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科技計劃項目可行性報告

項目名稱：數(shù)控全自動多品種內孔螺旋油槽精密銑槽機的開發(fā)和制造

承擔單位：（略）

技術領域：數(shù)控設備、加工中心、復合加工技術裝備及功能部件的設計、制造

（一）項目申請的必要性

“數(shù)控全自動多品種內孔螺旋油槽精密銑槽機的開發(fā)和制造”項目（以下簡稱本項目），是包括一種利用先進的數(shù)字控制技術，結合傳統(tǒng)高精度加工技術，完成高效、快捷、柔性加工設備的開發(fā)和制造。

本項目是根據(jù)生產實際的需要而提出的。

眾所周知，一個物體相對于另一個物體做高速旋轉運動時，兩者之間形成摩擦。為減少此類摩擦力，常采用滾動軸承和滑動軸承的方式。而滑動軸承的潤滑就需要在內孔表面或軸外表面開出螺旋線式的導流油槽。通常，由于軸外表面易于加工，而采用在軸外表面銑螺旋油槽的方式。但，當支撐件靜止，而軸高速旋轉時，軸的動平衡問題就會凸顯出來，如果此時在軸上開旋轉油槽，將使旋轉軸難以動平衡，因而只能在靜止的支撐件的內孔表面銑出螺旋油槽。

內孔表面螺旋油槽的加工一直是機械加工業(yè)的重大難題。國內現(xiàn)有的拉削加工工藝加工的油槽毛刺多，形狀和位置無法保證；受孔徑和刀柄大小的約束，不能加工較深的孔和較硬的材料。本項目提出的如何高效、快捷、柔性、精密地加工出內孔螺旋油槽的方法和實踐，就是為解決這一難題而來的。本項目以空調壓縮機主副軸承內孔螺旋油槽的加工為特例，研究和推廣到各類內孔螺旋油槽的加工，具有較好的技術領先性和較廣的市場潛力。

本項目符合“科技攻關計劃重點支持技術領域（2007年）”中的“3.3.2數(shù)控設備、加工中心、復合加工技術裝備及功能部件的設計、制造”。本項目采用了先進的數(shù)控技術，結合傳統(tǒng)的高精密銑削加工技術。具有技術上的先進性。

本項目的技術特點包括：

1.采用最新的三菱NC系統(tǒng)，采用較高級的G語言編程，提高了系統(tǒng)的柔性加工能力和操作的簡便性。

2.采用新穎的高精度動力主軸設計，使主軸既能退刀和進刀，又有足夠的剛性和精度，從而保證產品的加工品質。

3.采用雙主軸加工方式，將加工效率提高一倍。

4.采用液壓技術自動平衡加工負載。保證切削均勻性。

5.全自動加工，加工參數(shù)預置，減少操作人員對加工品質的影響。

（本項目的創(chuàng)新性見附件“查新報告”）

本項目為本單位自主開發(fā)的具有自主知識產權的項目。現(xiàn)已申報“實用新型專利產品”。（申請?zhí)柸舾桑?/font>

本項目的研究，對充分利用新的數(shù)控技術，組合傳統(tǒng)的精密加工技術，解決生產現(xiàn)實中需要解決的重大加工難題，提供了新的思路和實踐的例子。

本項目研究成功后，可以得到廣泛的應用。如汽車，發(fā)動機，拖拉機等等具有高速軸旋轉需要滑動摩擦螺旋油槽潤滑的場合。具有良好的市場潛力和推廣價值。預計年產量100臺，年產值7000萬。年利潤1500萬元。

本項目前期開發(fā)和試制需要較高的人工投入和硬件投入。計需要人工費用20萬元，試制費用40萬元，市場推廣費用10萬元。現(xiàn)自籌資金40萬元，申請科技攻關項目資助30萬元。

本計劃緊密結合我市產業(yè)結構優(yōu)化升級、支柱產業(yè)發(fā)展、新興產業(yè)培育和社會發(fā)展的需要，以開展核心技術、關鍵共性技術研究，開發(fā)具有自主知識產權及市場競爭力的新產品、新工藝、新裝備，解決社會發(fā)展中突出的科技問題為目標。

（二）申報單位情況

1. 申報單位基本情況

（三）項目實施方案

　　1.項目的目標、研究范圍和主要內容

目標：設計開發(fā)一臺樣機

范圍：設計，試制，試用，修改

主要內容：NC系統(tǒng)設計，液壓設計，主軸設計，滑臺設計，加工參數(shù)計算，程序編制。

項目目標確定的主要依據(jù)：近年來，空調在現(xiàn)在社會中越來越普及，空調壓縮機行業(yè)飛速發(fā)展，空調壓縮機主副軸承是壓縮機內關鍵零件，由于壓縮機外表面焊接封閉，內部主副軸承無法更換，主副軸承內孔螺旋油槽的質量直接影響壓縮機的壽命。由于市場競爭激烈，空調壓縮機廠家要降低成本，國外的設備價格太高，國內現(xiàn)有設備無法滿足加工要求，所以需要一臺樣機來打開國內市場。本項目的前期準備工作已經(jīng)做好，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造一臺樣機。

