卧式加工中心研发专项建设可行性研究报告.docx

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卧式加工中心研发专项建设可行性研究报告

2012年度安徽省企业技术创新专项资金

申请报告

项目名称：

卧式加工中心研发

申报单位：

XXXXXXX有限公司

联系人：

XXXX

联系电话：

XXXX

申报日期：

2014年5月20日

一．企业概况………………………………………………………1

二．项目背景和立项必要性

1.项目的背景………………………………………………………3

2.项目建设的必要性………………………………………………4

3.项目前期进展情况………………………………………………7

三．HT-630/800卧式加工中心的主要内容

1.工作原理简介和特点……………………………………………8

2.主要技术参数……………………………………………………9

3.关键技术…………………………………………………………10

4.关键工艺…………………………………………………………16

5.项目研发设施明细表……………………………………………18

6.项目的创新点，预期达到的目标和成果………………………19

四．项目投资情况

1.项目总投资、资金来源及项目建设期…………………………21

2.项目概算表………………………………………………………21

3.项目实施方案……………………………………………………22

4.项目进度计划表…………………………………………………24

五．预期经济和社会效益分析

1.财务评价…………………………………………………………25

2.预期经济和社会分析……………………………………………28

六．附件

1.企业营业执照副本（复印件）

2.项目核准或备案文件

3.项目资金证明材料

（1）利润及利润分配表

（2）贷款凭证及结息单

4.会计报表

（1）2011年度财务审计报告

（2）2012年4月资产负债表

5.声明

卧式加工中心研发项目

资金申请报告

一．企业概况

XXXXXXX有限公司（以下简称“本公司”）前身是XXXXX，公司始建于1955年，有着50余年车床生产的历史，原国家机械部定点生产机床产品的骨干企业之一，属安徽省省级先进企业。

于2007年底完成企业改制，现为民营企业。

本公司技术力量雄厚，生产设备精良，冷热加工手段齐全，工艺先进。

拥有专业和通有机械制造设备300余台，其中精密、大型设备30余台，各种检验、计量、工装模具3000余台套。

产品制造执行ISO9001-2008质量管理体系标准。

本公司现拥有一支车床研究、开发及生产制造能力的高素质人才队伍。

在职员工320余人，其中工程技术人员近90人，全部在计算机上应用CAD//CAE/CAXA/SOLIDWORKS进行产品的开发、设计、研制生产制造，技术创新采用四种形式：

自主开发、联合设计、技术引进、合资合作；检验人员20余人，具有丰富的工作经验技师48人，生产一线员工大都经过中专及中技术以上专业技术培训。

下属9个职能部门的7个分厂（车间）；拥有比较完善的试验室和配有精密的测量仪器，为产品的研发和整机的性能提供可靠的保证。

本公司经过几代人的不断努力拚搏、开拓，为机床产品质量和技术水平的提高、新产品的开发提供了良好的基础。

目前本厂产品就有“XXX”CE系列卧式/马鞍普通车床和数控车床两大系列，共计五十多个品种，近300多种规格。

这些系列产品均具有性能稳定、性价比高、质量可靠、经济耐用等特点。

部分产品已达到或超过了国内近期同行业的技术水平，其中“XXX”车床曾多次获得省科技成果一等奖，是安徽省名牌产品。

产品销售遍及全国各地，远销东南亚、中东、南美、澳大利亚、美国等地区。

有着稳固的市场销售网络和完善的售后服务体系。

2011年实现工业总产值6000万元，预计2012年实现工业总产值8000万元。

但产品还属中、低端产品，企业产品结构亟待调整。

近年来，公司为适应金融危机以来的市场需求变化，在产品结构调整方面取得较大进展。

在大幅压缩了低档、普通产品生产同时，加快了经济型数控机床升级换代步伐，着力发展中高档数控机床和高精密数控车铣中心、卧式加工中心。

本公司于2001年通过ISO9001-2008质量管理体系认证，且一直运转正常，体系认证持续有效。

二．项目背景和必要性

1．项目背景

机械制造业是一个国家工业化水平、经济、科技总体实力的重要标志，是关系国家、民族长远利益的基础性和战略性产业。

其中，机械装备制造业是为国民经济和国防建设提供技术装备的产业，是国家实现工业现代化的基础和前提，是世界各国竞相发展的朝阳产业。

当前，以经济全球化和信息化为特点的世界经济发展迅猛，并带来投资贸易的自由化和国内市场一体化，进一步引起新一轮国际产业结构的调整与转移，形成新的国际分工和国际竞争格局。

