杜彥斌，楊 勇，王 洲

(1.重慶工商大學(xué) 制造裝備機構(gòu)設(shè)計與控制重慶市重點實驗室，重慶 400067；2.重慶機床(集團)有限責(zé)任公司，重慶 401336)

0 引 言

機床行業(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；機床產(chǎn)品具有耐久性，回收與再制造的價值較大，是貫徹落實《中國制造2025》而制定的《綠色制造工程實施指南》等文件明確支持的再制造產(chǎn)品之一。目前，機床再制造(Machine tool remanufacturing)受到國內(nèi)外多個國家的重視與關(guān)注，并逐步形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模[1]。美國的機床再制造產(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]。英國機床再制造產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不大(每年約完成四百五十臺)，但主要集中于高附加值的機床，營業(yè)規(guī)模超過四千五百萬英鎊[4]。作為制造業(yè)大國，我國的機床保有量有八百多萬臺，但相比于國外發(fā)達國家，在役機床裝備的加工精度、可靠性等存在差距，而且多數(shù)在役機床處于超期服役狀態(tài)，迫切需要實施再制造與技術(shù)升級。目前，國內(nèi)可提供機床再制造服務(wù)的企業(yè)超過兩千多家[5-6]，由機床主機廠、第三方機床再制造企業(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)用在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，尤其是汽車、摩托車、工程機械等行業(yè)對于齒輪的需求量巨大。我國齒輪行業(yè)的產(chǎn)值超過一千多億元。滾齒機、插齒機等齒輪加工機床是齒輪行業(yè)的關(guān)主裝備，由于加工任務(wù)繁重，大量的齒輪加工機床長時間處于過載或超期服役狀態(tài)，在未達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床報廢處理，不僅造成資源浪費與環(huán)境污染，而且由于齒輪加工機床普遍價值較高，企業(yè)無力投入資金采購新裝備[7]。因此，這些齒輪加工企業(yè)迫切需要對這些齒輪加工機床實施再制造與升級，實現(xiàn)其功能及制造能力的恢復(fù)。其中，汽車、工程機械等行業(yè)的齒輪粗加工車間，存有大量的YX3120系列滾齒機。結(jié)合齒輪行業(yè)特點與企業(yè)實際情況，本文選取YX3120系列滾齒機為典型研究對象，對其修復(fù)與再制造方案進行分析，可為齒輪制造企業(yè)提升制造能力提供參考與借鑒。

1 YX3120系列滾齒機再制造需求分析

YX3120系列滾齒機結(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，加工精度可達到6～7級；其技術(shù)指標參數(shù)如表1所示。

表1 YX3120系列滾齒機技術(shù)指標

經(jīng)過對該系列機床加工現(xiàn)場進行考察以及性能評估與分析，YX3120系列滾齒機由于加工任務(wù)繁重，服役時間較長，工作精度下降而不能滿足客戶的加工要求，而且部分滾齒機由于精度喪失嚴重而閑置。針對該問題，客戶提出了采用機床再制造來恢復(fù)機床制造能力的需求，需要對YX3120系列滾齒機的核心機械零部件進行修復(fù)與再加工，對滾齒機電氣系統(tǒng)以及冷卻潤滑、液壓氣動等輔助系統(tǒng)進行再設(shè)計與更換升級，要求實現(xiàn)滾齒機幾何精度、加工精度的恢復(fù)，并達到原出廠標準。

2 滾齒機修復(fù)與再制造方案設(shè)計

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

圖1 YX3120系列滾齒機修復(fù)與再制造過程

2.1 機床拆卸

實施YX3120系列滾齒機再制造的第一步就是將整機拆卸成單個零部件，而YX3120系列滾齒機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊，在拆卸過程需要確定科學(xué)、合理、規(guī)范的拆卸順序與拆卸深度。

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

2.2 零部件清洗

滾齒機在運行過程中，大量的油污、粉塵以及切屑等殘留在滾齒機零部件上，影響機床的正常運行。YX3120滾齒機拆卸完成之后，需要采用振動清洗、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、油污以及有機涂層等，以便于表面性能檢測、再加工等后續(xù)工序的進行。

2.3 檢測與分類

YX3120系列滾齒機各個零部件由于已經(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，影響再加工過程的可靠性以及再制造質(zhì)量。因此，需要運用超聲、磁粉、渦流等無損檢測方法[9]，對零部件的裂紋、磨損、變形及表面變質(zhì)等損傷情況進行檢測與分析，確定零部件的可再制造性。

根據(jù)零部件評估結(jié)果以及再制造工藝方法，可將零部件分為3類：YX3120滾齒機的鑄件結(jié)構(gòu)件一般經(jīng)過機械再加工后可直接重用，該類零件占機床總重的大部分；主軸、導(dǎo)軌及蝸桿蝸輪副等關(guān)鍵核心零部件要經(jīng)過多道再制造工藝過程后可重用，該類零件的價值較高；部分傳動件、緊固件以及冷卻潤滑系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的易損件需要更新升級，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程，零部件的再加工過程是單件小批量生產(chǎn)，具有個性化、定制化等特征。經(jīng)過拆卸與清洗之后，需要根據(jù)第三步確定的零部件性能狀況，針對性的采用合適的再制造工藝方法對YX3120滾齒機的廢舊零部件進行修復(fù)與再加工，最終達到再制造滾齒機的使用要求。

