先进数控机床重点科研开发项目（数控定梁龙门移动式镗铣床开发）可行性研究报告江西新工重型机床有限公司二OO六年九月目录一、项目概述1、项目的意义和必要性2、国内外现状和技术发展趋势二、申报单位概况三、技术可行性分析1、机床主要技术规格2、已完成的研发情况3、机床的技术特点（创新之处）四、市场调查及需求预测五、项目实施方案六、投资估算、资金筹措七、经济、社会效益分析八、项目风险性及不确定性分析九、可行性研究报告结论一、项目概述1、项目的意义和必要性中国机床工具行业的快速发展，受到世界机床制造业界的瞩目，代表着当今机床技术发展主流的数控机床，更是异军突起，国产数控机床在高速、多轴、复合、精密以及自动化等方面都取得明显的进展，从不同方面表明中国机床已跨入世界机床制造业的第一方阵。国产数控机床也从发展期进入成熟期。但是，我国目前高档数控机床或成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质量和数量上还不能适应市场的需求，目前急需的高档数控机床设备，高速加工中心，多轴联动加工中心、精密大型龙门镗铣床和精密落地镗铣床等国内企业还不能很好满足，产业化水平尚待提高。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业和发展更显滞后。功能部件不仅决定着机床的整体性能，还占到机床成本的主要，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平，理顺和做大做强一批数控机床企业，已迫在眉睫。作为龙门镗铣床常用的为工作台移动，龙门固定式的机床，而工作台作为运动部件，上面放置工件在床身导轨上来回移动，床身的长度必须大于两倍工作台的长度，床身的导轨承重随着工件重量增加而增加，床身结构随着负载的增加而变得越来越复杂，导轨随着工件加长，加工越来越复杂，整个机床的复杂系数的提高，加工成本，装配成本都提高了，因此工件不是很长的情况下，一般采用常用的龙门固定式的镗铣床。对于工件长度大于十米的机床，采用龙门移动式的机床可节约场地。由于工作台是固定的，对工件只起支撑作用，对工作台的加工精度要求不高，工作台没有很长的导轨面加工，可节约加工成本及相应的导轨装配、维护成本；工件放在不动的工作台上而由龙门来回移动加工，可避免老式工作台来回移动由于承载不够引起的各种问题，同时对于重型、长型工件，龙门移动式机床就可以发挥它得天独厚的特点，它可以加大、加宽，尤其加工长度可以延长，广泛地可以满足冶金、航空、铁路、汽车等各行业特大特长件的加工、模具的加工。我省改革开放20多年来，尤其是最近几年，省委、市委把我省我市作为我国中部城市崛起，建设成装备基地，由农业大省发展成工业化城市，机械工业有很大的发展，但是作为工作母机重型、大型数控化设备的短缺已经严重制约我省机械工业的发展，由于缺乏大重型加工设备，我们的许多产品无法开发，冶金、矿山机械依赖于外省加工，因此，大力发展我省重型数控化机床，用先进的国产化数控设备装备我省机械工业，逐步形成我省重型数控化机床产业化生产体系，必将有力地支持我省装备制造业，提速我省工业化进程的实施。江西新工重型机床有限公司本着振兴发展江西装备制造业，为我省提供先进的重型数控化机床，在对国内外数控龙门镗铣床技术消化吸收的基础上通过自己创新，研发了XK2725数控定梁龙门移动式镗铣床，除装备公司自身提高加工能力，同时作为产品销往市场，满足不同用户的需求。主要技术规格：工作台：长12000mm宽2500mm立柱间距：3250mm承重：90T工作台通过高度：1500mm镗铣头：主电机功率28/43kw主轴转速0-3000rpm扭矩(min)2670Nm工作行程：龙门移动（X1、X2轴）14000mm镗铣头水平移动（Y轴）3750mm滑枕垂直移动（Z轴）1000mm进给速度（快速）：(X1、X2轴)0-5000mm/min(10000mm/min)(无级调速)(Y轴)2-2000mm/min(3000mm/min)(无级调速)(Z轴)1-1000mm/min(2000mm/min)(无级调速)2、国内外现状和技术发展趋势当前，数控机床现状和发展趋势，可以归纳为“三高”即高速、高精度、高附加值，为了适应这一发展趋势，作为数控机床的关键技术——数控技术得到迅速发展。