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文檔簡介

1、機床的數控化改造與模塊化設計賈殿濤1,2孫玉華111同濟大學,上海200092; 21上海市工商外國語學校,上海200090摘要:分析了機床的模塊化設計在機床的數控化改造中的意義,提出了機床的模塊化設計與機床的數控化改造的結合在機床工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中將發(fā)揮巨大的作用。關鍵詞:模塊化設計;數控化改造;可持續(xù)發(fā)展中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A 文章編號:1001 - 2265(2003)10 - 0038- 02The modular design and the retrofitting of the machine toolsJIA Diantao SUN YuhuaAbstract :

2、 In this paper the significance of the modular design in the retrofitting of the machine tools is analyzed. Authors of the paper also point out that the combination of the modular design and the retrofitting of the machine tools will take a great role in the sustainability of the machine tools.Key w

3、ords :modular ;design ;retrofit ;sustainability1機床的數控化改造的必要性和意義.I-1I、':;:隨著數控技術的發(fā)展,數控機床在制造業(yè)中的作用越來越 突岀,世界各國都以機床的數控化率作為衡量一個國家制造業(yè) 發(fā)展水平高低的一個重要指標。從目前我國企業(yè)面臨的情況看,機床的數控化率低(不到3%),且普通機床的擁有量大,役齡長(半數機床役齡超過10年);即使是數控機床,多數是經濟 型數控機床,生產裝備和技術陳舊而落后;還有一些改革開放后 引進的數控設備,由于種種原因,使設備不能正常運轉,而且技 術也逐漸落后,不但沒能創(chuàng)造財富,反而消耗著財富,棄之

4、可惜, 只好成為擺設。面對這種情況,若靠一次性較大的投資購買新 的數控設備,企業(yè)是心有余而力不足。我國作為機床大國,為了 提高機床的數控化率,對普通機床進行數控化改造不失為一種 良策。一些發(fā)達國家在機床的數控化改造方面已走在了我們的 前面,如德國、美國、日本等國就非常重視對舊機床的改造,而且已形成了一個完善的“產學研”結合的改造體系,在世界機床行 業(yè)不景氣的今天,機床改造成為新的經濟增長行業(yè),生意盎然,處于黃金時代。由于機床與技術的不斷進步,機床改造已成為 一個“永恒”的課題。我國應在這方面加大重視和宣傳,走出一條適合我國國情的機床的數控化改造之路。機床的數控化改造的意義在于:(1) 可用最新

5、的技術改造機床。(2) 可按需改造,避免功能多余。(3) 能充分發(fā)揮工人的知識經驗,培養(yǎng)他們的技能。(4) 可以節(jié)省開支,縮短交貨期,且工人對舊機床較熟悉,培 訓期短。(5) 可利用舊機床的基礎件(時效處理過后,性能更穩(wěn)定)、地基。避免因鑄造、切削加工等帶來的環(huán)境污染。節(jié)約資源。(6) 資料齊全,便于維修和再改造。(7) 在我國有很大的機床改造市場,不但能帶來經濟效益 ,還能解決再就業(yè)問題。2傳統(tǒng)的機床改造中存在的問題(1) 拆裝困難需要改造的機床,零部件間不論是可拆或不可拆聯(lián)結,都不 便拆裝。即使拆開,也可能損壞可用零件或影響以后的安裝精 度。某些特殊情況,如高速主軸、刀具自動交換裝置、托盤

6、自動 交換裝置的制造和安裝過于費工,費錢,往往使改造成本提高23倍。(2) 配件不足,兼容性差某些機床,無論機械部件或數控裝置都只能配用本廠或某 種系列的產品,一旦該產品不再生產,則整個機床改造受挫,若 要專門生產,成本又太高。(3) 二次開發(fā)、升級考慮不足由于機床在設計時沒有充分考慮今后的技術更新改造,沒有預留增加裝置的接口和空間,為將來的二次開發(fā)和升級埋下隱患。(4) 結構改造受限制受到原來機械結構的限制,不宜做突破性的改造。3機床的模塊化設計在數控化改造中的優(yōu)勢機床的模塊化設計是一種根據廣大用戶提岀的各種要求,在功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列具有不同用途(或性能)、結構、而功能相同

7、的、可互換的功能模塊(包括組件、部 件、裝置或系統(tǒng)等)和一些專用獨立部件,然后通過模塊的選擇 和組合來組裝成不同性能和規(guī)格的普通的或數控的單臺機床、專用機床、柔性加工單元(或系統(tǒng)等)以滿足市場不同需求的一 種設計方法,這種方法可以提高機床設計的柔性和可變性1。從最早的德國在1930年首先提出的“模塊化構造”的設計方法 到本世紀50年代歐美一些國家正式提岀所謂“模塊化設計”的 概念,機床的模塊化設計愈來愈受到重視,并已形成較成熟的模 塊化系統(tǒng),取得了很好的經濟效益,因而采用模塊化設計在世界 各地得到了迅速發(fā)展。38組合機床與自動化加工技術 1994-20 OS China Acadonic Jn

8、umal Electron it Publishing Huuife. All rights reserved, http w ww, enki tlci我國機床的模塊化設計從70年代開始,也取得了不少成果。一些廠家在原生產機床型號的基礎上,設計多個模塊組成不同型式和用途的機床。如北京第一機床廠的龍門銃床,上海第四機床廠的銑床及北京第二機床廠的高精度外圓磨床等等。隨著先進制造技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用,使傳統(tǒng)的模塊化設計技術發(fā)生了深刻的變化。由于電子產品已經在很大程度上實現了模塊化,這為數控機床的模塊化設計提供了很大 的發(fā)展空間。作為機床改造的用戶希望能夠在選用軟、硬件上具有較大的自由度