(1) 床身修復(fù)。YX3120系列滾齒機的床身零部件一般可直接重用。由于服役時間長而且服役環(huán)境惡劣，該滾齒機導(dǎo)軌產(chǎn)生了磨損等損傷，其修復(fù)方法及過程為：床身導(dǎo)軌面可采用導(dǎo)軌磨或者精刨的方式進行重新加工，之后對導(dǎo)軌面進行刮花處理(刮削加工)。對滾齒機床身導(dǎo)軌進行刮花處理，可以增大導(dǎo)軌面的實際接觸面積。同時，刮花的凹坑處可以殘留微量的潤滑油，可以減小導(dǎo)軌接觸面的摩擦力。經(jīng)過修復(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) 工作臺組件修復(fù)。工作臺組件是YX3120系列滾齒機的核心部件。工作臺殼體的導(dǎo)軌副通常可以采用對刮的方法來修復(fù)。滾齒機工作臺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、自由珩磨等方法實施再制造。針對YX3120滾齒機工作臺組件的具體損傷情況，分度蝸輪副選用以下方案實施再制造：采用精滾、剃修復(fù)齒形精度的方式來修復(fù)蝸輪；與第一步修復(fù)后的蝸輪相配，修復(fù)相配的蝸桿，達到配合精度的要求。

(3) 大立柱組件修復(fù)。YX3120系列滾齒機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行修復(fù)。在各個零部件修復(fù)或者更換后，將大立柱組件各個零部件進行組裝并調(diào)整配合間隙，達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：將刀架組件進行拆卸，并對零部件進行清洗。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行組裝，并對刀架主軸與軸瓦的接觸面進行配刮加工，最終達到精度要求，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，YX3120系列滾齒機的電氣系統(tǒng)各個元件老化現(xiàn)象嚴重，需要將其電氣控制系統(tǒng)進行更新升級。為適應(yīng)再制造新機床的結(jié)構(gòu)特征，需要將YX3120系列滾齒機的液壓系統(tǒng)進行再設(shè)計與改造，把原有的液壓系統(tǒng)淘汰。如圖6所示為YX3120滾齒機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

完成零部件修復(fù)與再加工后，需要根據(jù)YX3120滾齒機再制造設(shè)計方案，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，再裝配成滾齒機整機。再裝配過程中，需要注意調(diào)整各組成零部件的間隙，并對零部件的結(jié)合面進行配刮，提高配合精度。如圖7所示為再裝配過程中的YX3120滾齒機。

圖7 再裝配過程中的YX3120滾齒機

再制造YX3120系列滾齒機需要嚴格按照新滾齒機的出廠標準進行檢測與驗收[10]。檢驗內(nèi)容主要包括：外觀檢驗；附件和工具的檢驗；參數(shù)檢驗；再制造滾齒機的空運轉(zhuǎn)試驗；再制造滾齒機的負荷試驗；再制造滾齒機的精度檢驗；加工和裝配質(zhì)量檢驗。

3 YX3120系列滾齒機再制造效益分析

通過對再制造YX3120系列滾齒機的相關(guān)技術(shù)指標與原出廠標準進行對比(圖2)，表明其幾何精度、工作精度均實現(xiàn)了恢復(fù)與提升，再制造YX3120系列滾齒機在功能、性能等多方面都達到新滾齒機出廠標準。表2數(shù)據(jù)來源于機床再制造企業(yè)檢測結(jié)果。

再制造新YX3120滾齒機的成本只有同等新滾齒機的一半左右，功能及性能均超過原老舊滾齒機，低成本地實現(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)備購置資金。

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

表2 再制造YX3120滾齒機指標對比

4 結(jié) 論

機床再制造具有服務(wù)型制造的特征，是一種以廢舊、老化機床為輸入的新型機床制造模式。機床行業(yè)是國家支持再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域，機床再制造符合《中國制造2025》行動綱領(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。

針對汽車、工程機械等行業(yè)大量服役的YX3120系列滾齒機存在的功能喪失、磨損嚴重、精度退化等問題，經(jīng)過復(fù)雜的機床修復(fù)與再制造工藝過程，可將其再制造成性能得到恢復(fù)、功能實現(xiàn)提升的新滾齒機，可大大延長其服役壽命，滿足客戶的加工需求。

YX3120系列滾齒機再制造的實施周期較短，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)備購置資金。再制造可減少毛坯制造過程中的能源消耗以及污染排放，具有節(jié)能減排特征，經(jīng)濟及環(huán)境效益明顯。

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