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科技计划项目可行性报告 项目名称：数控全自动多品种内孔螺旋油槽精密铣槽机的开发和制造 承担单位： （略） 技术领域：数控设备、加工中心、复合加工技术装备及功能部件的设计、制造 （一） 项目申请的必要性 “数控全自动多品种内孔螺旋油槽精密铣槽机的开发和制造”项目（以下简称本项目），是包括一种利用先进的数字控制技术，结合传统高精度加工技术，完成高效、快捷、柔性加工设备的开发和制造。 本项目是根据生产实际的需要而提出的。 众所周知，一个物体相对于另一个物体做高速旋转运动时，两者之间形成摩擦。为减少此类摩擦力，常采用滚动轴承和滑动轴承的方式。而滑动轴承的润滑就需要在内孔表面或轴外表面开出螺旋线式的导流油槽。通常，由于轴外表面易于加工，而采用在轴外表面铣螺旋油槽的方式。但，当支撑件静止，而轴高速旋转时，轴的动平衡问题就会凸显出来，如果此时在轴上开旋转油槽，将使旋转轴难以动平衡，因而只能在静止的支撑件的内孔表面铣出螺旋油槽。 内孔表面螺旋油槽的加工一直是机械加工业的重大难题。国内现有的拉削加工工艺加工的油槽毛刺多，形状和位置无法保证；受孔径和刀柄大小的约束，不能加工较深的孔和较硬的材料。本项目提出的如何高效、快捷、柔性、精密地加工出内孔螺旋油槽的方法和实践，就是为解决这一难题而来的。本项目以空调压缩机主副轴承内孔螺旋油槽的加工为特例，研究和推广到各类内孔螺旋油槽的加工，具有较好的技术领先性和较广的市场潜力。 本项目符合“科技攻关计划重点支持技术领域（2007年）”中的“3.3.2数控设备、加工中心、复合加工技术装备及功能部件的设计、制造”。本项目采用了先进的数控技术，结合传统的高精密铣削加工技术。具有技术上的先进性。 本项目的技术特点包括： 1.采用最新的三菱NC系统，采用较高级的G语言编程，提高了系统的柔性加工能力和操作的简便性。 2.采用新颖的高精度动力主轴设计，使主轴既能退刀和进刀，又有足够的刚性和精度，从而保证产品的加工品质。 3.采用双主轴加工方式，将加工效率提高一倍。 4.采用液压技术自动平衡加工负载。保证切削均匀性。 5.全自动加工，加工参数预置，减少操作人员对加工品质的影响。 （本项目的创新性见附件“查新报告”） 本项目为本单位自主开发的具有自主知识产权的项目。现已申报“实用新型专利产品”。（申请号若干） 本项目的研究，对充分利用新的数控技术，组合传统的精密加工技术，解决生产现实中需要解决的重大加工难题，提供了新的思路和实践的例子。 本项目研究成功后，可以得到广泛的应用。如汽车，发动机，拖拉机等等具有高速轴旋转需要滑动摩擦螺旋油槽润滑的场合。具有良好的市场潜力和推广价值。预计年产量100台，年产值7000万。年利润1500万元。 本项目前期开发和试制需要较高的人工投入和硬件投入。计需要人工费用20万元，试制费用40万元，市场推广费用10万元。现自筹资金40万元，申请科技攻关项目资助30万元。 本计划紧密结合我市产业结构优化升级、支柱产业发展、新兴产业培育和社会发展的需要，以开展核心技术、关键共性技术研究，开发具有自主知识产权及市场竞争力的新产品、新工艺、新装备，解决社会发展中突出的科技问题为目标。 （二） 申报单位情况 1. 申报单位基本情况 （略） （三） 项目实施方案 1.项目的目标、研究范围和主要内容 目标：设计开发一台样机 范围：设计，试制，试用，修改 主要内容：NC系统设计，液压设计，主轴设计，滑台设计，加工参数计算，程序编制。 