A+版经典高速高精数控镜面车床的研发可行性研究报告.docx
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A+版经典高速高精数控镜面车床的研发可行性研究报告版经典高速高精数控镜面车床的研发可行性研究报告【A+版】经典高速高精数控镜面车床的研发可行性研究报告目录一、选题的必要性21、项目所处技术领域产业政策32、项目所处技术领域技术发展现状43、项目技术先进性,对相关领域技术进步的推动作用54、项目目前进展情况6二、技术方案论述71、项目技术关键点或创新点论述,项目完成时达到的技术水平72、项目技术方案论述:
生产技术、工艺流程、主要技术参数83、项目技术质量指标:
项目产品达到的主要技术性能指标、执行的质量标准、通过的国家相关行业许可认证等114、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标115、项目经费预算情况:
项目投资总额、项目已完成投资、项目须新增投资及投资构成和投资预算、申请科技三项经费的使用预算11三、项目实施支撑条件131、项目技术来源132、项目实验、检测条件133、项目申请单位人才资源情况:
技术人员总数、中高级技术人员比例134、项目组人员专业结构、职称结构135、项目新增投资筹集情况14四、项目预期经济效益141、预期市场需求142、预期盈利水平153、预期产业化前景154、项目实施风险分析15五、项目预计社会效益、环境效益161、对社会发展的作用162、对资源利用情况163、对人才培养情况164、环境影响及效益16一、选题的必要性19RR年,日本MG公司向前苏联出口了先进的加工中心,用于潜艇的螺旋推进器的加工,大幅降低了潜艇的噪音,美国人因此很难对苏联的潜艇进行跟踪,MG公司因违反所谓的“巴统协议”受到处罚,这就是“MG事件”。
这个事件很有力地说明了在各领域中先进制造技术装备的极端重要性。
CNC数控车床是数控机床这类先进制造技术装备中使用最普遍数控产品,它集光、机、电、液一体化,通过编程自动实现零件的外圆、内孔、端面、台阶、切槽、倒角、球面、螺纹、锥度等加工,广泛应用汽车、摩托车、纺织、电器、仪器、仪表、航空和航天工业领域。
我国数控技术和数控车床已经较为普及,是数控机床消费大国,但与国外相比,我国目前生产的数控机床水平低、结构落后、创新不够、可靠性较低,因此竞争力不强,不是数控机床强国。
而如今,效率和质量已是先进制造技术的主体,它能极大地提高了生产效率和产品质量,日本先端技术研究会将高速、高精加工技术列为“五大”现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)也将高速、高精加工技术确定为21世纪的中心研究方向之一。
举例来说,在汽车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,多品种、高效和高精加工是制造装备必须解决的重点问题,因此,需要使用高速、高精数控机床;而在摩托车、纺织、电器、仪器、仪表、航空和航天工业领域,很多关键的轴、盘类零件和接插件为钢件或铜等有色金属材料,硬度要求不高(或者很高),但精度要求高,不能采用磨削,只有通过高速、高精切削,实现镜面车削才能满足要求,需要高速、高精数控机床,也就是高速高精数控镜面车床。
但是,对我们这个还不是数控机床强国的国家来说,目前还没高速高精数控车床能够满足上述加工要求,还依赖于大量进口,进口价格均在7080万元/台,价格昂贵,企业很难承受。
我们通过大量的市场调研,发现汽车、摩托车、纺织、电器、仪器、仪表、航空和航天等工业领域,均迫切需要价格性能比高的高速高精数控车床,实现零件加工以车代磨的镜面加工效果,本项目的研发正是针对国内企业并充分考虑高性价比,也是我国装备制造业发展的现实要求,选题是十分必要的,也是紧迫而又艰巨的。
1、项目所处技术领域产业政策国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见指出,装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业。