从国内的形势看，我国拥有世界上潜力最大的装备市场，在国民经济步入工业化中期以后，对机械装备的需求日益增加，国外知名企业的数控机床在中国市场占有率迅猛提升。

面对这一形势，国家也在“十一五”规划中特别强调以数控和信息化改造传统产业为重点的结构调整，制定了《国家数控机床产业发展专项规划》，为装备制造业提供政策和资金的支持。

机床是装备业的工作母机，实现装备制造业的现代化，取决于我国的机床发展水平。

振兴装备制造业，首先要振兴机床工业，我们要大力发展国产数控机床。

因此，抓住当前良好的国内国际机遇，加快机械制造业的发展，尽快提升工业特别是机械制造业的能力和水平，已成为我国当前工业发展的重要任务。

提出的指导思想为：

按照科学发展观，以提升机械制造业核心竞争力为目标，以市场为导向，以技术进步为动力，以发展数控、精密、多功能、智能化机械为方向，进而发展机电一体化成套设备，以数控技术和信息化技术改造提升机械工业为手段，抓好机电产业链、供应链和销售网络建设，重点做大做强一批龙头型骨干企业和专业化生产配套厂家，增强机械工业的集群效应。

通过对国内外市场的分析，并考虑到具体情况，为抓住机遇，实现跳跃式发展，提出了本项目的建设申报。

2.项目建设必要性

为加快黄山市机械制造业发展步伐，促进产业结构优化升级，提升机械制造产业综合竞争力，促进全市工业经济又快又好发展，市委、市政府领导班子高瞻远瞩，提出了《中共黄山市委黄山市人民政府关于构建优势产业体系实施意见》关于农副产品精深加工、机械电子、新型壁型鱼菱、新型精细化工、生物医药、茧丝绸服装和旅游工艺品等七大产业。

本项目的建设具有下列意义：

2.1符合国家产业政策

（1）二○○五年十二月二日，国务院以国发[2005]40号文，发布了“国务院关于发布实施《促进产业结构调整暂行规定》的决定”，在《促进产业结构调整暂行规定》中的产业结构调整的方向和重点部分，提出“以振兴装备制造业为重点发展先进制造业，发挥其对经济发展的重要支撑作用。

”　　

（2）国家发展和改革委员会第09号令发布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》。

项目符合一、鼓励类，十四、机械中，1、三轴以上联动的高速、精密数控机床及配套数控系统、伺服电机及驱动装置、功能部件、刀具、量具、量仪及高档磨具磨料。

（3）《国家数控机床产业发展专项规划》草案已经制订完成，其重点内容之一是支持数控机床产业化基地建设。

因此，大力发展加工中心和数控机床等机械装备产品符合国家产业政策，不仅可提升我国的装备制造业的产品水平和质量，增加企业的自主创新能力，而且可以提高国内市场占有率，增加出口，实现经济的可持续发展。

2.2符合当地政府的发展规划，获得当地政府的政策扶持

（1）市委市政府制定《中共黄山市委黄山市人民政府关于构建优势产业体系实施意见》关于农副产品精深加工、机械电子、新型壁型鱼菱、新型精细化工、生物医药、茧丝绸服装和旅游工艺品等七大产业。

（2）为进一步实施“以工业经济为支撑”发展战略，推动企业科技进步，促进产业优化升级，鼓励企业做大做强，提高财政资金使用效益，制订出台了《黄山市工业优势产业发展资金管理暂行办法》。

