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探索机床数控化改造之佳径
文章来源:官方网站 发布时间:2010-9-6

作为数控应用的合作伙伴,北京圣蓝拓数控有限公司在机床再制造业务领域积累了丰富的经验。为了帮助中国企业更好地掌握国际先进的数控技术并用于机床改造,本刊就相关问题采访了北京圣蓝拓数控有限公司总经理宋松先生。

 

记者:您从事机床再制造业务多年,能否谈一下机床的数控化改造在中国市场的应用前景。

宋松

数控化改造大致应用于下述几个领域:

     非数控机床改造成为数控机床。

     原有的数控机床升级换代(Upgrade or Retrofit)。

     机床再制造后系统的更新(包含专用机床的系统应用--Remanufacture)。

其中,第①项内容在我国比较普遍,由于我国数控化起步比较晚,20世纪90年代前积累的普通机床量非常大,当大家发现使用数控机床生产的产品附加值增加后,积极推进数控化进程的动因就自然而然地形成了,加之数控系统的普及和成本降低,使我国在普通机床改数控机床,特别是普通车床改数控车的需求量非常大,在20世纪90年代和2000年初期曾经有过一个小高潮。

随着机床制造商积极推出普及型数控机床,从源头上细分了数控机床用户和普通机床用户,换言之希望购买数控机床的客户不再会先购买普通机床使用几年后再改成数控机床,这部分用普通机床改数控的量在减少。

此类机床改造基本停留在普及型、低成本的层面。数控系统也大都采用普及型或经济型数控。电动机通常采用步进电动机。

近年来,有些机床厂收回自己原产的普通二手机床,通过更换滚珠丝杠和自动刀塔,安装直线导轨,将其改装成为经济型数控机床。这种改造已经改变了原来设备的结构,提高了原机床的性能,并且保留了机床基座主体,在不增加能源和资源消耗的前提下,再制造了一个更高性能的机床。这种做法的尝试被称之为绿色再制造,也得到了国家有关部门的认可(如重庆二机床旧车床数控化改造翻新项目)。

对于第②项-- 原有的数控机床升级换代(Upgrade or Retrofit),这部分情况特指原有的机床价值较高、机械基础较好,如大中型数控镗铣床、卧式加工中心、高精度数控磨床、数控曲轴加工机床、数控凸轮加工机床和刀具磨床等。这部分机床制造周期长、技术含量高、机床原值高。但是由于数控系统老化,备件支持匮乏,电气维修成本高,采用系统升级可以解决上述困惑,恢复原机床功能,基本实现原机床的可利用价值。如果可以同时进行针对性的机械项目维修,修复丢失精度的机械部件,可以基本达到原机床出场状态。对于这一类机床,机床原值越高、机床体量越大、原机床技术含量越高、越有系统改造的必要,改造后的效果不论从商务上还是技术上都是非常明显的。

我国在20世纪80年代中、后期(尚在计划经济时期),曾经购买过一批高档数控机床,这部分机床陆续地被改造或将被改造。

第③类-- 再制造机床的系统更新(Remanufacture),它与前两项的区别是:机床保留基座主体,结构有比较大的进步或改进,甚至机床的使用功能被改变如下:第一,龙门铣床或龙门刨床通过二次设计,采用新技术--直线电动机、直线导轨、高速电主轴等,使其成为高速铁路导轨磨床;第二,普通液压靠模凸轮磨床通过二次结构设计、数控系统升级、采用新技术(数控系统高精度轮廓控制),将原机床再制造成为高速、高精度数控凸轮磨床;第三,数控车床通过局部结构变化、安装上带动力头的数控刀架,并通过系统升级,配置带有C s轴(带C 轴分度定位的数控系统)将其改造成为数控车削中心。

通过结构设计和采用数控系统,将普通车床再制造成为数控旋压机等。

这部分工作技术含量很高,需要融入结构创新和二次设计,系统方面也要大量地使用新功能、新技术。目前这部分工作技术门槛高,市场应用面窄,暂时需求量和供应量不大。

但是从绿色制造的倡导和制造业个性化发展的趋势看,这部分工作可以体现企业实力和自主创新能力,在市场价值方面也比单纯的加工制造可实现价值高,属于绿色、高附加值产业。

综上所述,我国金属加工业需求层次不同,从国防工业、精密加工等高端需求,到模具制造、汽车零件加工的中高端需求,直至普通轴类零件的中低端需求,市场的需求层次多、数量大、机会多。特别是当今倡导的节能经济、绿色制造,给数控改造行业提供了更多的机会。

但如何真正实现绿色再制造,而不是简单的修理和系统升级;如何通过改造融入更多的自主知识产权,而不是低价格竞争。如何将新技术用于数控改造,提高原机床性能和精度,降低能耗,是我们企业今后竞争优势的具体体现,也是这一行业能够健康发展的出路。

 

记者:作为数控应用的合作伙伴,圣蓝拓是如何帮助中国企业应用国际先进的数控机床控制系统的?与系统提供商之间如何分工协调?

