Модернизация и капремонт: общий обзор

25 Октября 2012

Мировой рынок модернизации станков постоянно расширяется. Его объем достигает уже нескольких миллиардов долларов в год, и такая тенденция будет продолжаться.

Многие предприятия заинтересованы в том, чтобы путем небольших инвестиций провести капитальный ремонт и модернизацию имеющегося оборудования. Эта тенденция пришла в Россию из развитых зарубежных стран. Ведь приобретение станков, особенно крупногабаритных, требует довольно больших затрат. А в условиях, когда подобное оборудование, например координатные, расточные, карусельные, шлифовальные машины, не всегда имеют постоянную загрузку, соответственно, и вложение в приобретение новых станков не будет оправданным. Такое оборудование выгоднее модернизировать. Кроме того, следует учитывать, что приобретение нового станка несет за собой дополнительные вложения, связанные с изготовлением и поставкой. Немаловажен и тот факт, что эта процедура занимает от 6 до 9 месяцев, а в некоторых случаях и до 1,5 лет. Следует также отметить, что модернизация ранее находившегося в эксплуатации станка облегчает «привыкание» оператора, что существенно сокращает срок освоения.
В формат данной статьи не входит обзор существующих на рынке числовых систем управления (ЧПУ), приводов и двигателей, применяемых для модернизации. Возможно, этому будет посвящен ряд отдельных статей.
Так в чем же заключается технология принятия решения о модернизации и капитальном ремонте, а также общие технологические этапы этого процесса? Для реинновации часто выбирают станок, который уже много лет работал на заводе. Почему? В процессе эксплуатации на станок влияли многочисленные перепады температуры и влажности, способствующие снятию у деталей остаточных напряжений, в результате чего они с течением времени приобрели оптимальную структуру и виброустойчивость. В дальнейшем это становится залогом высокой точности обработки на модернизированном станке, особенно при обработке закаленных и инструментальных сталей.
Очень важно сделать правильный выбор метода усовершенствования станка - капитальный ремонт, модернизация или, наконец, ремонт с частичной модернизацией. Хотя эти процессы во многом схожи, однако существуют значительные различия.

Капитальный ремонт
При капитальном ремонте станок полностью разбирают, механические части очищают от грязи и ржавчины, промывают, проверяют их функциональное состояние и затем собирают вновь, используя новые или повторно обработанные детали. При этом направляющие скольжения очищают от ржавчины, тщательно осматривают на предмет обнаружения задиров и проверяют твердость. У большинства новых направляющих средняя твердость составляет 50 HRC на глубину 0,23-3,2 мм. При восстановлении их следует отшабрить (если глубина царапин превышает 1,25 мм) или перешлифовать с получением плоскостности не хуже 5 мкм и шероховатости Ra = 0,8 мкм. Съемные направляющие окончательно шлифуют, сняв со станка, а после установки шлифуют по месту. В случае наличия накладных планок (из материалов) их снимают с направляющих, после чего наклеивают новые с последующим ручным или механическим шабрением и привинчиванием к направляющим.
Замена шарико-винтовых передач, определяющих точность перемещений узлов по осям координат, может оказаться довольно дорогостоящей операцией. Однако большинство таких передач можно все-таки восстановить один раз (иногда два) в зависимости от степени износа или вида подлежащих исправлению повреждений. Этим обычно занимаются специализированные предприятия по изготовлению таких передач, где винт и гайку разбирают, проверяют износ, твердость и наличие ржавчины, после чего выносят вердикт о возможности или невозможности ремонта.
Перешлифованный винт отремонтированной передачи возвращают вместе с новой гайкой. Его опорные шейки проверяют на биение и при необходимости перешлифовывают. Винт устанавливают в станок с новыми упорными подшипниками, после чего проверяют на точность, т.е. измеряют правильность установки винта по высоте, параллельность и биение. Срок поставки новых винтов (при невозможности их ремонта) составляет 8-10 недель, отремонтированных - около месяца.
В станке заменяют все подшипники, гидравлические и электрические системы, снимают, разбирают и переделывают инструментальные головки, а при необходимости заменяют их старые детали. Все зубчатые колеса проверяют на износ и наличие трещин, определяют контактное пятно, а валы - на прямолинейность, при необходимости с ремонтом их опорных шеек. Кроме того, ремонтируют или заменяют шпиндели вместе с их опорами.
При любом уровне капитального ремонта станка его гидробак следует тщательно очистить, а насос с электродвигателем, фильтрами, дросселями и гибкими шлангами - заменить. У соленоидных клапанов гидравлической системы механических повреждений обычно не бывает, чаще всего сгорает обмотка. Поэтому решение об их замене обычно принимают путем оценки степени надежности этих клапанов и их способности к дальнейшей работе.
В централизованной системе смазки необходимо заменить не только насос и гибкие шланги, но также промыть все металлические магистрали с последующей их проверкой на возможность утечек. В станках с ЧПУ используют два типа систем смазки. Первая система оснащена насосом низкого давления, подающим масло из масляного бака по центральной магистрали непосредственно в коллектор, откуда уже по нескольким магистралям со встроенными дозаторами оно поступает к конкретным точкам смазки станка. В зависимости от объема подаваемого масла дозаторы имеют различный диаметр отверстий и подлежат обязательной замене. Вторая, более современная система с масловоздушным насосом высокого давления (до 210 МПа) содержит снабженные золотниками индивидуальные блоки подачи масла. Всякий раз, когда срабатывает поршень насоса, золотники в этих блоках смещаются на определенную величину, точно отмеряя количество масла, поступающего в каждую точку смазки. Если золотник не сместился, аварийный сигнал от блока поступает в ЧПУ. Эту систему следует промыть и тщательно проверить на герметичность, после чего ее можно использовать повторно.
Если на станке часто обрабатывают чугун или другие материалы, обладающие повышенной сыпучестью и стираемостью, необходимо отказаться от первой системы смазки и перейти на вторую. Работы включают, как правило, установку новых электронных компонентов, замену гидросистем электродвигателями, что увеличивает точность станка, а также электродвигателей постоянного тока, служащих для врезания круга в заготовку, и установку векторных приводов на двигатели переменного тока, служащие для быстрого отвода и врезания круга. Предусматривается ручное шабрение направляющих стола и станины как более точный, чем шлифование, процесс, продлевающий срок их службы, а также выверка этих направляющих.
После приведения в соответствие с техническими требованиями всех компонентов станка приступают к его сборке. Сборку станка начинают с выверки по уровню станины. При установке на нее крупных узлов (стола, шпинделя, стойки и т.д.) возникают определенные точностные погрешности, избежать которых можно путем повторной выверки станины после установки на нее каждого такого узла. После сборки станка производят его статическую (с помощью гранитного угольника и электронных уровней) и динамическую (путем компьютерного анализа точности станка при холостых перемещениях его узлов) проверку. Проверка с помощью датчика с шариковым измерительным наконечником обеспечивает соответствующую выверку отдельных осей координат и правильное соотношение между ними при перемещении узлов.
При ремонте станков (с их частичной переделкой) осуществляются не только операции, характерные для модернизации и капремонта, но и производятся конструктивные изменения, улучшающие функциональные характеристики станка, в частности повышающие частоты вращения шпинделя, скорости рабочих и быстрых перемещений и при необходимости, удлиняющие эти перемещения. Обычно все работы по капитальному ремонту станков проводятся на одном заводе. Для капитального ремонта крупногабаритного станка требуется 22-24 недели. Стоимость восстановленного станка составляет примерно 50-60% от цены нового. Однако производительность такого станка практически не уступает новому. По мнению специалистов, капитальный ремонт экономически эффективен лишь в том случае, если новый станок стоит не менее $400 тыс.