项目目标确定的主要依据：近年来，空调在现在社会中越来越普及，空调压缩机行业飞速发展，空调压缩机主副轴承是压缩机内关键零件，由于压缩机外表面焊接封闭，内部主副轴承无法更换，主副轴承内孔螺旋油槽的质量直接影响压缩机的寿命。由于市场竞争激烈，空调压缩机厂家要降低成本，国外的设备价格太高，国内现有设备无法满足加工要求，所以需要一台样机来打开国内市场。本项目的前期准备工作已经做好，现在已经可以制造一台样机。 项目范围确定的主要依据：本项目的前期技术准备工作已经做好，现在已经可以制造一台样机。而市场上许多空调压缩机厂家愿意购买一台本项目的产品试用，所以本项目范围完全可以实现。 2.项目的技术方案 一、本项目产品的构造 本项目产品主要由夹具部分、铣削动力头部分、数控滚珠丝杆滑台、液压平衡机构、排屑冷却系统、电气系统、液压系统、气动系统、机架和防护部分组成。% |, @2 d* q; ?; ?2 i$ N
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A. 夹具部分 ! ?& ~$ T- ^, `2 m8 @
如上图所示：夹具有两个工位，设备可一次加工两个工件。工件的夹紧是用油缸，压紧块的外圈装有深沟槽滚珠轴承，压紧块可随工件旋转。工件的旋转由伺服电机通过圆弧锥齿轮来带动，圆弧锥齿轮接触性非常好，所以传动平稳可靠。夹具内采用自动润滑和气密封，保证了夹具的良好工作状况。 B. 铣削动力头部分
9 ]& q# T( @( i' Z2 N: Q 如上图所示：铣削动力头内置一油缸，主轴可前进和后退，避免了加工完毕退刀时刀具与工件的接触。主轴通过齿形花键与传递动力的皮带轮连接，保证了主轴移动灵活，旋转平稳可靠。主轴采用3000转/分钟的高转速，主轴跳动小于0.005毫米，保证了加工的油槽光滑没有毛刺。刀具与主轴采用高精度的弹性夹头连接，保证刀具与主轴的同轴度小于φ0.01毫米，同时避免了更换刀具时损害铣削头主轴。 C. 数控滚珠丝杆滑台 本机采用数控滚珠丝杆滑台，保证了加工的精确、平稳、柔性可调。 D. 液压平衡机构 本机采用油缸平衡树立的滑台和动力头的重量，安全可调。 E. 排屑冷却系统 如上图所示，本项目产品排屑冷却系统主要分接屑框、冷却站、磁性分离机。 磁性分离机主要由减速电机、磁辊及胶辊三大部分组成。内装永久强力磁性材料的磁辊通过链条由减速机驱动旋转，冷却液中的铁屑吸附在磁辊外表面后被压在其上的胶辊将铁屑中的冷却液挤压出去，并流回冷却站，铁屑则被刮板刮掉后排入接屑框。 本机排屑冷却系统冷却液流量大，占用空间小，具有除屑效率高、使用寿命长、无耗材、过滤精度高等优点。通过分离器的磁性滚筒把冷却液中的铁屑吸出，使冷却液保持干净，延长冷却液的使用寿命，减少了废冷却液对环境的污染，绿色环保。 F. 电气系统 本项目的电气系统采用最新的三菱伺服电机，最新的三菱NC系统，采用高级的G语言编程，使设备的加工参数调整容易，设备具有很强的柔性加工能力，在不改变设备结构的情况下就可现不同螺旋角油槽的加工，同一产品的加工参数的更改30秒钟可全部修改完成，不同产品的加工参数的调用及切换可在5秒钟内全完成。 本项目外围配备的故障诊断系统及NC系统的I/F诊断功能可以快速排除设备所发生的故障，大大降低设备的维护保养费用。 本项目的加工操作面配有安全光幕，周围防护配有安全检测开关，对设备加工及维护保养过程中的任何违章操作进行全方位的监控，以确保作业人员的人身安全。 