魯欣萌

(哈爾濱空調(diào)股份有限公司，哈爾濱 150078)

0 引 言

實(shí)現(xiàn)兩化融合，推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，構(gòu)建智能組織架構(gòu)，形成只能裝備與高端人才的匹配，這是“中國(guó)制造2025”提出建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)。然而傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床往往達(dá)不到只能制造生產(chǎn)前對(duì)只能設(shè)備的相關(guān)要求，但可通過升級(jí)改造方法解決此問題。針對(duì)傳統(tǒng)制造廠中的老舊設(shè)備進(jìn)行升級(jí)和改造，以實(shí)現(xiàn)與MES、ERP等信息化軟件系統(tǒng)集成，與其他的設(shè)備互聯(lián)互通，滿足只能生產(chǎn)要求，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了資源高效利用。

1 機(jī)床智能化改造的意義

高度自動(dòng)化的無人車間，是近幾年我國(guó)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)縮影。目前，工信部共啟動(dòng)了109個(gè)智能制造試點(diǎn)，并取得了顯著成效。伴隨著智能制造試點(diǎn)的推進(jìn)，機(jī)器人的使用迅速增加，尤其適用于作業(yè)難度大的行業(yè)、國(guó)際應(yīng)用最廣泛的焊接領(lǐng)域以及高端應(yīng)用集中的汽車行業(yè)等。中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó)，但其裝備水平相對(duì)落后，自動(dòng)化程度較低。特別是一些老的機(jī)械制造廠，設(shè)備多是老式的數(shù)控機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工要求，尤其是自動(dòng)化要求。隨著社會(huì)的發(fā)展，人力資源成本不斷提高，尤其對(duì)于一些重復(fù)性程度較高、作業(yè)難度大、環(huán)境不適合人長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)基本裝料、卸料等功能的自動(dòng)化，將會(huì)極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，為企業(yè)節(jié)省人力、物力和財(cái)力。例如：根據(jù)某市人社部門對(duì)全市部分企業(yè)職工的工資收入進(jìn)行抽樣調(diào)查，經(jīng)統(tǒng)計(jì)、匯總和分析，確定了50個(gè)工種的勞動(dòng)力市場(chǎng)工資指導(dǎo)價(jià)位，其中數(shù)控機(jī)床操作工月收入多在4 500元上下，人力成本約11萬每年(按每臺(tái)機(jī)床需2名工人計(jì)算)。每臺(tái)數(shù)控機(jī)床改造的費(fèi)用約為10萬(配置經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人)，且改造后的設(shè)備可以持續(xù)性使用(正常維護(hù)10年左右)，設(shè)備改造后一人可以操作多臺(tái)機(jī)床。相比之下，雖然設(shè)備改造費(fèi)用相對(duì)較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)分析可以節(jié)省大量成本，且可以克服工人操作機(jī)床帶來的缺陷。

2 改造方案

對(duì)于老機(jī)床的改造首先是恢復(fù)原有功能，第二是提高機(jī)床的精度，第三是將機(jī)床安裝控制系統(tǒng)，將機(jī)床的一些參數(shù)數(shù)字化。

(1)機(jī)床功能的恢復(fù)與改進(jìn)

將老機(jī)床的電控箱重新更換，用集成PLC的控制柜代替。利用智能觸摸屏做人機(jī)交互媒介。將機(jī)床使用過程中的參數(shù)信息、工作狀態(tài)、工件基本信息等統(tǒng)一在智能屏上顯示。

(2)機(jī)床精度的恢復(fù)與數(shù)字化

老式機(jī)床采用絲杠作為電機(jī)傳動(dòng)的方式，時(shí)間長(zhǎng)由于磨損會(huì)導(dǎo)致精度大幅降低。改造后的機(jī)床計(jì)劃采用光柵式傳感器進(jìn)行替代，可有效地提升機(jī)床的精度，并可將傳感器的反饋信號(hào)顯示到智能觸摸屏上。

(3)機(jī)床簡(jiǎn)單數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)

測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的測(cè)量，將信息實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，把機(jī)床參數(shù)在觸摸屏設(shè)置好后，通過PLC的控制程序，機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的數(shù)控功能。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用異步電動(dòng)機(jī)、變頻器、光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，如圖所示。該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的差別是：由光柵、感應(yīng)不同器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置信號(hào)、、反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，同時(shí)通過PLC程序控制，以給定的速度向著消除偏差的運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零。

圖1 閉環(huán)控制系統(tǒng)

圖2 部分PLC接線圖

圖3 部分PLC程序

以鉆孔為例，機(jī)床需改造成用三臺(tái)方向電機(jī)來控制X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng)，再用光柵尺控制其移動(dòng)精度。通過測(cè)距傳感器，可以精確測(cè)量出矩形工件的外形尺寸，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能觸摸屏。在觸摸屏上，將孔大小、孔距、孔的定位等參數(shù)設(shè)置好，PLC執(zhí)行控制程序，機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆孔功能。

4 結(jié)束語

本文介紹了有關(guān)老式機(jī)床改造的方案及實(shí)際案例，對(duì)老式機(jī)床的改造，有助于企業(yè)用較小的成本提升效率。結(jié)合“兩化融合”，可使企業(yè)逐步升級(jí)成智能化工廠。在機(jī)床的改造過程中，一定要結(jié)合實(shí)際使用情況，酌情進(jìn)行逐步升級(jí)，不必要的功能可延緩研發(fā)，在使用和調(diào)試過程中不斷完善。