1.【案例3-20】 镗铣床技术改造

T6925/1落地数显镗铣床是一台普通型机床，由于设备役龄已20多年，运转情况不佳，各轴精度下降，机械磨损严重，原有数显已无法满足加工产品精度的要求，有较多部件必须更换，因此决定对机床进行大修和改造，恢复或接近原有镗铣床出厂时的精度。

（1）T6925/1镗铣床机械部分修理

1）修理床身导轨面。床身导轨面的研伤，先将电砂轮机安装千叶片对导轨表面进行打磨，然后用砂带机对导轨面进行手动平磨，再用淬火机对导轨表面进行斜网纹淬火。导轨表面淬火后，用油石磨平。

17m长床身中段磨损下沉严重，首先进行床身水平调整，整体中部调整略高于端部0.04mm，床身三条导轨中前端调整略高于后端0.02mm。这样处理的目的是使镗铣床有一些精度储备。调整后，用光学准直仪检查床身的直线度，床身导轨（全长）直线度误差是0.04mm，符合技术要求。

关于床身表面淬火，使用的是一台自制简易淬火机。可以用单项交流手把焊机改制淬火机。选择电焊机功率在13～16kW，空载、负载电压，交流4～6V，电流400～600A。二次电路上接一个较大接触器，目的是防止淬火机开始划道时电流过大，避免烧损导轨表面。电焊机上安装一台控制变压器，输出交流控制电压是110V，前端作成手电钻形状，内部有一启动开关，控制二次电路上的接触器。与淬火导轨面接触的一端是20mm宽、3mm厚的尖端铜条。再用3mm厚的绝缘板，制作一个45°角尺，便于划斜网纹。淬火机划道深度为0.15mm，斜网纹间距以15mm为宜。导轨表面淬火后，可提高导轨硬度、增强耐磨性，效果是未处理导轨面的2倍以上。

2）滑座修理。滑座接合面的铜板严重磨损，必须进行修磨、刮研。首先将电砂轮机安装千叶片对滑座铜板接合表面进行打磨，再用油石修磨打磨面。滑座与床身导轨合研，并制作工装，顶住滑座，防止滑座左右过大晃动，保证滑座侧面与床身侧面平行合研、配刮。研刮过程进行了10天时间，直到滑座与床身导轨接触良好，四周用0.03mm塞尺不能塞进，每25mm×25mm范围内与导轨接触点数≥10～12个。最后清洗滑座内部油管等各元器件，回装滑座于床身导轨上。

3）立柱部分修理。立柱90°主导向面磨损严重，中间常用部分凹下0.1/1000mm，用2m标准平尺作为研磨工具，反复用电砂轮安装千叶片及人工修刮，导轨面达到0.02/1000mm。原有镶条面与90°主导向面用同样方法平行配刮。

立柱正导轨面磨损不严重，也应做淬火处理。立柱正导轨面、原有镶条面及90°主导向面都用砂带机打磨平后，用淬火机淬火成网状斜纹，再用油石修磨。

4）主轴箱部分修理。主轴箱90°导向面上铜板磨损0.45/1000mm，严重超差，造成镗杆伸出抬头0.3/1000mm，必须对此项进行改造。

主轴转数在170r/min以上时严重漏油，造成漏油的主要原因是原主轴滑枕前部无抽油装置，润滑油全靠自流回油。可借助原结构上的孔，增加一套双联抽油泵，将泵安装在主轴箱后部，接两根长吸油管到滑枕前部抽油。这样处理后，可保证滑枕前部回流的润滑油全部被抽回油箱。

（2）电气部分修理 仍使用原有电气控制柜，更换控制线，其他方面做常规维护保养和检修。增加滑枕补偿系统PLC程序。数显原是老一代的同步感应器，此次使用进口球珊尺，提高了机床加工精度。

（3）T6925/1镗铣床的改造

1）与立柱90°主导轨面接触的主轴箱铜板改造。与立柱90°主导轨面接触的主轴箱铜板固定镶嵌在主轴箱上，维修刮研难度较大，并且恢复镗铣床原出厂检验记录中G9项（G9镗轴回转轴线对主轴箱沿立柱垂直移动的垂直度精度为0.02/1000mm）很难实现。

将原有与立柱90°主导面轨接触的铜板在镗床上铣掉，上、下各装配一块与主轴箱原有镶条一样配置的装置。改造后，可减少反复配刮主轴箱铜板的工作量，更重要的是便于调整主轴箱前、后镶条，可保证镗铣床G9项精度，还可防止镗铣床上飞刀盘水平横向加工工件时平面出现的接刀台。

2）滑枕补偿系统改造。原有滑枕补偿系统是用四组专门的减压阀来控制平衡液压缸油压大小的，运行时效果不显著。滑枕移动时滑枕上0.5t的立铣头及1.5t的平行盘都易造成滑枕移动误差。机床拆解前，滑枕伸出后低头0.43/1000mm，从400mm长以后开始低头，1000mm到1500（全长）低头最大。

