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： 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。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg 图1 改造的15m重型卧车 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 图2 改造的10m重型卧车加工电机轴 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif 图3 改造的φ6.3m大型立车 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg 图4 改造的φ3.4 m大型立车 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg 图5 改造的φ2.5 m大型立车 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.jpg 图6 φ160m镗铣床在加工水轮机叶轮 图7 φ2.5m大型立车在加工水轮机叶轮 二、常柴股份公司“柴油机零件生产线及模具数控加工应用示范工程”在常柴股份公司实际完成华中I型系统应用18台。具体型号为：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。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.jpg 图8 由改造的德国加工中心组成的生产线 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.jpg 图9 改造后的德国柔性单元 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.jpg 图10 改造后的日本仿形铣进行模具的仿形加工 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.jpg 图11 常柴公司指定配用华中I型的订购加工中心 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg 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： 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14 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.gif 图13 T250转塔铣 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif 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RS－422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 RS－485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15m数控卧车价值2000万，一台φ6.3m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 | | | | 5台大型设备(15 m和10m卧车、6.3m立车等) | | | | | | | | | | | | | | | |
注：上述费用不包括机床原值 （2）常柴股份公司 在常柴公司共改造设备15台，配新机床3台。改造及节约费用如下表： 注：上述费用不包括机床原值 （3）南昌飞机制造公司应用 在南昌飞机公司共改造7台，新机床2台。其改造的节约费用见下表： 注：上述费用不包括机床原值 4．设备的数控改造，树立起了对使用国产数控系统的信心 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的示范作用。 六、数控化改造前景展望数控机床是机械制造 自动化的基础。随着国民经济的发展，各行业对数控机床，特别是中、高档数控机床的需求将与日俱增。根据国家《关于加快发展数控机床工业的意见》，到2000年，我国数控机床年产量要达到2万台，品种要达到1000种以上。要实现这一目标，我国数控产业有两大任务，一是形成我国自己的数控系统产业，二是配合机床行业共同开发众多品种的数控机床产品，每年开发200种以上新产品。 随着我国的工业现代化发展，90年代以来对数控机床需求大幅上升，已成为仅次于美国和德国的世界第三大消费国，其拥有量从85年的8691台增加到90年的23500台和95年的10万多台。然而，作为我国装备工业基础的机床工业却面临着十分严峻的形势。原因是多方面的，但 数控技术和数控产业的落后是其重要原因之一。日、美、德、法等发达国家机床NC化率均达25%以上，但我国的机床数控化还不到1%，远远低于国外水平。我国每年机床产量虽可达20～30万台，但数控机床仅占机床总产量的2%左右，而且性能上大多属经济型数控，但中、高档数控机床基本处于进口。 我国是发展中国家，目前机械制造企业经济还不宽裕，由于数控机床价格昂贵，全靠添置新机床则企业难以承受，而数控改造则是一条多快好省之路，可以只需新机床的约1/3－1/5的费用，即可实现数控化的要求。如东方电机厂的15M卧车，若新购需2000多万，6.3M立车价值上千万，数控改造只需几十万。因此，即使在发达国家，也存在专门行业从事数控设备的改造。而对我国来说，则更是大有前景。特别是一些重大关键设备的改造，数控改造具有重大的经济、社会效益。 我国目前拥有400万台机床，若要在2010年达到国外80年代中期数控化率为10%的水平，则需要40万台以上，按照国情其中将有一大部分要走数控改造的多快好省之路。因此，本项目的数控改造技术，将具有重大的应用前景。
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发表于 2017-4-27 02:15:25
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