实现高速度精度加工，主要有以下三个方面：(一)CNC数控装置，作为CNC的关键技术主要有：加工程序的高速处理技术，微细分的平滑曲线生成技术以及与加工形状有关的自适应速度控制技术，大容量程序存储与高速数据传输技术；预测控制、前馈控制、高精度轮廓控制等动态校正技术等。(二)伺服进给系统，系统应具有较高的进给速度和较大的加速度，同时应尽可能减小低速转矩波动；改善系统的动态性能，减小死区，IGBT换流时间等非线性因素的影响，提高伺报系统的采样频率等。(三)主轴驱动系统，主轴驱动系统在高速、高精度方面的发展方向主要有：①通过提高主轴转速和扩大恒功率范围来缩短加工时间，通过减少定位时间和加减速时间来缩短辅助时间以提高效率。②通过增加主轴系统刚性，减小转速波动以及减轻电机发热，改善冷却条件和提高位置检测元件的精度等措施来提高加工精度。国际上高速、高效精密数控机床发展趋势中，突现如下特点是：①针对中国汽车，模具制造所需的如美国辛辛那提、德国GROB、瑞士米克朗、西班牙达诺巴特、日本MAZAK、韩国大宇的五轴联动数控机床。②就加工中心主轴转速而言立式加工中心多在12000r/min以上，而高速立式加工中心和高速数控铣床主轴转速最高达到了40000r/min。③工序复合和工种复合是机床集成制造技术发展的基本点，追求的是一次装卡下完成零件的全部加工，这是制造技术发展的总趋势，比如日本MAZAK公司的Inexgrex200-ⅢST五轴车铣复合加工机术，德国DMG的DMV80FD五轴车铣复合加工心等。中国数控机床的高速化和品种发展上进步明显，中国机床制造业努力把握当今高速、高精这些代表着机床制造业未来的发展趋势，江苏多棱数控机床XH2725/5X-10五轴龙门移动加工中心，济南二机XGV2720×6000五轴龙门铣床，北一XHAE2720定梁桥式龙门加工中心都显示了中国在加工中心产品开发上取得新进展。二、申报单位概况本公司是由江西南昌方新机械有限责任公司和武汉新工机械有限公司分别占股比48%和52%组建的实行权责分明，科学管理，激励和约束相结合的内部管理体制，是独立的企业法人，本公司宗旨是：务实创新，高效管理，提高效益，促进发展，形成科、工一体化的高新科技企业。公司董事长是一位从事重型机床设计三十多年的国家级专家，公司总工程师是一位从事机床设计和科技管理的教授级高工，公司具有本科以上学历的工程技术人员十余名均为在机床行业从事机床设计工作廿余年以上，有着丰富的经验和扎实的理论基础，公司机床装配骨干也是来自国家重型机床制造厂具有丰富实践经验的老技工，生产组织和质量管理人员也都是来自机床厂的老同志。公司股东方江西南昌方新机械有限责任公司创办于2004年，建厂于南昌新建长堎工业园，通过三年的发展有机床加工设备廿余台，机械加工师付廿余人，大部份均为技术工人，有机械加工车间和装配车间各一座，面积分别有1000余m2，年接受来料加工产值200余万元。公司另一股东武汉新工机械有限公司，创办于2004年，主要面对国内市场需求，对数控龙门铣镗床数控落地镗床，数控立车的研发制造，同时开发机床的功能部件，比如滑枕式镗铣头等。三年来经济效益不错，尤其是在重型，高效率，数控自动化龙门镗铣床方面有新的突破和市场拓展，属于科技型的研发公司。两者的强强联合，创办在江西新建长堎工业园，相信有地方政府、科技部门各方的支持，江西新工重型机床设备有限公司在江西这块红色土壤上，为振兴江西机械工业定能作出新贡献。三、技术可行性分析1已完成的研发情况目前，有实力的厂家纷纷开始投资龙门移动式机床。