級(jí)。
3.4電氣設(shè)備欠保護(hù)。在國標(biāo)GB/T 5226.1中，對(duì)于連續(xù)工作的≥0.5 kW的電動(dòng)機(jī)規(guī)定要有熱保護(hù)裝置。電動(dòng)機(jī)的熱積累是電動(dòng)機(jī)燒毀的重要原因。機(jī)床設(shè)備改造過程中，使用了與電動(dòng)機(jī)不匹配的“時(shí)間-電流”保護(hù)器件，即保護(hù)器件與被保護(hù)器件繞組的時(shí)間常數(shù)差異較大時(shí)，往往起不到有效的保護(hù)作用。
3.5控制線路埋下隱患。對(duì)于涉及人員和設(shè)備安全的這類信號(hào)，如急停信號(hào)、超程信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等，應(yīng)為“用斷電的方式停車”和“切斷被控制器件的所有通電導(dǎo)線”(GB/T 5226.1中9.4.2.1)。但有的企業(yè)設(shè)計(jì)改型的數(shù)控機(jī)床，行程開關(guān)使用常開觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)床不超程，正常工作時(shí)線路為“斷開”(低電平)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件超程將行程開關(guān)壓上時(shí)，線路閉合(高電平)。在機(jī)床調(diào)試過程中，維修人員為測(cè)量線路，將所接插頭拔下后沒能及時(shí)插上，結(jié)果在試車時(shí)線路始終處于常開狀態(tài)，控制器確認(rèn)機(jī)床“正?！保灾聦⒔z杠軸承座撞壞。
控制電路中繼電器線圈一側(cè)接地，早已認(rèn)為是避免故障、誤動(dòng)作的有效安全措施。但在一些經(jīng)過改造的機(jī)床設(shè)備中，繼電器線圈兩側(cè)均設(shè)有控制觸點(diǎn)或一端接電源、另一端接觸點(diǎn)的現(xiàn)象很普遍。由于線路在機(jī)床設(shè)備上穿上走下，若某處因機(jī)械磨損、絕緣失效、對(duì)地短路，繼電器誤動(dòng)作，后果不堪設(shè)想。值得一提的是一些電氣改造的設(shè)計(jì)人員，常常將控制輸出端設(shè)計(jì)成集電極開路形式直接驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，雖一時(shí)方便，但同時(shí)也埋下事故隱患。
3.6安全操作的保護(hù)功能不完備。對(duì)于有飛濺危險(xiǎn)的設(shè)備，沒有設(shè)計(jì)成聯(lián)鎖功能防護(hù)門；以及當(dāng)需要確認(rèn)操作人員雙手已離開危險(xiǎn)動(dòng)作區(qū)后，才能動(dòng)作的部分，沒有設(shè)置雙手控制預(yù)防裝置；當(dāng)缺相會(huì)造成電器燒毀的部分沒有設(shè)置三聯(lián)動(dòng)斷路器，而分別使用三路保險(xiǎn)等。滾珠絲杠副是精密元件，有的機(jī)床改造后由于保護(hù)功能欠缺，工作時(shí)灰塵特別是切屑及硬砂粒會(huì)進(jìn)入滾道。有的在縱向絲杠上沒有加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端沒有密封好，結(jié)果導(dǎo)致硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。
3.7標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)淡薄，施工中蠻干。有的施工人員標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)淡薄，施工中蠻干，致使設(shè)備出事故。有一臺(tái)設(shè)備，電工布線為圖方便，將電源進(jìn)線接到了熔斷器的下口，而將負(fù)載端接到了熔斷器的上口。當(dāng)其他人員維修時(shí)，拔下熔斷器后誤認(rèn)為熔斷器的下口已斷電，測(cè)量時(shí)虛驚一場(chǎng)，險(xiǎn)些觸電被擊。至于在一些經(jīng)過改造的數(shù)控機(jī)床上，技改工作者和施工人員將器件標(biāo)識(shí)直接寫在或貼在器件上的現(xiàn)象更是屢見不鮮，一些易損件在維修更換后，標(biāo)記便無蹤無影，給下一步維修工作造成極大困難，頗費(fèi)周折。
3.8有些數(shù)控機(jī)床的改造，尤其是一些局部小改動(dòng)，卻不在相關(guān)的技術(shù)文件中作出相應(yīng)的修訂或說明，造成文件與實(shí)際狀況不符。一些設(shè)備經(jīng)幾次修理改動(dòng)后某些部分變成了無線號(hào)、無器件標(biāo)識(shí)、無電路或機(jī)械圖樣的“三無”產(chǎn)品。而一般企業(yè)的設(shè)備管理部門往往對(duì)制造廠提供的技術(shù)文件管理比較嚴(yán)格，卻對(duì)維修改動(dòng)后的記錄不予重視。這種狀況持續(xù)時(shí)間越久，則問題就越嚴(yán)重。數(shù)控設(shè)備對(duì)“具體人”或具體維修單位的依賴性就越明顯。從而降低了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，制約了企業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)擁有數(shù)控設(shè)備的企業(yè)，在設(shè)備改造過程中更要特別重視改造一方所提供的資料，是否確實(shí)符合GB的要求。這一點(diǎn)不經(jīng)過確認(rèn)，事實(shí)證明是企業(yè)設(shè)備管理中的一大缺口。
對(duì)數(shù)控系統(tǒng)制造商而言，在設(shè)計(jì)CNC軟件時(shí)，必須留出較大的變量，供PLC和機(jī)床參數(shù)使用，向開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。對(duì)數(shù)控改造者而言，則要求他們對(duì)CNC工作原理，對(duì)機(jī)床電氣和機(jī)床結(jié)構(gòu)及加工程序編制要有深刻的了解，對(duì)PLC編程有較好地掌握，對(duì)各個(gè)參數(shù)的含義及選擇要熟悉。只有這樣才可能正確有效的將CNC、伺服系統(tǒng)、機(jī)床電氣系統(tǒng)和機(jī)械部分集成于一體，最終交給用戶一臺(tái)經(jīng)過改造或等于再制造的具有個(gè)性特色的大型、專用數(shù)控機(jī)床，使企業(yè)從中獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，使資產(chǎn)獲得有效的增值。
總之，數(shù)控機(jī)床改造具有很好的發(fā)展前途，但它對(duì)數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床改造者均提出較高的要求。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，是個(gè)“永恒”的課題，必將生機(jī)盎然。