进口数控设备备件的国产化研究和应用

概述
    “科学技术是第一生产力”。有效地利用国外的先进技术和设备进行生产，既可以提高产品的产量和质量，促进企业的发展，又可以大大加快我国的现代化建设。改革开放二十年来，随着我国的经济发展，进口设备因其技术的先进性在企业生产中起着很大的作用。由于设备的正常运转是保证生产顺利进行的前提，而对设备的维修保养必然涉及到备件问题，那么如何合理的选择备件对于企业而言是个相当重要的命题，因为，合理地选择备件，不仅可以缩短维修时间，还可以节约大笔费用，具有明显的经济效果。
    近几年，通过结合我厂实际情况，我们在进口设备的消化吸收和备件国产化研究方面做了大量的工作，应用于生产实践中卓有成效，取得了明显的经济效益和社会效益。

    进口设备的特点
    进口设备的技术较为先进，多为数控设备。由于计算机技术突飞猛进的发展、产品生产结构的更新以及由于工业发展所需的加工精度和几何形状等要求，数控技术在工业领域的应用极为广泛。
    数控（NC）是用数字信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。数控系统是一种控制系统，它通过自动阅读输入载体上给定的数字，进行译码、处理，驱动机床产生各种运动，同时参照外界信息的变化，加工出合格的产品来。一个数控系统包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动、进给伺服驱动等部分。
    随着微电子技术与计算机技术的飞速发展，不断把它们的最新技术成果应用到机械造业中来，使数控机床可获得更高的精度和稳定的质量，可以提高劳动生产效率并因此降低劳动强度，可以缩短产品的换型周期，而数控加工中心则可实现各种动作，以解决工序之间运输及重新装夹等辅助空间与时间，还可实观无人化系统从而达到现代化管理。所有这些技术大都以数控机床为基础，再结合高级自动化技术进一步提高数控技术的技术经济效益。因此数控机床给现代化生产提供了良好的基础。
    进口设备的组成机构、附属备件及夹具的设计精度较高。由于计算机技术、信息技术。自动化技术在制造业中的广泛应用，精密铸造技术、精密焊接技术、精密塑性成型技术得到发展，加之新材料新工艺的应用，进口设备的备配件往往精度很高，其配置既按照系列化、标准化、通用化设计，又具有较大的灵活性及专用性，在加工精度上及工艺上具有明显的技术优势。
    进口设备加工工艺的设计与机床本身的设计有统筹考虑和安排，生产线的设置主要根据加工工艺要求，同时工艺编制也充分考虑到机床生产的特点及需要，因而工序高度集中，定位加工基准安排合理先进。
    可以说，无论从控制技术上还是从备件的加工工艺和制造上，进口设备都具有一定的同期先进性。

    我厂进口设备及备件的现状
    我公司重点建设项目，投资近亿元的我厂低惯量油嘴生产线的关键工序均采用进口设备，其中高精磨床有十台，包括中孔座面磨床、端面磨床、外圆磨床、配磨磨床、无心磨床；钻床有四台；珩磨机床八台，分别由瑞士、瑞典、德国等引进。机床控制方式多种多样，包括PLC控制，CNC控制，交流变频控制，伺服系统控制。八十年代末期，这些设备无论在加工精度和效率上，还是自动化程度上都属国际国内一流。进口设备使我厂以高质量高产量的产品在激烈的市场竞争中站稳了脚跟，为我厂J系列油嘴生产的顺利进行做出了贡献。
    随着时间的推移，进口设备的故障日渐频繁，影响维修质量和维修速度的因素主要有几个方面：①随机资料较少，无法准确把握设备控制原理。②损坏部件在国内很难买到。③备件加工精度达不到要求等。其中最重要的是备件的因素，因为备件工作做到位，其他方面就易于回避。
    虽然针对备件问题我们采取了相应措施，如成立专门进口备件库，设置专人管理，与进口设备代理商保持联系等，但是备件问题仍面临三个方面的难题：一是我们现有的备件基本上都是随设备一起购进的，数量品种有限，在几年的维修工作中，相当部分的常用备件已无库存。二是部分备件常常因其特殊性、专用性，购买需耗费巨资，一味地更换备件，会造成维修费用的高投入而影响产品的成本；三是随着科技的飞速发展，许多备件都已更新换代，购物途径不畅又会影响到生产的安排。
    鉴于这种情况，进口设备的消化吸收及国产化研究是我们面临的刻不容缓的任务之一，具有深远的意义和极大的发展前景。

