杜彥斌，楊 勇，王 洲

(1.重慶工商大學(xué) 制造裝備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067；2.重慶機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶 401336)

0 引 言

機(jī)床行業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)與重要組成部分，為制造業(yè)提供基本生產(chǎn)設(shè)備；機(jī)床產(chǎn)品具有耐久性，回收與再制造的價(jià)值較大，是貫徹落實(shí)《中國(guó)制造2025》而制定的《綠色制造工程實(shí)施指南》等文件明確支持的再制造產(chǎn)品之一。目前，機(jī)床再制造(Machine tool remanufacturing)受到國(guó)內(nèi)外多個(gè)國(guó)家的重視與關(guān)注，并逐步形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模[1]。美國(guó)的機(jī)床再制造產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了維修(Repair)、翻新(Retrofits)、數(shù)控化改造(NC rebuilding)及再制造(Remanufacturing)等發(fā)展階段，目前約有三百多家公司可提供再制造服務(wù)[2-3]。英國(guó)機(jī)床再制造產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不大(每年約完成四百五十臺(tái))，但主要集中于高附加值的機(jī)床，營(yíng)業(yè)規(guī)模超過(guò)四千五百萬(wàn)英鎊[4]。作為制造業(yè)大國(guó)，我國(guó)的機(jī)床保有量有八百多萬(wàn)臺(tái)，但相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，在役機(jī)床裝備的加工精度、可靠性等存在差距，而且多數(shù)在役機(jī)床處于超期服役狀態(tài)，迫切需要實(shí)施再制造與技術(shù)升級(jí)。目前，國(guó)內(nèi)可提供機(jī)床再制造服務(wù)的企業(yè)超過(guò)兩千多家[5-6]，由機(jī)床主機(jī)廠、第三方機(jī)床再制造企業(yè)(以中小型公司為主)以及部分功能部件提供商(如NC系統(tǒng)廠家等)三類構(gòu)成。

齒輪是一種量大面廣的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，幾乎應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，尤其是汽車(chē)、摩托車(chē)、工程機(jī)械等行業(yè)對(duì)于齒輪的需求量巨大。我國(guó)齒輪行業(yè)的產(chǎn)值超過(guò)一千多億元。滾齒機(jī)、插齒機(jī)等齒輪加工機(jī)床是齒輪行業(yè)的關(guān)主裝備，由于加工任務(wù)繁重，大量的齒輪加工機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)載或超期服役狀態(tài)，在未達(dá)到使用年限之前出現(xiàn)精度退化、故障頻發(fā)、功能喪失等問(wèn)題，不能滿足齒輪零件的加工要求。如果直接將這些齒輪加工機(jī)床報(bào)廢處理，不僅造成資源浪費(fèi)與環(huán)境污染，而且由于齒輪加工機(jī)床普遍價(jià)值較高，企業(yè)無(wú)力投入資金采購(gòu)新裝備[7]。因此，這些齒輪加工企業(yè)迫切需要對(duì)這些齒輪加工機(jī)床實(shí)施再制造與升級(jí)，實(shí)現(xiàn)其功能及制造能力的恢復(fù)。其中，汽車(chē)、工程機(jī)械等行業(yè)的齒輪粗加工車(chē)間，存有大量的YX3120系列滾齒機(jī)。結(jié)合齒輪行業(yè)特點(diǎn)與企業(yè)實(shí)際情況，本文選取YX3120系列滾齒機(jī)為典型研究對(duì)象，對(duì)其修復(fù)與再制造方案進(jìn)行分析，可為齒輪制造企業(yè)提升制造能力提供參考與借鑒。

