王立華，張清林，袁承家

（1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏宏源長(zhǎng)城機(jī)床有限公司，寧夏銀川 750021）

研發(fā)LVD30倒立式數(shù)控機(jī)床

王立華1，張清林1，袁承家2

（1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏宏源長(zhǎng)城機(jī)床有限公司，寧夏銀川 750021）

寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院與寧夏宏源長(zhǎng)城機(jī)床有限公司合作研發(fā) LVD30 倒立式數(shù)控機(jī)床。自主研制開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的倒立式數(shù)控機(jī)床系列產(chǎn)品，并在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中開(kāi)展機(jī)床復(fù)合加工、智能控制、多軸聯(lián)動(dòng)等數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵共性技術(shù)的研究。本項(xiàng)目產(chǎn)品屬于國(guó)家大力支持的機(jī)電一體化新技術(shù)產(chǎn)品，是國(guó)家振興制造裝備業(yè)的主要設(shè)備，也是國(guó)內(nèi)眾多機(jī)械零件加工用戶行業(yè)急需的設(shè)備，有強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。

倒立式數(shù)控機(jī)床；柔性制造單元；機(jī)床總體布局與參數(shù)設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目概述

1.1 項(xiàng)目背景

隨著我國(guó)機(jī)械零件制造的不斷發(fā)展，自動(dòng)化加工和高效復(fù)合加工越來(lái)越受到重視。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)已經(jīng)形成了較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)群，然而過(guò)去傳統(tǒng)的人力生產(chǎn)方式，以及近年來(lái)，由于人工成本不斷上漲，加上全球經(jīng)濟(jì)不景氣，工廠訂單不穩(wěn)定，眾多企業(yè)又面臨招工難、用工貴的問(wèn)題。這種狀況如果得不到改善，必將嚴(yán)重影響制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。為打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，加快高檔數(shù)控機(jī)床的研究制造，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要，2006 年國(guó)家發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》明確規(guī)定的 16 個(gè)科技專項(xiàng)中，其中一項(xiàng)就是高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造技術(shù)；2015 年國(guó)務(wù)院審議通過(guò)的《中國(guó)制造 2025》就高檔數(shù)控機(jī)床提出：“開(kāi)發(fā)一批精密、高速、高效、柔性數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)，加快高檔數(shù)控機(jī)床、增材制造等前沿技術(shù)和裝備的研發(fā)”。這些戰(zhàn)略的提出其根本目的在于改變我國(guó)制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的局面，也為我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)提供了很好的發(fā)展機(jī)遇。

本項(xiàng)目研制的倒立式數(shù)控機(jī)床系列產(chǎn)品，具備自動(dòng)化功能和高效復(fù)合加工能力，將采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)床集金屬切削+自動(dòng)上下料+測(cè)量技術(shù)為一體，每臺(tái)機(jī)床都是一個(gè)獨(dú)立的柔性制造單元；機(jī)床的“工件移動(dòng)+刀具固定”特點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的零件加工方式，機(jī)床主軸倒置式布局安裝，除完成零件卡持和帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)完成零件加工外，還具備自動(dòng)上下料功能。機(jī)床具有上下料和加工行程短、工件更換時(shí)間和加工節(jié)拍時(shí)間短、落屑理想、占地面積小等特點(diǎn)。機(jī)床可根據(jù)零件加工需要選配為集車(chē)、鉆、磨、銑、滾齒、珩磨等多種工藝為一機(jī)的復(fù)合加工機(jī)床，符合國(guó)家提出的高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展戰(zhàn)略方向。本項(xiàng)目產(chǎn)品的研制成功還將為我國(guó)汽車(chē)、軍工等行業(yè)提供高檔數(shù)控機(jī)床的新機(jī)型，為振興我國(guó)裝備制造業(yè)做出貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目的有效實(shí)施將是高效復(fù)合數(shù)控機(jī)床研發(fā)的重要突破，不僅可以增加我國(guó)高效數(shù)控機(jī)床的品種，也提高了高效數(shù)控機(jī)床的研發(fā)水平。

1.2 項(xiàng)目目標(biāo)及內(nèi)容

（1）總體目標(biāo)。以自主創(chuàng)新為基礎(chǔ)，結(jié)合項(xiàng)目產(chǎn)品自主研制開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的倒立式數(shù)控機(jī)床系列產(chǎn)品，并在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中開(kāi)展機(jī)床復(fù)合加工、智能控制、多軸聯(lián)動(dòng)等數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵共性技術(shù)的研究，在突破項(xiàng)目產(chǎn)品的關(guān)鍵共性技術(shù)，提高項(xiàng)目產(chǎn)品關(guān)鍵零部件的研制水平基礎(chǔ)上，完成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 LVD30 型倒立式數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造，并實(shí)現(xiàn)該類產(chǎn)品模塊化和系列化以滿足不同用戶的不同加工需求。

（2）技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)。①完成 LVD30 型倒立式數(shù)控機(jī)床主機(jī)的研制；②完成本項(xiàng)目產(chǎn)品關(guān)鍵部件高精度電主軸的研制；③完成機(jī)床總體布局形式設(shè)計(jì)研制，先進(jìn)合理的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局將是完成本項(xiàng)目產(chǎn)品重要保證；④完成適用于本項(xiàng)目產(chǎn)品的自動(dòng)上下料裝置的研制。