項目范圍確定的主要依據(jù)：本項目的前期技術準備工作已經(jīng)做好，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造一臺樣機。而市場上許多空調壓縮機廠家愿意購買一臺本項目的產品試用，所以本項目范圍完全可以實現(xiàn)。

　　2.項目的技術方案

一、本項目產品的構造

本項目產品主要由夾具部分、銑削動力頭部分、數(shù)控滾珠絲桿滑臺、液壓平衡機構、排屑冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、機架和防護部分組成。
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A. 夾具部分
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如上圖所示：夾具有兩個工位，設備可一次加工兩個工件。工件的夾緊是用油缸，壓緊塊的外圈裝有深溝槽滾珠軸承，壓緊塊可隨工件旋轉。工件的旋轉由伺服電機通過圓弧錐齒輪來帶動，圓弧錐齒輪接觸性非常好，所以傳動平穩(wěn)可靠。夾具內采用自動潤滑和氣密封，保證了夾具的良好工作狀況。

B. 銑削動力頭部分
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如上圖所示：銑削動力頭內置一油缸，主軸可前進和后退，避免了加工完畢退刀時刀具與工件的接觸。主軸通過齒形花鍵與傳遞動力的皮帶輪連接，保證了主軸移動靈活，旋轉平穩(wěn)可靠。主軸采用3000轉/分鐘的高轉速，主軸跳動小于0.005毫米，保證了加工的油槽光滑沒有毛刺。刀具與主軸采用高精度的彈性夾頭連接，保證刀具與主軸的同軸度小于φ0.01毫米，同時避免了更換刀具時損害銑削頭主軸。

C. 數(shù)控滾珠絲桿滑臺

本機采用數(shù)控滾珠絲桿滑臺，保證了加工的精確、平穩(wěn)、柔性可調。

D. 液壓平衡機構

本機采用油缸平衡樹立的滑臺和動力頭的重量，安全可調。

E. 排屑冷卻系統(tǒng)

如上圖所示，本項目產品排屑冷卻系統(tǒng)主要分接屑框、冷卻站、磁性分離機。

磁性分離機主要由減速電機、磁輥及膠輥三大部分組成。內裝永久強力磁性材料的磁輥通過鏈條由減速機驅動旋轉，冷卻液中的鐵屑吸附在磁輥外表面后被壓在其上的膠輥將鐵屑中的冷卻液擠壓出去，并流回冷卻站，鐵屑則被刮板刮掉后排入接屑框。

本機排屑冷卻系統(tǒng)冷卻液流量大，占用空間小，具有除屑效率高、使用壽命長、無耗材、過濾精度高等優(yōu)點。通過分離器的磁性滾筒把冷卻液中的鐵屑吸出，使冷卻液保持干凈，延長冷卻液的使用壽命，減少了廢冷卻液對環(huán)境的污染，綠色環(huán)保。

F. 電氣系統(tǒng)

本項目的電氣系統(tǒng)采用最新的三菱伺服電機，最新的三菱NC系統(tǒng)，采用高級的G語言編程，使設備的加工參數(shù)調整容易，設備具有很強的柔性加工能力，在不改變設備結構的情況下就可現(xiàn)不同螺旋角油槽的加工，同一產品的加工參數(shù)的更改30秒鐘可全部修改完成，不同產品的加工參數(shù)的調用及切換可在5秒鐘內全完成。

本項目外圍配備的故障診斷系統(tǒng)及NC系統(tǒng)的I/F診斷功能可以快速排除設備所發(fā)生的故障，大大降低設備的維護保養(yǎng)費用。

本項目的加工操作面配有安全光幕，周圍防護配有安全檢測開關，對設備加工及維護保養(yǎng)過程中的任何違章操作進行全方位的監(jiān)控，以確保作業(yè)人員的人身安全。