宋松

作为数控应用企业,其任务是将先进优质的数控系统成功地用于终端设备上,使其发挥最大的能效。对企业和从业人员的要求是:

     熟悉机床结构,对机床的结构和所改造设备的加工工艺有比较深入的了解。

     熟悉改造生产流程,了解客户个性化需求。

     敬业和吃苦精神。

数控大修与改造,乃至今后的再制造,均属于工程施工类,几乎每一台改造都是一个个案。而系统供应商关心的是大客户--机床厂的批量需求,生产方式也属于量产的管理,对有改造需求的设备用户既尊重、又敬而远之,不愿意牵扯太多精力从事这些个性化的需求,也不储备这方面的人才。所以从生产方式上决定了系统供应商和改造的不同市场、不同的关注点。但是对于系统制造商来说改造商也是一个不错的客户资源--购买系统、承担具体的工程技术风险。

圣蓝拓数控技术有限公司凭借一个长期在数控改造行业中经验丰富的团队,具备了机、电、液、工艺专业人才组合,在项目实施前为用户提供切实可行的解决方案,在改造实施的过程中,特别关注两个方面:一是,在承接项目的售前阶段,与用户积极沟通,共同确定项目的解决方案框架;二是,考虑方案成本,给客户推荐高性价比的方案。

例如:一台普通的立式加工中心三个直线轴,一个主轴,某些机床还需要一个伺服轴控制刀库(可以采用PLC轴),对于这种配置的机床,西门子840D810D802D slFANUC 16/18i -MFANUC 0I CFANUC 0i -mate C均可以实现,显然采用西门子840DFANUC16/18M系统控制一台普通立式加工中心有些奢华,性价比差。

另外,应该考虑项目实施的可操作性,特别是对于进口机床的大修和改造,关键备件的购买渠道是否畅通,自己是否能够解决?否则当某一关键环节无法逾越时,整个项目其他部分做得再出色,也不能实现最终的目标--稳定地加工出合格的产品。

所以,北京圣蓝拓数控技术有限公司注重为用户提供一个“完善、经济、可行的解决方案”.

 

记者:国际先进的数控机床控制系统在与国内机床配套应用开发过程中,有哪些需要注意的问题,如何有效避免或排除?

宋松

作为数控改造或数控技术应用,有N 个方案可以实现既定目标,但是哪种方案最可靠,最有把握?哪种方案最有可操作性?哪种方案成本最低?这里的差异就比较大了。知识储备多,有经验,能够掌握有效的资源和信息,就可以提供更有效、水平更高的解决方案。

对于普通数控车床以及一般技术水平的工程项目来讲,提供解决方案并不是那么重要,因为工艺技术相对比较成熟,技术单一,信息渠道多,资源便于整合。

但是,对于曲轴或凸轮加工等特殊数控机床来讲,相对就要复杂得多。例如:实现曲轴高速、高精度磨削加工,可以采用偏心轴加工,实现主轴颈和偏心轴颈的加工;也采用数控插补的方式实现偏心轴颈的加工。那么采用插补的方式加工偏心轴颈,程序是如何生成的?采用宏程序还是CAD/CAM生成数据?数控系统应具备什么必备的功能,如高精度轮廓插补、伺服前馈控制等。

如果在最初的方案制订中忽略了某些重要环节,一旦工程启动,再发现结构性的问题,则非常棘手,有时方案无法继续实施。例如:某机床厂技术人员咨询立式凸轮磨床的改造方案时,不知是用主轴电动机做工件旋转轴,还是用伺服电动机做工件旋转轴好,实际上这是一个关键性的技术问题。目前国内尚没有非常完美的凸轮磨削解决方案,特别是保证凸轮升程的高轮廓精度,某些技术人员认为机床轴可以移动了,怎么样加工是生产厂家的事,实际机床交付后,机床动作看似没问题,但根本加工不出合格的产品。这就是由于最初的技术方案不完善,没有从产品的工艺角度出发,而仅从自身的设备角度出发所造成的,这也是目前我国某些生产企业的不足。

再回到高精度凸轮磨床的解决方案这个话题,首先必须有一个相对成熟的凸轮升程软件,使操作或工艺编程人员能够根据工艺数据升程C 轴和X 轴的数据表。另外,从硬件结构上要保证C 轴与X 轴有高的响应速度,在西门子和FANUC系统中最好采用G05高速高精度轮廓插补功能,并且保证X 轴传动链尽量小的移动惯量,如采用直线导轨,或者直线电动机等。

 

记者:您对中国用户如何用好数控产品有哪些建议?对数控系统提供商有哪些建议?

宋松

通过我们多年从事数控应用的经验来看,系统应用商要娴熟正确地应用数控系统,需要具备下述能力或素质:

1)对被改造设备的结构、动作、加工工艺应了如指掌。

2)掌握所使用数控系统的新功能、结构及应用知识。

3)掌握基本的自动化控制原理,并具备机、电、液、光学检测的应用技术基础。

4)掌握相应工具软件的使用(Step7编程工具、FANUC FLADDER-III编程工具等)。

5)由于数控应用工作环境艰苦,所以需要从业人员热爱这项工作,具有敬业精神。

当然作为系统制造商,如果能够提供更加开放、更加方便的数控系统,将会受到使用者的欢迎。例如西门子802D sl自带的tool-box,编辑S7-200 PLC程序时非常方便,特别是机床基本动作(车床刀架换刀、主轴换档、机床标准操作面板等)均已由西门子公司编辑成“块”或子程序,通过修改参数,直接调用就可以。另外随机说明书简介易懂,一个有一定现场经验的大专毕业生,通过3~5天的培训,在说明书的指导下就可以实施一般难度机床改造,使用门槛低,被市场很快认可。

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