本项目自动化程度极高，加工、润滑、冷却、排屑、安全保护，均由电气自动控制，除需人工上、下工件，可自动完成工件的加工。 G. 液压系统 本项目的工件夹紧、主轴的让刀，滑台和铣削头的重力平衡采用液压控制。 液压系统的主要元件采用目前较好的日本YUKEN产品。 H. 气动系统 本项目的气动系统用于铣削动力头和夹具的气密封。 气动系统的主要元件采用目前较好的日本SMC产品。 I. 机架和防护部分 本项目的机架采用焊接结构，焊后采用人工时效处理。 机器的前面采用安全光栅防护，在机器启动后物体进入防护区内，机器即立刻停止运转。 侧面采用行程开关感应观测门的开启，观测门未关机器不能开启。 二、设备的功能原理： 1) 手动安装工件在夹具定位台上，按下双手启动按钮； 2) 机器启动后自动加工开始进行： a) 气阀动作，铣削动力头气密封； b) 气动流量阀开，冷却液流向工件； c) 夹紧油缸活塞杆伸出，带动杠杆压紧工件； d) 铣削动力头主轴在内置油缸的推动下伸出； e) 数控滚珠丝杆滑台带动铣削动力头快速接近工件； f) 在刀具距离工件加工点3毫米时数控滚珠丝杆滑台停止快进； g) 数控滚珠丝杆滑台上的行程开关给出信号，数控滚珠丝杆滑台由快进转为工进； h) 夹具上的伺服电机带动定位台及工件开始旋转，机器开始铣削螺旋油槽。 数控滚珠丝杆滑台的移动和夹具的定位台的旋转不是由同一台伺服电机控制，可一次设置多种数控滚珠丝杆滑台的移动速度和夹具定位台的旋转速度的组合，通过开关选择程序，快速改变铣削油槽的螺旋角，铣削不同品种工件。 3) 铣削完毕，在刀具距离工件底端加工点5毫米时数控滚珠丝杆滑台停止移动。 4) 数控滚珠丝杆滑台上的行程开关给出信号： a) 铣削动力头主轴在内置油缸的推动下缩回，在设备退刀时使刀具不再与工件接触； b) 接着夹具上的伺服电机带动定位台及工件快速旋转返回原位； c) 数控滚珠丝杆滑台快速移动退回原位； 5) 夹具松开，手动将工件拿下，一个工作循环完成。 三、本项目产品的工艺流程7 G6 e+ e9 V7 {% a
四、拟解决的关键问题 1) 机器每个动作的准确和协调； 2) 铣削动力头的制作精度； 3) 两个倾斜的铣削动力头对应两个夹具的装配精度； 4) 数控滚珠丝杆滑台的制造精度。 五、主要创新点 1) 采用最新的三菱NC系统，采用较高级的G语言编程，使机器具有柔性加工能力； 2) 可设置和储存多种螺旋角油槽的加工程序，快速达到加工不同品种零件； 3) 在保证加工油槽形状满足要求的情况下，刀具选择了最佳倾斜的角度，相比同类产品，加工长度提高了25%以上； 4) 采用高速铣削加工油槽，改变了国内用车刀拉油槽的方法。改变了加工油槽表面粗糙，位置和形状无法控制的问题。改变了拉油槽无法加工较硬材料和刀具容易磨损的问题。 5) 采用铣削动力头内置油缸退刀，进刀，退刀迅速，重复精度高，使用寿命长；改变了机床退刀装置外置，重复精度低，使用寿命短的问题。 6) 采用油缸作为平衡器，改变了用平衡块重力和强力弹簧作为平衡的方法，平衡力调节范围大，安全，维护方便； 7) 数控滚珠丝杆滑台和夹具分别采用伺服电机控制，改变了同类机器滑台和夹具采用机械结构联动的方法，使机器结构简单，传动精确，容易调试，维护方便。 8) 机器上的液压油、润滑油、冷却液自动分类回收或重复利用，改变了机器上泄漏的液压油、润滑油全部流到冷却站的问题，绿色环保。 9) 铣削动力头和夹具采用气密封防水，结构简单效果好。改变了采用密封防尘圈易磨损和失效后对机床造成损害的问题。 六、主要技术参数指标与国内、国外同类先进技术的比较 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 国内对油槽的加工工艺采用的是普通车床手动操作拉削而成 | | 本机器采用多个伺服电机分别控制滑台和夹具的转动来加工螺旋油槽 |