1 YX3120系列滾齒機(jī)再制造需求分析

YX3120系列滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)、技術(shù)較為成熟，具有加工效率高、剛性好、可靠性高等特征，是齒輪制造企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，尤其適用于齒輪零件的大批量生產(chǎn)。該系列滾齒機(jī)的加工范圍比較廣，可加工各類的直齒輪、斜齒輪以及各種特殊齒形的齒輪，加工精度可達(dá)到6～7級(jí)；其技術(shù)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 YX3120系列滾齒機(jī)技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)過(guò)對(duì)該系列機(jī)床加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察以及性能評(píng)估與分析，YX3120系列滾齒機(jī)由于加工任務(wù)繁重，服役時(shí)間較長(zhǎng)，工作精度下降而不能滿足客戶的加工要求，而且部分滾齒機(jī)由于精度喪失嚴(yán)重而閑置。針對(duì)該問(wèn)題，客戶提出了采用機(jī)床再制造來(lái)恢復(fù)機(jī)床制造能力的需求，需要對(duì)YX3120系列滾齒機(jī)的核心機(jī)械零部件進(jìn)行修復(fù)與再加工，對(duì)滾齒機(jī)電氣系統(tǒng)以及冷卻潤(rùn)滑、液壓氣動(dòng)等輔助系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)與更換升級(jí)，要求實(shí)現(xiàn)滾齒機(jī)幾何精度、加工精度的恢復(fù)，并達(dá)到原出廠標(biāo)準(zhǔn)。

2 滾齒機(jī)修復(fù)與再制造方案設(shè)計(jì)

結(jié)合齒輪加工企業(yè)的需求以及YX3120系列滾齒機(jī)的特點(diǎn)及當(dāng)前性能狀態(tài)，確定了YX3120系列滾齒機(jī)的修復(fù)與再制造工藝過(guò)程以及再制造設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1 YX3120系列滾齒機(jī)修復(fù)與再制造過(guò)程

2.1 機(jī)床拆卸

實(shí)施YX3120系列滾齒機(jī)再制造的第一步就是將整機(jī)拆卸成單個(gè)零部件，而YX3120系列滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊，在拆卸過(guò)程需要確定科學(xué)、合理、規(guī)范的拆卸順序與拆卸深度。

YX3120滾齒機(jī)的拆卸順序如下：拆卸滾齒機(jī)電氣線路與控制裝置；拆卸滾齒機(jī)的附件；拆卸滾齒機(jī)的冷卻裝置及其油管；拆卸小立柱；拆卸進(jìn)給箱；拆卸滾刀箱及刀架滑板；拆卸大立柱組件；拆卸工作臺(tái)部件；拆卸主電機(jī)。

2.2 零部件清洗

滾齒機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，大量的油污、粉塵以及切屑等殘留在滾齒機(jī)零部件上，影響機(jī)床的正常運(yùn)行。YX3120滾齒機(jī)拆卸完成之后，需要采用振動(dòng)清洗、超聲清洗等多種綠色清洗方法[8]，清除掉所有零部件(廢棄的零部件除外)表面的粉塵、油污以及有機(jī)涂層等，以便于表面性能檢測(cè)、再加工等后續(xù)工序的進(jìn)行。

2.3 檢測(cè)與分類

YX3120系列滾齒機(jī)各個(gè)零部件由于已經(jīng)歷一次服役周期，其表面及內(nèi)部材料均可能發(fā)生各種變化，影響再加工過(guò)程的可靠性以及再制造質(zhì)量。因此，需要運(yùn)用超聲、磁粉、渦流等無(wú)損檢測(cè)方法[9]，對(duì)零部件的裂紋、磨損、變形及表面變質(zhì)等損傷情況進(jìn)行檢測(cè)與分析，確定零部件的可再制造性。

根據(jù)零部件評(píng)估結(jié)果以及再制造工藝方法，可將零部件分為3類：YX3120滾齒機(jī)的鑄件結(jié)構(gòu)件一般經(jīng)過(guò)機(jī)械再加工后可直接重用，該類零件占機(jī)床總重的大部分；主軸、導(dǎo)軌及蝸桿蝸輪副等關(guān)鍵核心零部件要經(jīng)過(guò)多道再制造工藝過(guò)程后可重用，該類零件的價(jià)值較高；部分傳動(dòng)件、緊固件以及冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的易損件需要更新升級(jí)，而原廢舊零部件需要資源化重用或者用作備件。