将滑枕补偿系统改为目前较为先进的ATOS电液比例阀控制系统。电液比例阀的电磁铁推力与基准信号成正比，因此，阀芯抵抗弹簧复位力后的位移也就与基准信号成正比。控制系统工作原理是：高压泵站输出油压，压力可在3～12MPa范围调整。根据滑枕伸出八个不同位置，对应八个行程检测接近开关，通过三菱PLC FX2N-32MR-001程序控制器，输出0～10V不同直流模拟电压，从而改变电液比例阀输出压力。压力输出随着滑枕向前伸出逐渐递增，向后回缩逐渐递减。通过控制主轴箱配重平衡液压缸压力大小，改变主轴箱升降前、后链条张力，达到对滑枕平行运动补偿的目的。

3）静压和润滑液压泵改造。原有液压泵运转时噪声大，油管（铜管）及油管接头由于液压泵振动容易断裂。此次大修，改造成液压泵与液压泵电动机直接连接，中间没有一个附件，降低了液压泵工作噪声。油管改用高压软管，杜绝了液压泵运转时油管及油管接头损坏故障。在液压泵输出油路上加大了过滤器。

（4）安装调试过程的处理

1）有崩刀现象。加工工件侧平面时，出现加工崩刀现象，说明主轴箱丝杠与螺母调整间隙过大。重新调整上、下对合螺母间隙后，加工工件平面合格。

2）出现接刀台。正对垂直加工工件平面时出现0.03mm的接刀台。原因是立柱水平直线度及滑座镶条没有调整到最佳状态。镗铣床交检时合格，运行一段时间后出现偏差。用百分表，重新调整立柱与滑座位置及滑座镶条间隙后，接刀台消除。

3）主轴箱快速运行时丝杠晃动大。主轴箱上下快速运行时，丝杠左右晃动较大，目测能够观察到，这说明丝杠上端压帽松动。重新预紧丝杠上端压帽，直到丝杠快速运行不出现晃动为止。

4）直流电动机换向器产生较大火花。直流电动机驱动装置是晶闸管调速驱动装置V57系统，镗铣床共有三套驱动装置。由于是早期产品，设计欠佳。直流电动机测速机必须是负反馈。当测速机极性接错，与电动机驱动装置接成正反馈时是相当危险的，直流电动机点动时，就会造成换向器因电动机电流过大产生较大火花，换向器表面有烧点，同时会烧损电动机（主轴）驱动装置V57进线电源250A的熔断器，或烧损直流电动机电枢的350A熔断器。

为了防止电动机驱动装置V57接成正反馈，拆解机床前要标记好各直流电动机测速机接线号，每台测速机必须和原直流电动机一致。如果测速机有损坏，更换测速机时，一定要用万用表校正好两台测速机极性是否一致。万用表打到20V直流电压挡，用手向同一个方向顺（或逆）时针转动，测量时红、黑表笔接触接线柱方向要一致，看指针万用表指针摆动方向是否一致（或看数字表万用表正、负极性），若一致连接线不动，连接测速机是负反馈；若不一致，将进入测速机的两根线对调。这样检测后，可保证更换的测速机与直流电动机驱动装置接成负反馈。

5）主轴电动机制动过快。主轴75kW直流电动机转动时不能制动过快，过快会影响主轴齿轮使用寿命，同时主轴停止反向制动时驱动装置电流大会烧损晶闸管模块。在调试过程中发现主轴电动机制动过快，可调整V57驱动装置A1板上的可调电位器R8电阻值（R8为加速调节器加速时间调节的电位器，可调节时间范围0.2～2.5s），调大加速时间，主轴停止柔和，同时减小主轴停止时主轴齿轮箱内噪声。立柱、主轴箱、镗杆（或滑枕）停止时间短比较好，不能滑行，以便保证镗铣床加工工件精度。(www.daowen.com)

6）主轴箱与镗杆（或滑枕）匹配运行异常。主轴箱与镗杆（或滑枕）是一套V57驱动装置，安装后两台直流电动机测速机与其他测速机接混，由于测速机型号不一致，造成主轴箱与镗杆（或滑枕）调试始终匹配不佳，镗杆（或滑枕）直流电动机速度慢，电动机运行时噪声大，电动机运转费用。两台测速机调整一致后，主轴箱与镗杆（或滑枕）运行正常。

7）主轴停止瞬间反转且主轴转速表有读数故障。镗铣床加工工件时，出现主轴停止时瞬间反转且主轴转速表有读数故障。原因是主轴驱动装置V57 A1板内有故障，集成块N3损坏，型号LM348N。集成块内部击穿，导致主轴转速表输入端有直流电压。击穿后，直流电压通过在路电子元件反馈到主轴测速机上，造成主轴停止时反转。更换N3集成块后，主轴运转正常。

2.【案例3-21】 空压机变频控制改造

（1）控制的改造方法选择 目前，对空压机控制普遍采用以下两种方法：

1）利用电动机的频繁起、停来控制管路压力。设定管路压力的上、下数值，控制电动机断、通电，使管路压力在上、下数值内变化，这种方式控制简单、成本低，缺点是电动机起、停频繁，只适用于小功率电动机的驱动。