大力振兴装备制造业,是党的RR大提出的一项重要任务,是树立和落实科学发展观,走新型工业化道路,实现国民经济可持续发展的战略举措。
今年RR月RR日,ZPY副总理在西安召开的振兴装备制造业工作会议上明确指出:
“装备制造业是基础性、战略性产业,体现了一个国家的综合国力、科技实力和国际竞争力”。
把振兴装备制造业放到突出重要的战略位置,充分体现了党和国家对装备制造业的高度重视。
装备制造业是为其它行业提供母机和装备的产业,在某种意义上,装备制造业的发展,不仅直接决定了国民经济其它行业的现代化水平,也肩负着强国之梦。
对于装备制造业中的工作母机机床,国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见专门指出,数控机床作为机床工业的主流产品,要大力发展大型、精密、高速数控装备,改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状,满足机械、航空航天等工业发展的迫切需要。
“高档数控机床与基础制造技术”和大型飞机、载人航天与探月工程等项目被并列作为16个重大科技专项之一,可见精密、高速数控机床对提高中国的综合国力有至关重要的作用,精密、高速数控机床无疑是战略性产品,在“RR”期间中国将着重发展的精密、高速数控机床中就有高速精密数控车床。
另一方面,近年来,国家已采取一系列鼓励采用国产机床的措施。
如各部委要求,凡国产设备能满足技术要求的尽量采用国产设备;出台技改项目使用国产设备投资的40%可抵免企业新增利润部分所得税政策;技改项目进口设备进行会审制度;出台国内投资项目不予免税的进口商品目录等。
因此,本项目作为高速高精的数控镜面车削机床,主要满足国内机械、航空航天等工业的新兴发展,既符合科技发展的迫切需要,又符合国家装备制造业中关于重点发展精密、高速数控机床的产业政策。
2、项目所处技术领域技术发展现状我国的普通机床已出现严重过剩,国家已明确限制新增厂点及扩大生产能力,着力提高产品技术档次,即发展数控机床。
因此,数控机床已经成为金属切削机床行业的主流产品,是行业发展的重点,一个国家所拥有的数控机床多少和水平的高低也已经成为衡量一个国家综合实力的重要标志。
当今世界机床制造业的水平集中表现在高速高精数控机床的开发和生产能力上,近几年来我国在引进、消化国外数控机床产品和技术的基础上,已生产出自主知识产权的数控系统和数控机床,但是高速高精数控机床仍然以进口为主,其中高速高精数控车床更是如此。
如今,国外发达国家数控车床发展趋势是高速度和高精度,国内数控车床的技术水平大部分处于技术跟踪和自主创新状态,加上数控零部件配套跟不上,不能超越发达国家的先进数控车床产品与技术,所以差距较大。
首先,国外数控车床的主轴转速和主轴功率一般都高于国产数控车床,目前,在日、美、西欧等少数发达国家数控车床高速高精水平较高,如主轴最高转速8000转/分,具国际一流水平,世界上也只有美国HARDINGE公司,瑞士SCHAUBLIN公司能制造。
国外数控车床的整体工艺技术比较成熟,从零件加工到装配整机都有专用设备及严格的工艺装备保证,而且这些先进的数控车床普遍从数控系统到关键零部件都采用较高配置,且有向车削中心发展的趋势。
如日本北村生产的高速高精数控车床,采用斜导轨床身的结构和电主轴,刀架配备动力刀头,俨然向车削中心方向发展,因此,这类高速高精数控车床的售价多在7080万元之间,价格十分昂贵,国内企业难以承受。
其次,国内现状是国产数控车床大多为经济型,且约占总数的80左右(国家最新统计),多功能数控车床和车削中心生产量较少,即国内生产经济型数控车床的厂家很多。
这些厂家大多沿用过去仪表车床或普通车床的结构,从数控车床本身的质量上和在车床加工的零件来看,显然与国外高速高精数控车床相比有很大差距,而且在产品结构、产品质量、产品规格上都存在一定缺陷,因此高速高精技术明显低于世界先进水平。
下面是国内外高速高精数控车床主要技术指标对比,从这些主要性能指标可以看出,国内高速精密数控车床与国外发达国家相比,确实存在很大的差距,事实上,目前国内数控车床非电主轴转速能达到4000rpm的仍然没有。