2.4 零部件再加工

不同于新零部件的批量化制造過(guò)程，零部件的再加工過(guò)程是單件小批量生產(chǎn)，具有個(gè)性化、定制化等特征。經(jīng)過(guò)拆卸與清洗之后，需要根據(jù)第三步確定的零部件性能狀況，針對(duì)性的采用合適的再制造工藝方法對(duì)YX3120滾齒機(jī)的廢舊零部件進(jìn)行修復(fù)與再加工，最終達(dá)到再制造滾齒機(jī)的使用要求。

(1) 床身修復(fù)。YX3120系列滾齒機(jī)的床身零部件一般可直接重用。由于服役時(shí)間長(zhǎng)而且服役環(huán)境惡劣，該滾齒機(jī)導(dǎo)軌產(chǎn)生了磨損等損傷，其修復(fù)方法及過(guò)程為：床身導(dǎo)軌面可采用導(dǎo)軌磨或者精刨的方式進(jìn)行重新加工，之后對(duì)導(dǎo)軌面進(jìn)行刮花處理(刮削加工)。對(duì)滾齒機(jī)床身導(dǎo)軌進(jìn)行刮花處理，可以增大導(dǎo)軌面的實(shí)際接觸面積。同時(shí)，刮花的凹坑處可以殘留微量的潤(rùn)滑油，可以減小導(dǎo)軌接觸面的摩擦力。經(jīng)過(guò)修復(fù)與再加工后，導(dǎo)軌面的配合精度以及服役壽命得到顯著提高，如圖2所示。

圖2 再制造床身

(2) 工作臺(tái)組件修復(fù)。工作臺(tái)組件是YX3120系列滾齒機(jī)的核心部件。工作臺(tái)殼體的導(dǎo)軌副通常可以采用對(duì)刮的方法來(lái)修復(fù)。滾齒機(jī)工作臺(tái)中的分度蝸輪副是其核心零部件，大多可以采用滾剃修復(fù)法、自由珩磨等方法實(shí)施再制造。針對(duì)YX3120滾齒機(jī)工作臺(tái)組件的具體損傷情況，分度蝸輪副選用以下方案實(shí)施再制造：采用精滾、剃修復(fù)齒形精度的方式來(lái)修復(fù)蝸輪；與第一步修復(fù)后的蝸輪相配，修復(fù)相配的蝸桿，達(dá)到配合精度的要求。

(3) 大立柱組件修復(fù)。YX3120系列滾齒機(jī)大立柱組件中的齒輪、軸承等易損件一般需要更換。大立柱的導(dǎo)軌面通常選用刮研方法進(jìn)行修復(fù)。在各個(gè)零部件修復(fù)或者更換后，將大立柱組件各個(gè)零部件進(jìn)行組裝并調(diào)整配合間隙，達(dá)到再制造工藝的技術(shù)要求，如圖3所示。

圖3 再制造大立柱

(4) 小立柱組件修復(fù)。小立柱組件的修復(fù)與再制造，需要更換各類易損件，并配刮支架與小立柱導(dǎo)軌的結(jié)合面，提高配合精度，如圖4所示。

圖4 再制造小立柱

(5) 刀架組件再制造。刀架組件再制造的具體方案為：將刀架組件進(jìn)行拆卸，并對(duì)零部件進(jìn)行清洗。滾刀箱殼體可直接重用；刀架組件中的軸瓦、銅套、齒輪等易損件需要更換；部分零部件需要再加工。將刀架組件的組成零部件進(jìn)行組裝，并對(duì)刀架主軸與軸瓦的接觸面進(jìn)行配刮加工，最終達(dá)到精度要求，如圖5所示。

圖5 再制造刀架組件

(6) 電氣及液壓系統(tǒng)改造。由于使用年限較長(zhǎng)，YX3120系列滾齒機(jī)的電氣系統(tǒng)各個(gè)元件老化現(xiàn)象嚴(yán)重，需要將其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行更新升級(jí)。為適應(yīng)再制造新機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征，需要將YX3120系列滾齒機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)與改造，把原有的液壓系統(tǒng)淘汰。如圖6所示為YX3120滾齒機(jī)再制造后的電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)。