本項目自動化程度極高，加工、潤滑、冷卻、排屑、安全保護，均由電氣自動控制，除需人工上、下工件，可自動完成工件的加工。

G. 液壓系統(tǒng)

本項目的工件夾緊、主軸的讓刀，滑臺和銑削頭的重力平衡采用液壓控制。

液壓系統(tǒng)的主要元件采用目前較好的日本YUKEN產品。

H. 氣動系統(tǒng)

本項目的氣動系統(tǒng)用于銑削動力頭和夾具的氣密封。

氣動系統(tǒng)的主要元件采用目前較好的日本SMC產品。

I. 機架和防護部分

本項目的機架采用焊接結構，焊后采用人工時效處理。

機器的前面采用安全光柵防護，在機器啟動后物體進入防護區(qū)內，機器即立刻停止運轉。

側面采用行程開關感應觀測門的開啟，觀測門未關機器不能開啟。

二、設備的功能原理：

1) 手動安裝工件在夾具定位臺上，按下雙手啟動按鈕；

2) 機器啟動后自動加工開始進行：

a) 氣閥動作，銑削動力頭氣密封；

b) 氣動流量閥開，冷卻液流向工件；

c) 夾緊油缸活塞桿伸出，帶動杠桿壓緊工件；

d) 銑削動力頭主軸在內置油缸的推動下伸出；

e) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺帶動銑削動力頭快速接近工件；

f) 在刀具距離工件加工點3毫米時數(shù)控滾珠絲桿滑臺停止快進；

g) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺上的行程開關給出信號，數(shù)控滾珠絲桿滑臺由快進轉為工進；

h) 夾具上的伺服電機帶動定位臺及工件開始旋轉，機器開始銑削螺旋油槽。

數(shù)控滾珠絲桿滑臺的移動和夾具的定位臺的旋轉不是由同一臺伺服電機控制，可一次設置多種數(shù)控滾珠絲桿滑臺的移動速度和夾具定位臺的旋轉速度的組合，通過開關選擇程序，快速改變銑削油槽的螺旋角，銑削不同品種工件。

3) 銑削完畢，在刀具距離工件底端加工點5毫米時數(shù)控滾珠絲桿滑臺停止移動。

4) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺上的行程開關給出信號：

a) 銑削動力頭主軸在內置油缸的推動下縮回，在設備退刀時使刀具不再與工件接觸；

b) 接著夾具上的伺服電機帶動定位臺及工件快速旋轉返回原位；

c) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺快速移動退回原位；

5) 夾具松開，手動將工件拿下，一個工作循環(huán)完成。

三、本項目產品的工藝流程
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四、擬解決的關鍵問題

1) 機器每個動作的準確和協(xié)調；

2) 銑削動力頭的制作精度；

3) 兩個傾斜的銑削動力頭對應兩個夾具的裝配精度；

4) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺的制造精度。

五、主要創(chuàng)新點

1) 采用最新的三菱NC系統(tǒng)，采用較高級的G語言編程，使機器具有柔性加工能力；

2) 可設置和儲存多種螺旋角油槽的加工程序，快速達到加工不同品種零件；

3) 在保證加工油槽形狀滿足要求的情況下，刀具選擇了最佳傾斜的角度，相比同類產品，加工長度提高了25%以上；

4) 采用高速銑削加工油槽，改變了國內用車刀拉油槽的方法。改變了加工油槽表面粗糙，位置和形狀無法控制的問題。改變了拉油槽無法加工較硬材料和刀具容易磨損的問題。

5) 采用銑削動力頭內置油缸退刀，進刀，退刀迅速，重復精度高，使用壽命長；改變了機床退刀裝置外置，重復精度低，使用壽命短的問題。

6) 采用油缸作為平衡器，改變了用平衡塊重力和強力彈簧作為平衡的方法，平衡力調節(jié)范圍大，安全，維護方便；

7) 數(shù)控滾珠絲桿滑臺和夾具分別采用伺服電機控制，改變了同類機器滑臺和夾具采用機械結構聯(lián)動的方法，使機器結構簡單，傳動精確，容易調試，維護方便。

8) 機器上的液壓油、潤滑油、冷卻液自動分類回收或重復利用，改變了機器上泄漏的液壓油、潤滑油全部流到冷卻站的問題，綠色環(huán)保。

9) 銑削動力頭和夾具采用氣密封防水，結構簡單效果好。改變了采用密封防塵圈易磨損和失效后對機床造成損害的問題。

六、主要技術參數(shù)指標與國內、國外同類先進技術的比較

機器工位數(shù)

工程精密度指數(shù)

普通線路/PLC系統(tǒng)

