浅析老式机床智能化改造

鲁欣萌

(哈尔滨空调股份有限公司，哈尔滨 150078)

0 引 言

实现两化融合，推动企业转型升级，构建智能组织架构，形成只能装备与高端人才的匹配，这是“中国制造2025”提出建设制造强国的目标。然而传统的数控机床往往达不到只能制造生产前对只能设备的相关要求，但可通过升级改造方法解决此问题。针对传统制造厂中的老旧设备进行升级和改造，以实现与MES、ERP等信息化软件系统集成，与其他的设备互联互通，满足只能生产要求，同时也实现了资源高效利用。

1 机床智能化改造的意义

高度自动化的无人车间，是近几年我国制造业企业转型升级的一个缩影。目前，工信部共启动了109个智能制造试点，并取得了显著成效。伴随着智能制造试点的推进，机器人的使用迅速增加，尤其适用于作业难度大的行业、国际应用最广泛的焊接领域以及高端应用集中的汽车行业等。中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平相对落后，自动化程度较低。特别是一些老的机械制造厂，设备多是老式的数控机床，远远不能满足加工要求，尤其是自动化要求。随着社会的发展，人力资源成本不断提高，尤其对于一些重复性程度较高、作业难度大、环境不适合人长时间作业的场合，能够实现基本装料、卸料等功能的自动化，将会极大地提高劳动生产率，为企业节省人力、物力和财力。例如：根据某市人社部门对全市部分企业职工的工资收入进行抽样调查，经统计、汇总和分析，确定了50个工种的劳动力市场工资指导价位，其中数控机床操作工月收入多在4 500元上下，人力成本约11万每年(按每台机床需2名工人计算)。每台数控机床改造的费用约为10万(配置经济型机器人)，且改造后的设备可以持续性使用(正常维护10年左右)，设备改造后一人可以操作多台机床。相比之下，虽然设备改造费用相对较高，但从长远分析可以节省大量成本，且可以克服工人操作机床带来的缺陷。

2 改造方案

对于老机床的改造首先是恢复原有功能，第二是提高机床的精度，第三是将机床安装控制系统，将机床的一些参数数字化。

(1)机床功能的恢复与改进

将老机床的电控箱重新更换，用集成PLC的控制柜代替。利用智能触摸屏做人机交互媒介。将机床使用过程中的参数信息、工作状态、工件基本信息等统一在智能屏上显示。

(2)机床精度的恢复与数字化

老式机床采用丝杠作为电机传动的方式，时间长由于磨损会导致精度大幅降低。改造后的机床计划采用光栅式传感器进行替代，可有效地提升机床的精度，并可将传感器的反馈信号显示到智能触摸屏上。

(3)机床简单数控功能的实现

测距传感器，实现对工件的测量，将信息实时显示在触摸屏上。根据实际生产需要，把机床参数在触摸屏设置好后，通过PLC的控制程序，机床实现自动工作，实现了简单的数控功能。

3 控制系统

控制系统采用异步电动机、变频器、光栅测量反馈的闭环数控系统，如图所示。该系统与开环系统的差别是：由光栅、感应不同器等位置检测装置测得的实际位置信号、、反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，同时通过PLC程序控制，以给定的速度向着消除偏差的运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零。

图1 闭环控制系统

图2 部分PLC接线图

图3 部分PLC程序

以钻孔为例，机床需改造成用三台方向电机来控制X、Y、Z三个方向的移动，再用光栅尺控制其移动精度。通过测距传感器，可以精确测量出矩形工件的外形尺寸，并将数据发送至智能触摸屏。在触摸屏上，将孔大小、孔距、孔的定位等参数设置好，PLC执行控制程序，机床实现自动钻孔功能。

4 结束语

本文介绍了有关老式机床改造的方案及实际案例，对老式机床的改造，有助于企业用较小的成本提升效率。结合“两化融合”，可使企业逐步升级成智能化工厂。在机床的改造过程中，一定要结合实际使用情况，酌情进行逐步升级，不必要的功能可延缓研发，在使用和调试过程中不断完善。