YX3120系列滾齒機修復與再制造方案*

杜彥斌，楊 勇，王 洲

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

0 引 言

機床行業(yè)是制造業(yè)的基礎與重要組成部分，為制造業(yè)提供基本生產設備；機床產品具有耐久性，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品之一。目前，機床再制造(Machine tool remanufacturing)受到國內外多個國家的重視與關注，并逐步形成一定的產業(yè)規(guī)模[1]。美國的機床再制造產業(yè)經歷了維修(Repair)、翻新(Retrofits)、數控化改造(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[2-3]。英國機床再制造產業(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升級。目前，國內可提供機床再制造服務的企業(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系統廠家等)三類構成。

齒輪是一種量大面廣的關鍵基礎零部件，幾乎應用在國民經濟各個領域，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)的關主裝備，由于加工任務繁重，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，實現其功能及制造能力的恢復。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系列滾齒機結構、技術較為成熟，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)的關鍵設備，尤其適用于齒輪零件的大批量生產。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；其技術指標參數如表1所示。

表1 YX3120系列滾齒機技術指標

經過對該系列機床加工現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與再加工，對滾齒機電氣系統以及冷卻潤滑、液壓氣動等輔助系統進行再設計與更換升級，要求實現滾齒機幾何精度、加工精度的恢復，并達到原出廠標準。

2 滾齒機修復與再制造方案設計

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

圖1 YX3120系列滾齒機修復與再制造過程

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系列滾齒機的結構復雜、緊湊，在拆卸過程需要確定科學、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歷一次服役周期，其表面及內部材料均可能發(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。

根據零部件評估結果以及再制造工藝方法，可將零部件分為3類：YX3120滾齒機的鑄件結構件一般經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、導軌及蝸桿蝸輪副等關鍵核心零部件要經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、液壓氣動系統、電氣控制系統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，具有個性化、定制化等特征。經過拆卸與清洗之后，需要根據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與再加工，最終達到再制造滾齒機的使用要求。

(1) 床身修復。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，該滾齒機導軌產生了磨損等損傷，其修復方法及過程為：床身導軌面可采用導軌磨或者精刨的方式進行重新加工，之后對導軌面進行刮花處理(刮削加工)。對滾齒機床身導軌進行刮花處理，可以增大導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，可以減小導軌接觸面的摩擦力。經過修復與再加工后，導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。工作臺組件是YX3120系列滾齒機的核心部件。工作臺殼體的導軌副通常可以采用對刮的方法來修復。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、剃修復齒形精度的方式來修復蝸輪；與第一步修復后的蝸輪相配，修復相配的蝸桿，達到配合精度的要求。

(3) 大立柱組件修復。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。大立柱的導軌面通常選用刮研方法進行修復。在各個零部件修復或者更換后，將大立柱組件各個零部件進行組裝并調整配合間隙，達到再制造工藝的技術要求，如圖3所示。

圖3 再制造大立柱

(4) 小立柱組件修復。小立柱組件的修復與再制造，需要更換各類易損件，并配刮支架與小立柱導軌的結合面，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) 電氣及液壓系統改造。由于使用年限較長，YX3120系列滾齒機的電氣系統各個元件老化現象嚴重，需要將其電氣控制系統進行更新升級。為適應再制造新機床的結構特征，需要將YX3120系列滾齒機的液壓系統進行再設計與改造，把原有的液壓系統淘汰。如圖6所示為YX3120滾齒機再制造后的電氣系統及液壓系統。

圖6 再制造YX3120電氣及液壓系統

3.5 再裝配與檢驗

完成零部件修復與再加工后，需要根據YX3120滾齒機再制造設計方案，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，需要注意調整各組成零部件的間隙，并對零部件的結合面進行配刮，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]。檢驗內容主要包括：外觀檢驗；附件和工具的檢驗；參數檢驗；再制造滾齒機的空運轉試驗；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系列滾齒機的相關技術指標與原出廠標準進行對比(圖2)，表明其幾何精度、工作精度均實現了恢復與提升，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數據來源于機床再制造企業(yè)檢測結果。

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，低成本地實現了齒輪加工企業(yè)制造能力的恢復與提升，為加工企業(yè)節(jié)省大量的設備購置資金。

YX3120系列滾齒機的鑄造結構件以及高附加值的核心零部件實現了重用，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 論

機床再制造具有服務型制造的特征，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業(yè)發(fā)展的重點領域，機床再制造符合《中國制造2025》行動綱領中大力發(fā)展綠色制造、服務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，經過復雜的機床修復與再制造工藝過程，可將其再制造成性能得到恢復、功能實現提升的新滾齒機，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，經濟及環(huán)境效益明顯。

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