圖6 再制造YX3120電氣及液壓系統(tǒng)

3.5 再裝配與檢驗(yàn)

完成零部件修復(fù)與再加工后，需要根據(jù)YX3120滾齒機(jī)再制造設(shè)計(jì)方案，將三類零部件(包括原舊零部件、新更換的零部件以及再制造零部件)，按照再裝配工藝要求，再裝配成滾齒機(jī)整機(jī)。再裝配過(guò)程中，需要注意調(diào)整各組成零部件的間隙，并對(duì)零部件的結(jié)合面進(jìn)行配刮，提高配合精度。如圖7所示為再裝配過(guò)程中的YX3120滾齒機(jī)。

圖7 再裝配過(guò)程中的YX3120滾齒機(jī)

再制造YX3120系列滾齒機(jī)需要嚴(yán)格按照新滾齒機(jī)的出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)與驗(yàn)收[10]。檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括：外觀檢驗(yàn)；附件和工具的檢驗(yàn)；參數(shù)檢驗(yàn)；再制造滾齒機(jī)的空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)；再制造滾齒機(jī)的負(fù)荷試驗(yàn)；再制造滾齒機(jī)的精度檢驗(yàn)；加工和裝配質(zhì)量檢驗(yàn)。

3 YX3120系列滾齒機(jī)再制造效益分析

通過(guò)對(duì)再制造YX3120系列滾齒機(jī)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與原出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比(圖2)，表明其幾何精度、工作精度均實(shí)現(xiàn)了恢復(fù)與提升，再制造YX3120系列滾齒機(jī)在功能、性能等多方面都達(dá)到新滾齒機(jī)出廠標(biāo)準(zhǔn)。表2數(shù)據(jù)來(lái)源于機(jī)床再制造企業(yè)檢測(cè)結(jié)果。

再制造新YX3120滾齒機(jī)的成本只有同等新滾齒機(jī)的一半左右，功能及性能均超過(guò)原老舊滾齒機(jī)，低成本地實(shí)現(xiàn)了齒輪加工企業(yè)制造能力的恢復(fù)與提升，為加工企業(yè)節(jié)省大量的設(shè)備購(gòu)置資金。

YX3120系列滾齒機(jī)的鑄造結(jié)構(gòu)件以及高附加值的核心零部件實(shí)現(xiàn)了重用，回收重用率達(dá)到80%以上(按重量計(jì))。由于避免了鑄造件毛坯生產(chǎn)過(guò)程中的高排放以及高耗能，再制造過(guò)程相比于新滾齒機(jī)制造過(guò)程可節(jié)能80%以上，環(huán)境排放大量減少。

表2 再制造YX3120滾齒機(jī)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié) 論

機(jī)床再制造具有服務(wù)型制造的特征，是一種以廢舊、老化機(jī)床為輸入的新型機(jī)床制造模式。機(jī)床行業(yè)是國(guó)家支持再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，機(jī)床再制造符合《中國(guó)制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)中大力發(fā)展綠色制造、服務(wù)型制造等新型制造模式的發(fā)展戰(zhàn)略。

針對(duì)汽車(chē)、工程機(jī)械等行業(yè)大量服役的YX3120系列滾齒機(jī)存在的功能喪失、磨損嚴(yán)重、精度退化等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的機(jī)床修復(fù)與再制造工藝過(guò)程，可將其再制造成性能得到恢復(fù)、功能實(shí)現(xiàn)提升的新滾齒機(jī)，可大大延長(zhǎng)其服役壽命，滿足客戶的加工需求。

YX3120系列滾齒機(jī)再制造的實(shí)施周期較短，可快速地恢復(fù)齒輪加工企業(yè)的制造能力。由于再制造成本低，可為企業(yè)省掉大量的齒輪加工設(shè)備購(gòu)置資金。再制造可減少毛坯制造過(guò)程中的能源消耗以及污染排放，具有節(jié)能減排特征，經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益明顯。

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