旧机床及生产线数控化改造的内容、技术与原则

1 数控机床与生产线改造业的市场
数控机床的改造市场
我国机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。
近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%，年产值数控化率为12%(后两项日本分别为31.6%和75.4%)。而且数控机床中经济型数控机床占80%以上，自动机床等高级机床不多。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60%以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。即使是数控机床，多数是经济型数控机床，生产装备和技术陈旧而落后。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
据专家预测，到2000年，我国数控机床消费额可达240.2亿元。这些需求一方面通过购置新设备来满足，另一方面，如果充分利用我国的现有的存量资产，用更新改造后的设备替代和减少购置新设备，可以起到事半功倍的效果。以240.2亿元的需求量估计，即使10%的需求通过设备的再生改造来实现，每年也有24 亿元的市场。
进口设备和生产线的数控化改造市场
我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979～1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。
这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。为了充分利用这些设备和生产线，我们对部分引进10年以上、与机械行业有关的技术改造项目进行了一次调查。我们了解到一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。
这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决“卡脖子”的关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。
2 数控化改造的内容、技术与原则
国外改造业的兴起
在美国、日本和德国等发达国家机床工业处于不景气的今天，它们的机床改造却是作为新的经济增长行业，生意盎然，处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有： Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
数控化改造的内容
机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：
其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
考核数控化改造的标准如下：
改造的投入在新机床价格的30%以内，并能取得70%～80%使用效率，认为是成功的；,li>改造投入费的回收期，低于购置新机床投放费的回收期(一般为5～6年)的一半以下(一般为2～3年)，改造是有价值的。
也有例外。如某项工程的关键设备，如果从外国购置，其供货时间与价格都无法接受的情况，其改造评价标准应另行考虑。
数控化改造的利弊
减少投资额、交货期短
同购置新机床相比，一般可以节省60%～80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。
机械性能稳定可靠，结构受限
所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
熟悉了解设备、便于操作维修
购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。
可充分利用现有的条件
可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。同时工夹具、软件程序、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。
可以采用最新的控制技术
可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
3 数控化改造实例
挂靠在中科院沈阳计算所的高档数控国家工程研究中心，是数控系统研究开发和工程化的国家工程中心。该中心研制成功我国第一台高档数控系统蓝天一号；解决了我国高档数控系统从无到有的问题；“八五”期间，该中心承担并完成了5项高档数控系统的国家攻关项目、两项中科院重大项目，前后形成了蓝天(LT)数控产品 4个系列13种型号。
该中心蓝天高档数控取得了许多国内第一：是我国第一台高档数控系统；取得了我国第一个高档数控软件版权；装备了我国第一台五轴联动加工中心；五轴联动加工出我国第一个高档叶轮；装备了我国第一台双过程曲轴铣床；装备了我国第一台非球面光学镜片加工中心；是我国第一个批量出口的高档数控系统。
几年来，数控中心以蓝天系列数控系统为主，采用多种数控技术，成功地改造了机床与生产线近20项；以先进数控技术为机床和生产线的数控化改造做了大量的工作，解决了数控化改造的一些共性问题，取得了显著的经济效益和社会效益。
例如使用蓝天数控系统，1992年开始，在铁道部天津机车车辆机械厂改造了2台生产增压器叶轮的专用数控机床；1993年、1995年在鞍山无缝钢管厂分别改造石油管生产线中的2台数控机床；1994年开始陆续为航空总公司沈阳黎明发动机制造公司改造4台数控机床和加工中心；1995年开始，为鞍山高压容器厂改造两条旋压器收口机生产线。以上改造的设备，有的已运行7年，至今仍正常运转，深受用户好评。另外，使用蓝天数控和其它系统，还成功地为一汽集团汽车生产线改造了8台数控机床。其中典型的改造实例如下。
鞍山无缝钢管厂石油管生产线的数控改造
该车间用数控车床加工石油钻井用石油钢管衔接螺纹，其形状特殊，加工精度和重复精度要求高。该机床的原装数控系统是美国GE公司的550NC系统。由于年久失修，常出故障，没有资料和备件，厂里技术力量解决不了问题，机床处于停产状态。我们采用国家“八五”攻关最新成果和先进的双过程四轴联动共用Z轴技术，替代了较落后的GE 550NC系统，恢复了生产，提高了自动化程度。该车间先后改造了2台车丝机床，改造装备费投资44万元，年新增产值为2160万元，新增利税162万元。
沈阳黎明发动机制造公司的数控改造
中国航空工业总公司沈阳黎明发动机制造公司使用蓝天高档数控系统，先后为该公司数控中心改造了4台进口数控