2.3促进当地经济可持续发展的需要

本项目的建设，不仅可以为当地提供直接就业岗位20个，增加职工收入和当地的财政收入；而且可拉动黄山市相关产业的发展，是促进当地经济可持续发展的需要。

2.4专业化合作、发展的需要

（1）高起点、力争国内同行业领先地位

本项目的产品质量、技术起点高。

近几年来，国家与国家之间，产业与产业之间，行业与行业之间的竞争日趋激烈，以至达到了白热化的程度。

要使企业保持领先地位，立于不败之地，必须树立科学的发展观，以科学的经营管理为基础，以科学技术为先导，以高新技术产品占市场，以优质服务取信用户，以经济规模为后盾，真正做到你无我有、你有我优、你小我大、夯实基础、推陈出新、优胜劣汰，创造自己的品牌，扩大生产规模，抢占生产经营市场和空间，确保企业在国内的领先地位。

（2）抢抓加工业转移机遇，发展壮大自己

我国加入世贸组织后，在全球经济一体化的进程中，迎来了世界加工制造业向第三世界发展国家转移的机遇，这是世界经济发展的必然趋势，给我国加工制造业的发展带来了千载难逢的大好机遇。

从国家加工制造业的发展形势分析，世界发达国家的资源逐渐匮乏，人力资源昂贵，加工制造业成本上升，迫使发达国家的加工制造业向既有丰富资源，而且制造成本低的第三世界国家和企业转移。

本项目的各种资源优势（技术、产品、人力、管理水平以及销售网络等）均具备发展优势。

充分发挥企业的各种资源优势，加大企业的自主创新能力，调整产品结构，开发并规模化生产高技术、高附加值的产品，是企业发展面临的最迫切的问题。

要增加企业利润，就要转变思路，加强自主创新能力，向规模要效益，向质量要效益，发展外向型经济。

本项目具有较好的经济效益和社会效益。

项目的实施，不仅具有较好的社会效益，也可给企业带来较好的经济效益，可促进企业的进一步发展和壮大，实现企业的跳跃式发展。

由上所述可见，本项目的建设是十分必要的。

3.项目前期进展情况

本项目的技术研发及图纸校核、设备采购已基本结束，设备也已安装到位。

产品设计主要利用现有的技术研发人员通过自主开发的技术创新形式，在计算机上应用CAD/CAE/CAXA/SOLIDWORKS进行产品的开发、设计，研发新一代多功能HT-630/800卧式加工中心。

关键功能件、附件及材料参考本公司历年来的途径进行采购工作；设备购置通过询价（其中单价10万元以上的设备询价3家以上企业）后定购，设备中的专机利用原有的技术资料企业自制。

目前产品样机正在试制过程中，各项工作按计划进行，秩序井然。

三．项目主要内容

1．HT-630/800加工中心的工作原理简介和特点

卧式加工中心是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。

它的工作原理是工件在加工中心上经一次装夹后，数控系统能根据编制的加工程序自动选择不同的刀具，自动改变机床主轴转速、进给速度和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，依次完成工件多个面上多道工序的加工。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右（普通机床仅为15～20%）；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。

加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。

其具有以下几个突出的特点：

1）工序集中：

加工中心备有刀库，能自动换刀，使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工。

2）对加工对象的适应性强：

加工中心的柔性高，对特殊要求反应迅速，而且可以快速实现批量生产，提高市场竞争能力。

3）加工精度高：

由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为干扰，故精度高，质量稳定。

4）生产效率高：

加工中心带有刀库和自动换刀装置，实现了工序集中，可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率高于普通机床3-4倍。