国内外高速高精数控车床主要技术指标对比主要技术项目国内国外非电主轴最高转速(rpm)2000400030008000加工后工件外圆圆度允差(mm)0.0050.010.002加工后工件表面粗糙度(m)Ra1.6Ra0.8Ra1.6平均无故障运行时间(MTBF/h)40060010003、项目技术先进性,对相关领域技术进步的推动作用本项目产品“高速高精数控镜面车床”的研发,在技术上可以达到国内领先水平,预计售价2530万,因此价格上不到进口产品的的三分之一,具有很高的价格性能比。
通过达到以车代磨的镜面加工,可以极大地满足汽车、摩托车、纺织、电器、仪器、仪表、航空和航天等工业领域关键的轴、盘类零件、接插件和有色金属材料制件等加工的迫切需要,提高加工精度和加工效率,使这些领域的高科技产品在技术上可行,在质量上可靠,因此,对这些领域的技术进步起到一定的直接推动作用。
同时,项目的开发也更进一步地锻炼了我们的开发队伍,使产学研合作更加紧密和深入。
4、项目目前进展情况本项目由HD交通大学现代制造技术研究所与我公司联合开发,已经组成了由HD交通大学现代制造技术研究所总工程师刘乐平副教授和我公司总经理张蓓青任组长的具有很强实力的开发小组,小组成员已经进行了广泛的调研,为稳妥起见,我们先行开发在国内具有先进水平的GSCK200高速精密数控车床,主轴转速最高为4000rpm,瞬时可达4500rpm,加工后工件表面粗糙度为1.6,加工精度为IT5,除线性导轨和变频调速装置准备采用台湾的外,其它数控功能部件全部采用国内配套,数控系统采用国内应用比较广泛的KND系统,而且采用了其最新产品KND-1000T车床数控系统,目前,设计图纸已经完成,正在投产,下面是该车床的总图:
GSCK200高速精密数控车床将为本项目“高速高精数控镜面车床”奠定基础,在GSCK200高速精密数控车床开发之初,我们真正瞄准的目标是本项目“高速高精数控镜面车床”,因此,在基础件如床身的设计考虑了最新结构45斜导轨;数控十字移动刀架也考虑了高速高精数控车床所需要的高精度和高刚性;主轴箱部分除了在主轴上采用了高刚性结构外,缩短了主轴支承长度,以利于主轴和主轴箱加工时的精度保证,同时,正在采用现代设计手段在GSCK200高速精密数控车床的基础上对本项目“高速高精数控镜面车床”进行虚拟样机设计,进行高速高精时的刚性和关键部件的动态特性分析,避免设计失误。
二、技术方案论述1、项目技术关键点或创新点论述,项目完成时达到的技术水平1)本项目的技术关键点和创新点如下:
主轴高速的结构设计:
本项目采用非电主轴结构以降低产品成本,而主轴转速要达到6000rpm,显然主轴高速的结构设计是关键。
因此,我们在确定主轴结构上下功夫。
目前,国内外车床的主轴结构形式多种多样,我国车床权威单位收集、出版的车床主轴结构中介绍了88例日本、德国、俄罗斯和美国等世界各国的车床主轴结构,我们吸收他们的优点,在主轴高刚性结构、平衡方法、轴承选型、轴承定位、轴承润滑和冷却液防护等结构设计上下功夫,并采取缩短主轴支承距离以提高主轴和主轴箱体加工精度等办法,达到提高主轴转速及精度,从而达到高速高精的设计要求。
高精度、高刚性的结构分析:
高精度除了要选用高精密的数控配套件外,还在于各部件和整机的高刚性设计,这是高精度的实现和稳定的关键之一。
本项目由于有了GSCK200高速精密数控车床开发的基础,因此,可以通过对本项目“高速高精数控镜面车床”进行虚拟样机设计,进行高速高精时的高刚性和关键部件的动态特性分析,找出薄弱环节,在设计时就把薄弱环节解决掉,保证各部件和整机的高刚性设计,从而保证高精度的实现和稳定。
整机在高速下的振动、发热和寿命问题:
高速下容易产生的另一些问题就是振动、运动摩擦副发热导致寿命缩短的问题。
近年来,国内外在机床动态设计、理论、建模与应用领域的研究非常活跃。
如北京机床研究所的赵宏林等基于有限元法自行开发了一套机床整机特性分析软件,通过建模、优化与仿真计算,实现了在图纸设计阶段预测其整机静动态及热态综合特性的目的。
此外,Lowa州立大学的JMV
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