9、。而作為機床生產廠商,面對市場的快速變化的需求,設計和集成系統(tǒng)的時間要求越來越緊迫,這就希望數控系統(tǒng)構成要素具有標準的接口,即具有即插即用的特性。模塊化的構成要素能夠滿足用戶和廠商的多樣化、多層次的要求,能夠采用 少量模塊組合出多種產品,高效、優(yōu)質地滿足不同用戶對機床改 造的需求。所以說模塊化是機床多樣化改造的基礎。有了模塊化的基礎,機床的改造就有了更大的優(yōu)勢:(1)交貨期短且性能穩(wěn)定、配件充足。機床進行數控化改造 時,可以根據用戶對零件的加工需求,快速、合理地提供機床模塊化改造方案,實現面向用戶的快速響應設計與制造。且機床模塊的裝拆方便,配件充足??梢愿浞值伢w現用戶的意愿,依照實際需要和機

10、床長 期使用情況,靈活配置機械零部件、數控系統(tǒng)等電氣設備的規(guī)格、型號、性能等。例如國內某飛機制造廠對從德國引進的 WALTER公司生產的Helitronic 30 NC數控工具磨床進行數控化 改造,采用華中2000型數控單元替換原來的控制系統(tǒng)硬件,用華中2000型工具磨床專用數控系統(tǒng)替換原來的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結構中的數控單元包括工業(yè)PC機、位置控制模塊、輸入輸岀模塊這幾個最基本單元。其中工業(yè)PC機可根據需要配置 CPU、內存、顯示卡、顯示器、硬盤或電子盤、軟驅等;位置控制模 塊有多個位置檢測接口,并通過多路D/A輸岀信號控制速度單元,既可與武漢華中數控公司生產的全數字交流伺服單元及電 機配套

11、,也可與德國西門子公司、德國AMK公司、日本三洋公司、松下公司的驅動單元配套。輸入輸岀模塊是 CNC系統(tǒng)內嵌FLC的硬件輸入輸岀接口,基本輸入/輸岀點數為48/48點,也可根據需要擴展為 256/ 196點。(3) 有利于更快地獲取最新的、更實用的技術,增加企業(yè)對市場快速應變能力。開放式的數控系統(tǒng)就是將構成系統(tǒng)模塊化 的要素,通過這些要素間標準化接口,能夠將由不同買方提供的要素自由地結合起來,從而能方便地構成完整的系統(tǒng)。并使系 統(tǒng)具有連續(xù)升級的能力。模塊化是這一切的基礎??梢圆粩嗟?將最新的技術應用于模塊的設計中代替那些結構上或技術上陳舊的模塊,在不變更其他模塊的基礎上改造機床使其不斷保持 先

12、進性。(4) 有利于降低成本,增加產品的競爭力。據統(tǒng)計數控化改造的機床所需成本只是購買同性能的新設備的1/31/2。根據國際該行業(yè)的記載,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。若機床的各部件 按模塊化組織設計和生產,可提高勞動生產率,降低成本。用戶 還可以通過更換相應的模塊以較低的成本適應轉產的需要。如美國Fedal公司VMC系列加工中心有64種組合,采用不同模塊組合,從簡單的數控銑床到功能完善的加工中心。其最突岀的特點是,用戶可根據本廠零件的大小、形狀、精度、批量、經濟狀況等各種條件,對機床的性能進行徹底地任選,特別是對機床的 價格有任選權(機床按

13、模塊報價)。機床改造中,替換相應的模 塊,成本可以大大降低。這種任選式廉價數控機床使Fedal公司在疲軟的世界機床市場中贏得了主動權,產生了很大的影響2。(5) 有利于機床的故障診斷和維修。由于機床可由相對獨 立的模塊組成,因此通過快速更換模塊可以最大限度地縮短機 床的停機時間。如辛辛那提?米拉克龍數控機床維修的目標可 達到5分鐘內診斷一個問題,5分鐘內更換一個模塊。可見模塊化設計可加速現場排除故障的過程。西門子數控產品的用戶 對所用產品的模塊化設計可說是受益頗多,普遍認為它易于安裝,適宜采用替換法來診斷故障部件,給維修帶來方便。4總結:I*- J機床的數控化改造決不會也不應該僅僅是擺脫目前機

14、床數 控率低的困境的權宜之計,而必須是能夠推動這種產業(yè)永葆“朝 陽”狀態(tài)的可持續(xù)發(fā)展??沙掷m(xù)發(fā)展是下一世紀企業(yè)發(fā)展的重 要戰(zhàn)略,我國數控產業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅持走可持續(xù)發(fā)展 的道路4。數控機床的可持續(xù)發(fā)展需注意以下幾個方面:有效減少機床制造及使用過程中的環(huán)境污染;大幅度降低資源消耗和能源消耗;加強用數控技術改造傳統(tǒng)機床。這既符合 運用信息技術和自動化技術改造傳統(tǒng)產業(yè),使傳統(tǒng)產業(yè)生產技術和裝備現代化這一產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標得以實現,又可取得巨大的經濟效益。大力發(fā)展綠色數控機床。綠色數控機床 應是材料消耗少、能耗低、無污染,壽命長且便于拆卸回收的新 型機床5 。綜上所述,機床的模塊化設計與數控化改造在機床 工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中無疑是大有作為的。參考文獻1 賈延林主編.模塊化設計.北京:機械工業(yè)出版社,1993 2 張曙.中國制造企業(yè)怎樣進入21世紀.上海:同濟大學現代制造技術研究所,19963特別報道:開放式數控系統(tǒng).國際金屬加工商情,2002. 5 4 孫玉華.機床的數控化改造和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.上海機床,2000(1)5 周凱.數控技術與產業(yè)發(fā)展途徑探究.中國機械工

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