5）操作者的劳动强度低，工作条件好：

劳动者不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。

6）有利于生产管理的现代化。

2．HT-630/800卧式加工中心主要技术参数

2.1主要规格参数

内容

技术参数

HT-630

HT-800

工作台尺寸

630×630

800×800

行程

X轴

1050

1400

Y轴

900

1200

Z轴

1000

1000

主轴

锥孔

BT50

最高转速

8000rpm

马达功率

22KW

26KW

X、Y、Z轴快移速度

40m/min

刀库

刀库容量

60

刀具最大

直径（满仓）

φ125

φ250

刀具重量

20kg

2.2性能参数

1）控制参数

控制轴数：

4轴——3个直线轴（X、Y、Z），一个回转轴（B轴）

联动轴数：

4轴——3个直线轴（X、Y、Z），一个回转轴（B轴）

2）精度指标

机床精度设计和检验参照主要标准：

JB/T8771.1-1998加工加心检验条件卧式和带附加主轴头机床的几何精度检验

JB/T8801-1998加工中心技术条件

GB5226.1-2008机床电气安全

精度指标：

定位精度（X、Y、Z轴）0.005mm

重复定位精度（X、Y、Z轴）0.005mm

B轴连续回转分度定位精确度6”

B轴连续回转分度重复定位精确度4”

3.HT-630/800卧式加工中心的关键技术

3.1精度主轴单元

机床主轴系统作为传递动力和直接承受切削的关键部件组，直接影响机床的加工性能，加工精度以及加工效率。

因此，精密主轴单元是机床结构设计中的重要环节。

在设计上，主轴单元要求与工作性能相适应的旋转精度、刚度、耐磨性和抗振性，就是要保证机床在一定的载荷与转速下，主轴能带动刀具精确、稳定的绕轴心旋转，并长期保持这一性能。