2）利用空压机的压力气阀控制。设定压力上、下限后，开、关进气阀门。整个控制过程中，避免了电动机的频繁起、停，适用于大功率的电动机驱动。目前企业的空压机房普遍使用的是20世纪90年代生产的空压机，基本上采用的是这种控制方式，主要存在以下的问题：①管路空气压力波动较大。②空压机频繁加载、卸载造成电网电压波动大。③空压机始终处于高速运转状态，造成空压机机械故障增多和空压机机体温度升高，同时运营成本增加。④空压机运转噪声大，此噪声一方面由空压机高速运转产生，另一方面由空压机气阀动作产生。⑤电动机运转效率低，能耗大，尽管空压机处于卸载时，电动机负载小，消耗的电能小，但大功率电动机在轻载时的功率因数很低。⑥空压机运转状态无实时监控。

（2）微机变频控制 随着微电子技术的发展，尤其是计算机技术和大功率半导体技术的日益成熟，为空压机运行的微机控制变频改造提供了可靠的技术支持，一方面，变频控制技术解决了电动机的调速控制；另一方面，微机的检测监控系统解决了空压机运转的状态监测。

1）变频控制原理。与传统的空压机运行控制管路压力的方法不同，变频控制方式是通过控制电动机的运转转速来控制空压机的单位时间出风量，从而达到控制管路压力的目的，其压力控制框图如图3-96所示。

图3-96 压力控制框图

2）运行监测：①冷却水监测。其目的是预防由于水泵故障等原因造成的冷却水供应异常，监测管路中的水流量或水的压力。②润滑油监测。其目的是监测润滑油是否需要补充和润滑泵油器工作是否正常，监测润滑油压力。③机体温升监测。检测冷却水出口处的水温来间接反映机体温度。

上述检测的检测元件均安装于空压机外部管路，对空压机机体无需任何改装，安装工作量小，简单易行。

3）微机控制变频设计。

①硬件设计系统组成如图3-97所示，由空压机、电动机、变频控制器、微机监控系统和传感器组成。微机系统采用PC总线工业控制机，内存32MB、硬盘10.3G、550S 15in^[1]显示器。变频器采用G7A41320F，132kW。PCL735参数检测元件：0～1.6MPa、0～0.4MPa远传压力表，Pt100温度传感器。参数检测仪表为16路多路循检仪表SWP—MD809—20—18。监控系统配置多路AD转换接口板，检测各压力传感器的模拟信号。配置多路继电器输出接口板，用于变频器、报警输出和电动机的接触器控制。根据通信 距 离 选 择 相 应 的 通 信 接 口，如RS232C、422、485或加MODEM。根据压力检测范围选择成本低、安装方便和接口设计容易的压力传感器。

图3-97 系统组成

②系统监控的软件设计及调整在WINDOWS 98环境下，采用BORLAND公司的C^++BUILDER4.0设计语言。系统软件包括以下功能模块：主界面模块、数据管理模块、参数模块、控制运行主模块、查询模块和在线帮助模块。主界面是整个系统的框架，所有的系统功能实现都是基于这个模块；数据管理界面用于系统运行的数据管理，包括用风单位的用风记录、空压机运行的异常记录；控制运行界面用于空压机运行管理，运行中管路压力值、机体温度、润滑油压力值和冷却水状态显示等，同时可显示系统的运行模式，如设定运行或自由运行，还包括自由运行、设定运行、停止运行和返回的命令按钮；在线帮助用于方便用户在线查询系统的使用方法。参数调整的主要项目有各传感信号的数值整定和PID控制的参数整定，其中PID参数要经过多次试调，保证系统压力在短时振荡后稳定于设定的值。

（3）效果2005年底对110kW 20m³的空压机和75kW 10m³的空压机成功实施了微机控制变频改造，通过改造前后多组数据对比，可以看出，效果非常显著。

1）设备故障率大大降低。改造前空压机设备老化，通常每个月都要发生两三次故障。改造后的空压机运转平稳，负荷冲击少，各部位都得到了有效的监控，设备故障率相对大大减少。

2）噪声大大降低，改善了工作环境。改造后工作场所的噪声由95dB降为68dB。

3）实现了在线监控，设备更加安全可靠。由于监控程序界面可视化，空压机运行的所有参数均在界面上直接数字显示，出现异常情况声光报警，若危及安全时直接切断电源停机。采用触摸式屏幕，两台空压机每两小时自动交替运行，所有操作一指敲定，操作简单方便。

4）节能效果显著。根据现场用风的情况，75kW 10m³空压机单台运行时，电动机电源工作频率不超过42Hz。按每天运行12h，每年250个工作日计算（下同），投入运行后，每年可节电8.91万kW·h。110kW 20m³空压机单台运行时，满足现场生产用风要求，电动机的电源最大工作频率是43.9Hz。每年节电9.3万kW·h。

空压机实际工作时，110kW、75kW电动机变频电源一般分别只需要37Hz、34Hz的输出就能满足生产现场用风要求，此时的节电效果要比工作在最高频率时更优，变频改造后两年比改造前两年用电总量减少19.30万kW·h。