    进口设备备件国产化的研究及应用
    对进口设备的部件进行国产化，模式不是一成不变的，有其科学性，要根据实际情况有针对性地采取不同的方式，往往合理科学地选择改造类型，不仅能提高工作效率，还可以节约大量资金，取得明显的经济效益。
    由于进口设备采用的技术一般较为先进，在备件国产化时就可以利用其原理的先进性，仅对结构或外型做相应变异，以改善备件加工的工艺性。这种类型的改造一般都简单易行，既能满足生产工艺要求，又易于与原系统配套，具有很好的性能价格比，是一种行之有效的方法。采用这种方法进行的改造在我厂比较多，其中较为突出的有U80磨头电机的国产化改造。
    我厂先后从瑞典引进了3台U80磨床，用以加工零件的中孔和座面。被加工零件的中孔、座面的工艺要求极严：圆度要求在0.5μm以内，圆柱度要求在0.8μm以内，表面粗糙度值要求在0.4μm以下。因此，对机床的磨头的运动精度要求极高，转速要求在95000r／min以上，工作时的动平衡精度要求在G0.6以下，回转精度不能大于0.01mm，属高精密部件。正常情况下，磨头九个月要更换，在未实施改造之前，只能依赖进口。价格约为人民币10万元／个。我厂三台机床共计有磨头12个，每年三台机床仅磨头的维修费用近60万元。为此，96年我厂开始了磨头的国产化工作。
    经过对进口磨头结构的分析发现其先进之处在于预紧装置：通过弹簧及轴承特殊的支承形式，可同时对前后轴承施加预载荷，还可自动调整此载荷的大小。然而加载荷装置虽然设计巧妙，但其零件的加工工艺性很差，国产机床很难满足加工精度要求。因为国产磨头往往采用前后支承分别加载的形式，故采用国产通用的预加载荷形式是不可能的，否则将增大磨头的外形尺寸（总长、外圆），无法与原机床联接。为此，经对国产磨头的调研及与有关专业厂家共同协商，决定在总体结构上仍采用UVA磨头的预紧形式（即同时对前后支承加载），而对其零件的具体结构加以改进，以改善其工艺性。原磨头采用中心单弹簧预加载荷的方式，国产化后采用国内较成熟的周边弹簧加载的形式。这样，原设计方式不变，具体零件的形状发生了根本变化，使加工工艺适合了国内的机床。
    将原磨头的前支承形式加以改进：去掉前端盖，使前支承直接座在磨头的壳体上。这样，不仅提高了前支承的刚度，且简化了结构，大大提高了工艺性。
    对原磨头的辅助装置也做了改进：原电气接口采用国产标准，加大原油雾润滑口以提高其润滑性能，同时将水冷口加大，以提高其冷却能力。磨头国产化加工完毕后进行检测，其静态参数完全可与原UVA磨头相媲美，而动态参数在振动值上略高于原UVA磨头，但也能满足工艺要求。整部磨头的造价合人民币15000元，比原UVA磨头节约维修资金近40万元。对U80磨头国产化替代，不仅满足了零件加工的精度要求，而且每年节约修理资金近43万人民币。
    上述国产化方法虽然易行，但有它的局限性，当对故障备件的原理或结构难以了解时，就难以实施，一般在对损坏的机械备件进行改造时使用较多，而对于多数控制系统复杂的电气系统往往效果并不理想。因此除此之外，我们常采用的另一种途径是：将原系统全部摒弃，采用国内已成熟的先进技术进行国产化。随着电子技术的迅速发展，越来越多的技术更为先进、性能更显优良的系统被开发出来，使用国产技术不仅备件通用性强，易于购买和维修，而且还能增强设备的先进性和自动化程度。如果进行合理改造，无论设备在性能还是技术含量上都将能加以改善。在这方面我们也有较为成功的例子。
    我厂由波兰引进的RTPEQ多功能电加热封闭式热处理炉主要用于温度达1000℃时使用保护气进行的金属的热处理。该设备调试过程中，控制炉内气氛的红外型CO2控制器发生严重故障，炉子无法正常工作。此控制器的基本系统是一台红外气体分析器，按红外吸收原理工作。通过对系统的电源、炉内气体的取样及分析方法的分析和市场选型，我们决定采用国产GMCC-2型氧势法微机控制气体渗碳装置替代损坏的CO2控制器。GMCC-2型氧势法微机控制气体渗碳装置GMC-80TC温度碳势控制计算机为核心，采用Z80系列产品，由于该系统采用国际流行的总线式模块化结构，控制速度快，通用性好，可靠性高。而且，计算机系统采用表格式语言编制工艺程序，程序编制简单易读，并与仪表具有重控制功能，可根据现场需要任意选用计算机控制，仪表记录、或者仪表控制，计算机监控，便于操作。新系统配有的自诊断程序，还可进行系统故障的检测，简化维护。采用此系统，无论是设备的可靠性还是自动化程度都大大提高。
    原控制线路改造后调试结果均与理论分析相符，达到甚至优于原系统，设备完全满足工艺要求。如购买一台相近性能的备件，需要九万元，且购买周期长，选用国产系统替代，购买安装及调试仅花费三万元，使闲置几年价值几十万元的进口设备重新用于生产，生产出的产品质量均达到工艺要求，使用至今未出现故障。由于控制精度的提高，产品的产量和质量都有所提高，提高了劳动生产率。
    通过这次对波兰产多用炉红外型CO2控制器的国产化的工作，使我们获得了这方面的可贵经验，随着微电子技术和计算机技术的发展，特别是开放型计算机的发展，数控系统的设计、制造、推广将是不可限量的，因此将新的数控系统引人设备的改造将是一种趋势，而此次对进口多用炉改造的尝试，为我们以后在这方面的工作提供了理论和实践的依据。

    结论
    1）对进口设备进行国产化既可以满足生产需要，又能节约资金，完全适合我国企业的发展要求，具有深远的意义和前景。
    2）对进口设备进行国产化，要根据设备的具体情况，采用相应的方法，进行合理选型，才能取得更明显的社会效益和经济效益。
    3）对新技术的不断开发、推广和学习是进行进口备件国产化的一个不容忽视的重要工作和基础。