加工過程監(jiān)控

NC人機界面監(jiān)控

國內對油槽的加工工藝采用的是普通車床手動操作拉削而成

國外采用滑臺與夾具通過齒輪聯(lián)動的方式加工螺旋油槽

本機器采用多個伺服電機分別控制滑臺和夾具的轉動來加工螺旋油槽

3.項目的階段與進度

　　項目各階段的目標、進度安排以及完成目標的主要措施等。

階段：2006年1月：項目啟動，前期研究。

2006年3月，資料收集，前期設計

2006年5月，圖紙設計，設計審核評審。

2006年7月，樣機試制，裝配調試。

2006年9月，用戶試用，提供用戶報告。

2006年11月，圖紙修改，產品定型。

2007年，產品少量生產。

2008年，產品按市場需要和產能生產。

　　4.資金籌措及使用

　　包括投資估算、資金籌措（包括配套資金數(shù)額及來源）和資金使用計劃。

（四）經(jīng)濟及社會效益分析

　　1.市場前景

　　據(jù)了解，以壓縮機為例，國內一個大的壓縮機生產廠的年產量為1000多萬臺，如美芝、三菱、松下萬寶、日立，4個廠就有4000萬臺，一個壓縮機有主副兩個軸承需要加工油槽，就需要加工8000萬件。由于現(xiàn)有的加工設備大多到了使用壽命，主軸承磨損，已達不到加工精度；加工深度短，不能滿足新產品的加工；所以就壓縮機行業(yè)而言，本項目產品就有巨大的需求空間。

滑動軸承是機械行業(yè)的常用件，國內現(xiàn)有的拉削加工工藝加工的油槽毛刺多，形狀和位置無法保證；受孔徑和刀柄大小的約束，不能加工較深的孔和較硬的材料。

　　2.產品單位售價與盈利預測

　　根據(jù)產品的成本和市場分析，預測本項目產品進入市場的單位銷售價格，并編制該項目五年的盈利預測，包括收入預測、成本預測、利潤預測。

　　3.社會效益分析

本項目具有新穎性、先進性、實用性，科技含量較高。可促進經(jīng)濟社會持續(xù)協(xié)調發(fā)展。

　　本項目采用了當今世界先進技術，用伺服電機取代齒輪變速，降低了電機功率，節(jié)約了當今短缺的電資源。

（五）風險分析

　　1.技術風險

本項目技術的基礎成型工作在前期的研究工作中已完成，原理上已實現(xiàn)；但是前期的研究工作并沒有實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產。因此，在進行大批量工業(yè)化生產的研究過程中，生產工藝是否能達到理論設計的要求，或其精度能否達到要求將受現(xiàn)有相關技術的影響。更先進的生產技術的出現(xiàn)或更好的產品的出現(xiàn)將代替現(xiàn)有技術，且出現(xiàn)的時間無法預測。

　　2.管理風險

　　分析企業(yè)內部管理的優(yōu)勢與不足，例如企業(yè)管理層的水平與素質、對人才流失的應對措施等。

　　3.市場風險

1) 產品價格風險。本項目目前的理論價格底于進口產品價格，但這是在假設技術成熟的情況下預測得出的。由于本項目用的是最新的三菱NC系統(tǒng)等新技術，在前期推廣應用時，對生產中存在的問題無法完全預知，這將影響到產品的生產效率和勞動成本，使價格高于預測價格，導致產品的市場競爭力降低。

2) 進口元件波動風險。本項目的大部分電氣系統(tǒng)元件，液壓系統(tǒng)元件采用的進口產品，受國際市場價格的影響，具有價格的波動性，而本項目的價格卻是相對固定的。據(jù)統(tǒng)計，進口元件的價格總趨勢是上升的，勞動力價格總趨勢也是上升的，這樣給產品帶來了市場競爭的不利風險。

3) 人為觀念風險。在高精產品上，人們對國產設備的認識總帶有一定的偏見，要改變這種偏見具有較大的難度，需要較長的時間，這給新產品的推廣帶來了困難，存在市場風險。

	國內	國外	本項目產品
加工節(jié)拍	慢	快	快一倍
機器工位數(shù)	1	1	2
加工長度	較短	一般	較長
加工工件種類	手動操作掌握	1	多個
機器構造	稍復雜	普通	簡單
安全防護	普通	好	很好
維護	技術要求高	有技術要求	簡單
無級變速	較難	稍困難	好
工程精密度指數(shù)	差	好	好
故障診斷裝置	無	有	有
潤滑方式	人工	自動集中潤滑	自動集中潤滑
配線，配管	簡單	復雜	復雜
切屑處理	無	有	有
控制系統(tǒng)	普通線路	普通線路/PLC系統(tǒng)	NC系統(tǒng)
加工過程監(jiān)控	人工掌握	無	NC人機界面監(jiān)控
故障診斷裝置	無	部分診斷	全方位診斷
備注	國內對油槽的加工工藝采用的是普通車床手動操作拉削而成	國外采用滑臺與夾具通過齒輪聯(lián)動的方式加工螺旋油槽	本機器采用多個伺服電機分別控制滑臺和夾具的轉動來加工螺旋油槽

機械社區(qū)