除此之外，还要求降低温升、热变形等影响；结构上要考虑主轴轴承的选择和定向，轴承间隙的调整、润滑等。

1）主轴轴承选用大跨度精密滚动轴承

主轴的速度和刚性能否提高主要是受轴承的限制。

国外已经投入大量的时间和资金对不同类型的轴承、轴承分布及预加载方式对主轴速度和刚性的影响进行测试与分析。

如滚动轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、磁浮轴承。

通过比较分析，后三者的高费用和高温升问题到现在还没有很好的解决，从技术和精度的角度上我们选用大跨度精密滚动轴承。

2）主轴润滑

除轴承外，润滑方式是保证主轴组件耐磨性的重要部分。

主轴组件为长期地保持其制造精度的能力，在各滑动表面，包括主轴颈和轴承配合面以及主轴端部和内锥孔等都需要进行润滑。

常用的润滑方式有脂润滑和油雾润滑。

脂润滑是一种使用最多的方式，优点是结构简单，维护方便，可靠性高和造价低廉。

缺点是限制主轴的转速。

油雾润滑又称气/油润滑，该润滑方式在主轴起动前必须先起动装置，该装置将润滑油与压缩空气混合然后通过管路将油雾喷入各轴承。

在正常工作情况下，可保证良好的润滑备件以提高主轴转速。

其缺点是结构复杂，主轴壳体要附设许多必须密封的润滑通道，制造成本较高。

HT-630/800卧式加工中心主轴的最高转速可达8000r/min，主轴转速比较高，可用于复杂精密零件及精密航太零件的加工。

因此在主轴的润滑方式上采用油气滑润,要求将微量润滑油滴按固定的时间间隔喷入润滑管路，油滴在管路中与压缩空气相混合形成了含油量很低的油气。

所以滚球与轴承内外圈之间的油腊很薄，轴承的摩擦损失由此相应减少，从而降低了主轴发热，提高了主轴的转速。

3）冷却方式

热变形一直是高速运转必须面对的问题，机床工作时各相对运动处的摩擦而发热造成温差，使主轴组件在形状和位置上产生变形。

比台高速旋转的主轴电机和轴承都是发热部件，而发热会造成主轴轴承的内外圈变形，以此造成轴承径向间隙减小和接触角的变化，这些对主轴转速和精度危害是极大的。

所以保持主轴恒温、避免温升也是主轴冷却系统设计的一个重点。

从冷却液的选择上，有空气、水、冷却油等。

从冷却效果上分析，水的粘度小，比热和密度大，所以其冷却最好，但是在考虑防锈的基础上，认为冷却油比较实用。

因此本机床采用油冷的冷却方式。

HT-630/800精密加工中心的主轴标准配置结构设计如图：

图.1HT-630/800卧式加工中心的主轴结构

3.2进给传动系统

1）进给参数

HT-630/800卧式加工中心进给系统参数设定为：

X、Y、Z轴快移速度40m/min

X、Y、Z轴进给速度1-10000mm/min

定位精度（X、Y、Z轴）0.005mm

重复定位精度（X、Y、Z轴）0.005mm

2）进给系统的结构

采用滚珠丝杆的驱动方式仍然是现在国内大多数机床设计采用的驱动方式。

因此，作为主要进给驱动执行元件：

电机——滚珠丝杆——导轨，要适应机床进给驱动高速化，高精度的要求。

HT-630/800卧式加工中心的进给系统采用半闭环方式，反馈信号是由安装在伺服电机上的脉冲编码器反馈到位置偏差检测器。

脉冲编码器与电机同轴，电机与丝杆直接相连，其特点是结构简单，产生误差的环节少，转动惯量减少，使伺服特性有较大改善。

由设计公式和经验可知，滚珠丝杆的最大直线运动速度与伺服电机的最大转速和丝杆导程成正比，因此工获得较高的进给速度和加速度，必须增大丝杆的导程，采用高转速和高扭矩的电机、降低传动系统的传动惯量和运动质量。

据此，X、Y轴选择双螺母预紧丝杆FFZD-4010-3-P3，Z轴选择双螺母预紧丝杆FFZD5010-3-P3，并选择滚球丝杆专用角接触球轴承（60°接触角），2对背对北组合使用。

伺服电机应能满足：

最大切削负载转矩不得超过电动机的额定转矩折算到电机机轴了的最大切削负载转矩；执行部件的快速移动转矩不得超过伺服电机的最大转矩。

因此X轴选择最大转矩16N.m伺服电机；Y轴选择最大转矩18N.m伺服电机（带制动器）；Z轴选择最大转矩36N.m伺服电机。

为了确保机床的定位精度和工作稳定性，在机械传动装置上，要求是无间隙低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振以及适宜的阻尼比。

目前，在数控机床进给系统中，将电机与滚珠丝杆直接联系，采用DLM型胀套联结弹性膜片联轴器，可减少噪声，消除配合间隙，提高传动刚度。

3.3精密回转工作台

HT-630/800卧式加工中心除了沿X、Y、Z三个坐标轴直线运动外，还带有绕Y轴旋转的数控分度回转工作台，它的功用是承载被加工零件并实现精确分度或作为联动轴进行联动加工。

本机床的回转工作台技术参数如下：

B轴连续回转分度定位精确度6”；B轴连续回转分度重复定位精确度4”

由于分度回转工作台的定位精度和重复定位精度要求较高，为满足分度精度的要求，TH-630/800卧式加工中主的回转工作台采用齿盘定位方式。

齿盘分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定，最高可达±5”。

对于工作台的夹紧机构采用液压系统进行压力夹紧。

工作台工作原理示意图如下：

3.4.HT-630/800卧式加工中心立柱的有限元分析

立柱作为移动部件，在机床自身重力作用的情况下，立柱引起机床的变形最大，占总变形比重的30%以上。

同时，立柱结构的静态和动态稳定性直接影响机床的加工精度。

当前，计算机辅助设计技术的应用已从二维辅助绘图向三维辅助产品设计和CAD/CAE/CAM/PDM一体化集成、网络并行工程、数字化设计制造方向发展。

因此本项目采用CAE分析模型与优化设计方法，对TH-630/800卧式加工中心的立柱进行有限元析。

其流程如下：

通过SOLIDWORKS建立立柱的三维实体模型，并将实体导入ANSYS中。

对立柱加载最大切削力，运用静力分析，得出立柱最大变形部位发生在顶端部位，且随着立柱高度的增加而相应变形会加大。

从优化目的考虑，将立柱底部的前后导轨作成一上一下，不在同一平面内，这样有利于立柱前导轨面的稳定，并相应修改底面前后导轨面的高度，同样按照有限元分析的流程对优化模型进行分析，立柱的刚性有了一定的提高，变形量减少20%。