3.项目的阶段与进度 项目各阶段的目标、进度安排以及完成目标的主要措施等。 阶段：2006年1月：项目启动，前期研究。 2006年3月，资料收集，前期设计 2006年5月，图纸设计，设计审核评审。 2006年7月，样机试制，装配调试。 2006年9月，用户试用，提供用户报告。 2006年11月，图纸修改，产品定型。 2007年，产品少量生产。 2008年，产品按市场需要和产能生产。 4.资金筹措及使用 包括投资估算、资金筹措（包括配套资金数额及来源）和资金使用计划。 （四） 经济及社会效益分析 1.市场前景 据了解，以压缩机为例，国内一个大的压缩机生产厂的年产量为1000多万台，如美芝、三菱、松下万宝、日立，4个厂就有4000万台，一个压缩机有主副两个轴承需要加工油槽，就需要加工8000万件。由于现有的加工设备大多到了使用寿命，主轴承磨损，已达不到加工精度；加工深度短，不能满足新产品的加工；所以就压缩机行业而言，本项目产品就有巨大的需求空间。 滑动轴承是机械行业的常用件，国内现有的拉削加工工艺加工的油槽毛刺多，形状和位置无法保证；受孔径和刀柄大小的约束，不能加工较深的孔和较硬的材料。 2.产品单位售价与盈利预测 根据产品的成本和市场分析，预测本项目产品进入市场的单位销售价格，并编制该项目五年的盈利预测，包括收入预测、成本预测、利润预测。 3.社会效益分析 本项目具有新颖性、先进性、实用性，科技含量较高。可促进经济社会持续协调发展。 本项目采用了当今世界先进技术，用伺服电机取代齿轮变速，降低了电机功率，节约了当今短缺的电资源。 （五） 风险分析 1.技术风险 本项目技术的基础成型工作在前期的研究工作中已完成，原理上已实现；但是前期的研究工作并没有实现大批量工业化生产。因此，在进行大批量工业化生产的研究过程中，生产工艺是否能达到理论设计的要求，或其精度能否达到要求将受现有相关技术的影响。更先进的生产技术的出现或更好的产品的出现将代替现有技术，且出现的时间无法预测。 2.管理风险 分析企业内部管理的优势与不足，例如企业管理层的水平与素质、对人才流失的应对措施等。 3.市场风险 1) 产品价格风险。本项目目前的理论价格底于进口产品价格，但这是在假设技术成熟的情况下预测得出的。由于本项目用的是最新的三菱NC系统等新技术，在前期推广应用时，对生产中存在的问题无法完全预知，这将影响到产品的生产效率和劳动成本，使价格高于预测价格，导致产品的市场竞争力降低。 2) 进口元件波动风险。本项目的大部分电气系统元件，液压系统元件采用的进口产品，受国际市场价格的影响，具有价格的波动性，而本项目的价格却是相对固定的。据统计，进口元件的价格总趋势是上升的，劳动力价格总趋势也是上升的，这样给产品带来了市场竞争的不利风险。 3) 人为观念风险。在高精产品上，人们对国产设备的认识总带有一定的偏见，要改变这种偏见具有较大的难度，需要较长的时间，这给新产品的推广带来了困难，存在市场风险。 | 
发表于 2013-4-18 16:20:01