Модернизация
При модернизации обычно устанавливают новое ЧПУ или заменяют существующее на более современное, а вместе с ним устанавливают новые современные серводвигатели, приводы, электроавтоматику (пускатели, выключатели, реле), которые в модернизированных станках занимают гораздо меньше места, чем старые. И полностью перемонтируют электрическую проводку станка, что позволяет перевести его на новые правила электробезопасности. Необходимо также иметь в виду возможность связи привязанного к станку ЧПУ с центральным сервером, на котором происходит централизованное написание программ для каждого конкретного, в том числе модернизированного, станка.
Эта возможность позволяет не только сконцентрировать в одном месте написание программ, но и осуществлять высокоскоростную передачу созданного программного продукта к рабочему станку. Одновременно позволяет с необходимой периодичностью проводить диагностику ЧПУ, помогая оператору, программисту и обслуживающему персоналу своевременно выявлять проблемы, связанные с инструментом, ошибками программирования или сбоями в станке.
На новых и модернизированных станках теперь устанавливают в основном бесщеточные двигатели переменного тока, имеющие оптимальное соотношение между мощностью и размерами и практически не требующие обслуживания.
В некоторых специализированных ЧПУ для повышения их уровня используют совместно серводвигатели и приводы. Связь между приводом и ЧПУ обычно осуществляется через серийные или оптоволоконные средства коммуникации.
Стоимость модернизации станка составляет ориентировочно 20-30% от цены нового. Типовую модернизацию станка, включая его систему управления, серводвигатели и приводы главного движения, проводят за 4-8 недель.
Однако следует учесть, что необходимо закладывать в срок проведения работ дополнительно от 2-х до 3-х месяцев на закупку и доставку необходимых компонентов.
Разумеется, после проведения любой из вышеуказанных операций наличие полной и достоверной документации на станок имеет большое значение для его успешной эксплуатации. Как минимум она должна содержать полную принципиальную электрическую схему, схему входных и выходных соединений, схему электрического монтажа сервоприводов и главного привода (включая все контактные штыри на штепсельных вилках), чертежи и схемы станка и руководство по эксплуатации. В контракте на проведение капитального ремонта или модернизации следует оговорить передачу заказчику перечня всех доработанных деталей, принципиальных электрической и электронных схем с описанием программного обеспечения, описания ЧПУ, в том числе системы диагностики.
Хотя количество заказов на ремонт и модернизацию станков постоянно растет, возможности их исполнения в значительной степени ограничены дефицитом в первую очередь квалифицированных специалистов, выполняющих ручные операции, в том числе по привязке ЧПУ, замене двигателей и приводов.
В целом нужно сказать, что проведение комплексной модернизации и капитального ремонта станка, безусловно, создает оптимальные условия для дальнейшего развития инфраструктуры производства, позволяя выпускать более современную продукцию.

Г. М. Коваль
Журнал «Главный механик», №3, 2008