在国外，大型的机床公司几乎都能生产，我国近几年也引进不少这样的机床，但很多都是二手货或旧机床，而且卖得比国内新机床还贵，一说明我国目前龙门移动式机床还未引起相关企业的重视，另一方面说明该类机床在我国存在巨大的市场需求，需要我们自己去开发属于我们自己知识产权的数控龙门移动式机床。2002年我公司开发设计的第一台龙门移动式镗铣床XK2720，随后在2004年在第一台的基础上设计开发了XK2720×450（45米），在2005-2006年，用户需要一台经济、实用、占地面积小但同时要加工大、重型工件的机床，我公司又设计了XK2725龙门移动式镗铣床。工作台宽2500mm，工作台的长度12000mm，两立柱间跨度3250mm，龙门的行程14000mm。该机床比同类型的2.5米的非龙门移动式镗铣床不仅加工宽度要大些，而且承载能力要高、占地面积小；不仅制造成本低，而且易于维护；最重要的另一个优越性；就是龙门移动式机床的可扩展性，该机床可配回转台，可实现数控车、铣、镗、钻为一体的加工中心；该机床的床身和工作台可以随工件的加长而加长；也可再配备一动梁、固定式龙门，形成组合式机床。该机床的设计充分应用“静压导轨”“同步轴功能”“双齿轮无间隙传动”“导轨卸荷”“平衡油缸”“主轴卸荷松刀”等国内、外成熟的先进技术。尤其同步技术的采用，为龙门移动式机床的快速发展及其可靠性和经济性奠定了基础。本机床采用同步轴功能（双电机、双驱动、双检测同步）控制伺服电机，通过两套齿轮减速箱驱动高精度的双齿轮、齿条传动，实现龙门的同步功能；齿条采用性能优质的德国ATLANTA齿条，同时配置性能优良的双检测装置，保证龙门移动的运动和定位精度；整机配置德国“西门子”功能先进的840D全数字化数控系统。2技术特点（创新之处）①本机床的主运动采用自动化程度高、刚性好的方滑枕式镗铣头。主轴轴承采用特别的组合形式，具有高精度、高负荷、高转速、低温升、长寿命等特点；主变速箱设置油液循环冷却系统避免滑枕热变形；主轴设置自动拉刀、松刀装置，该装置是采用德国著名的厂家SK的拉爪，并配有液压推刀、碟簧自动拉刀装置，可方便地自动的拉紧和脱卸刀具；为防止主轴松刀对主轴及主轴轴承的不良影响，特别设置了卸荷装置将松刀力进行卸荷，从而保护主轴轴承和保证了主轴精度不受松刀的影响。②本机床的两个同步轴（X1、X2）的导轨（滑座与床身的导轨）采用恒流闭式静压导轨，它具有承载能力高、运动平稳、摩擦系数小、运动精度高、吸振性能好、导轨无磨损等优点，有利于提高数控机床的运动精度、位置精度。并具有节能降噪、减少维护等特点。两轴的传动方式即上面提到的双齿轮、齿条传动，采用同步功能控制。③本机床的Y轴导轨（溜板与横梁的导轨）、Z轴导轨（滑枕与溜板的导轨）都采用进口的聚四氟乙烯软带导轨，以便吸振、降噪、减少驱动能耗。Y轴、Z轴的进给都采用伺服电机通过减速机驱动高精度滚珠丝杆传动，丝杆、双螺母及丝杆两端支承用的精密组合轴承均预加载荷，消除传动间隙。横梁的上导轨设置了溜板及镗铣头卸荷用的辅助钢导轨，避免横梁导向导轨受重力弯曲弯形，提高铣头水平运动精度；镗铣头垂直进给配置卸荷油缸，平衡滑枕重量，降低驱动能耗，提高垂直运动精度和定位精度。④本机床主转动配备了性能优良的两级变速主转动箱，使得本机床的主传动工作扭矩及转速范围大大扩大，在0-3000rpm范围内和主电机的高功率内，任意选择快速运动速度和加工速度；同时四个进给轴都配有高刚性、高强度的齿轮变速箱，以满足机床高的加工要求；两X轴由于负载重，对精度的要求又高（同步性），故采用了双齿轮无隙传动技术来满足机床的高要求。Y、Z轴的末级传动都采用高刚性的国内知名品牌滚珠丝杠，安装简洁、易于维护。⑤本机床的床身、工作台、立柱、滑座、横梁等大件都采用优质的高刚性箱形结构优质铸铁件，经两次焖火以消除内应力，提高铸铁件的使用性能。镗铣头主要有溜板和滑枕组成，它们的材质均采用高强度、高刚性的球墨铸铁作成，经过焖火以消除应力，提高其使用性能。⑥机床关键部分的导轨，如床身导轨、横梁导轨都采用可自由伸缩的防护罩，以保护导轨不受外界污染和损伤，延长使用寿命。⑦机床设置故障自动报警与诊断及必要的连锁与自动保护功