4.HT-630/800卧式加工中心的关键工艺

1）主轴零件

主轴是卧式加工中心的关键件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响主轴的性能。

主轴上所有回转类零件都要考虑旋转的动平衡问题，加工时对内孔，外圆同轴度都需要进行工艺控制。

按照以上思考原则，对主轴零件的工艺特性进行仔细分解、分析，考虑以下措施：

a.为进一就提高主轴零件材料性能及机械加工工艺性能，主轴毛坯选用锻打形式，细化内部组织结构，提高材料的工艺稳定性；

b.关键工序加工选择高精度的设备，采用高精度外圆磨床对主轴轴颈进行加工，主轴锥孔采用内锥孔精磨设备，且在主轴轴颈精磨工序之后，且以主轴两段轴颈为加工基准，主要工序精加工前必须安排一道热处理工序（冰化、时化），进一步降低内应力变形影响等。

2）导轨面加工工艺措施

随着技术的发展和进步，卧式加工中心为了获取更高的效率和设备的易维护性，导轨形式已广泛地选择直线滚动导轨结构。

因此解决导轨安装问题，也即是要提高导轨面加工工艺措施。

a.导轨底座必须合理地进行两次以上热时效，减小应力变形；

b.导轨安装面的粗加工在龙门铣床上加工，然后采用精密龙门磨床上精加工，确保加工后测量精度的准确性。

c.配备专门设计的刮研模具，对机床导轨采用手动刮研，对导轨安装面的精度按机床综合性能要求进行工艺修正，一般底座导轨安装面的直线度按中凹控制。

d.为了检查手动刮研的精度，要采用电子水平仪和自准直仪等检测仪器来分析倾斜和摇摆度，一般沿导轨表面每步移动100mm为一个单位进行数据采样测量直线度、倾斜和摇摆误差。

3）滚珠丝杆预拉伸结构工艺

在装配过程中，通过施加预紧力消除滚珠丝杆内部的间隙，提高丝杆的轴向接触刚度。

较大预紧力会使轴承的滚珠变形量增大，造成轴承发热量大，加大丝杆的热变形，而较小的丝杆预紧力却不能补偿热变形量，影响机床精度所以适当的丝杆预紧力对于丝杆装配至关重要。

通常先计算丝杆热位移量大小，采用双螺母预紧方式。

在一根丝杆上装两个螺母，通过垫片对其施加一定的预紧力F0的作用下，在丝杆的拉伸螺母一端安装测量千分表，触头顶在丝杆端面，收紧拉伸螺母直到千分表变化到计算预拉伸位移量，锁紧螺母即可。

5．项目研发主要设施明细表

序号

设施名称

用途

设施技术参数

1

SOLIDWORKS设计及分析软件

研发设计

2

高精密导轨磨床

床身导轨磨削

最大磨削宽度：

1000mm

最大磨削长度：

6000mm

直线度：

0.005mm

3

龙门铣床

床身导轨加工

工作台尺寸：

4M×1.2M

切削速度：

2500

平行度：

0.03mm/m

粗糙度：

3.2um

4

精密外圆磨床

主轴轴颈加工

最大磨削直径×长度:

320×1000mm

圆柱度：

0.005mm

粗糙度：

0.025mm

5

精密内锥磨床

主轴内锥孔加工

砂轮转速5600rpm

加工精度0.002mm

6

主轴箱精密镗床专机

主轴孔加工

工作台尺寸：

800×1000

主轴转速：

10-1000rpm

圆柱度：

0.005mm

7

精密平面磨床

回转工作台加工

最大磨削尺寸500×1600×500mm

粗糙度：

0.025mm

8

立式铣床

中小件加工

工作台尺寸：

1400×320mm

工作台行程：

800（纵）×300横（）×480（垂直）mm

9

精密数控车床

中小件加工

最大回转直径：

400mm

10

三维激光干涉仪

检测丝杆的定位及重复定位精度

分辩率0.1μm

11

动平衡仪

主轴系统回转件动平衡检测

工件质量范围20～500Kg，工件最大直径φ1260mm,工件有