（3）主要研究?jī)?nèi)容：①機(jī)床總體布局與參數(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究；②電主軸設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用研究；③模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究；④有限元分析及動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的應(yīng)用研究；⑤用戶典型零件的工藝分析研究；⑥主要部件及整機(jī)裝配調(diào)試技術(shù)的研究。

LVD30 型倒立式數(shù)控機(jī)床主要特點(diǎn)：①具備自動(dòng)化功能和高效復(fù)合加工能力；②機(jī)床集加工+自動(dòng)上下料+測(cè)量技術(shù)為一體，每臺(tái)機(jī)床都是一個(gè)獨(dú)立的柔性制造單元；③機(jī)床的“工件移動(dòng)+刀具固定”特點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的零件加工方式；④機(jī)床主軸倒置式布局安裝，除完成零件卡持和帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)完成零件加工外，還具備自動(dòng)上下料功能；⑤上下料和加工行程短、工件更換時(shí)間和加工節(jié)拍時(shí)間短；⑥落屑理想、占地面積小的特點(diǎn)；⑦可根據(jù)零件加工需要選配為集車(chē)、鉆、磨、銑、滾齒、珩磨等多種工藝為一機(jī)的復(fù)合加工機(jī)床；⑧可根據(jù)用戶需求配置 FANAC、SIEMENS 等數(shù)控系統(tǒng)。

2 項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)難點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)。①機(jī)床總體布局與參數(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究；②自動(dòng)上下料技術(shù)的應(yīng)用研究；③模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究；④有限元分析及動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的應(yīng)用研究。

（2）主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。①機(jī)床總體布局與參數(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究；②自動(dòng)上下料技術(shù)的應(yīng)用研究；③模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究。

3 項(xiàng)目技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析（含經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益）

（1）技術(shù)分析。倒立式數(shù)控機(jī)床的研制主要是通過(guò)集成創(chuàng)新進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究。所集成的技術(shù)主要來(lái)源于數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用、電主軸制造的研究、自動(dòng)控制技術(shù)及上下料裝置等應(yīng)用技術(shù)研究。

（2）經(jīng)濟(jì)效益分析。初步測(cè)算本項(xiàng)目產(chǎn)品平均成本 50～60萬(wàn)元；預(yù)計(jì)平均售價(jià) 80～90 萬(wàn)元（國(guó)外同類產(chǎn)品平均售價(jià)在130～160 萬(wàn)元）；平均毛利潤(rùn)可達(dá) 30 萬(wàn)元，如 1 年銷(xiāo)售 20 臺(tái)平均毛利潤(rùn)可達(dá) 600 萬(wàn)元。

（3）社會(huì)效益分析。倒立式數(shù)控機(jī)床的制造，目前在國(guó)外已屬成熟產(chǎn)品，但在國(guó)內(nèi)該類機(jī)床的生產(chǎn)制造還基本處于空白。倒立車(chē)削加工是一種新興的數(shù)控加工，就是一種數(shù)控車(chē)床，平常大家常見(jiàn)的都是臥式車(chē)床，而這是一款倒立式車(chē)床，車(chē)床和銑床的區(qū)別在于車(chē)床是被加工的工件在運(yùn)動(dòng)，而銑床是加工刀具在動(dòng)。其最大的特點(diǎn)是工件倒置回轉(zhuǎn)，切屑不會(huì)損傷已加工表面，排屑方便。此外上下料和夾料也很方便。本實(shí)用新型提供的倒立式數(shù)控車(chē)床，其優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)床主軸單元夾持工件運(yùn)動(dòng)既是機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)，又可以自動(dòng)上、下料；而且 X、Z 軸運(yùn)行遠(yuǎn)比各類機(jī)械手速度高、定位準(zhǔn)確；減少了上、下料輔助時(shí)間，滿足重切削、高速運(yùn)行要求；卡盤(pán)狀態(tài)檢測(cè)裝置經(jīng)濟(jì)、可靠。它在我國(guó)屬于新產(chǎn)品新技術(shù)項(xiàng)目，具有很好的發(fā)展前途和市場(chǎng)潛力。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析（市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等）

（1）市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)及控制。本項(xiàng)目產(chǎn)品屬于國(guó)家大力支持的機(jī)電一體化新技術(shù)產(chǎn)品，是國(guó)家振興制造裝備業(yè)的主要設(shè)備，也是國(guó)內(nèi)眾多機(jī)械零件加工用戶行業(yè)急需的設(shè)備，有強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。本項(xiàng)目的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自國(guó)外同類產(chǎn)品的非理性價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。為規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)，在成果轉(zhuǎn)化中應(yīng)從多方面采取措施，嚴(yán)格控制產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的性價(jià)比。

（2）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及控制。本科技項(xiàng)目涉及到多學(xué)科、多門(mén)類的多種關(guān)鍵共性技術(shù)，如果某些技術(shù)的研究或應(yīng)用中出現(xiàn)難以預(yù)料的困難和障礙，將可能為本項(xiàng)目帶來(lái)一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。為規(guī)避上述技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，要對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)進(jìn)行充分的技術(shù)論證，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)審，主要控制措施為：①充分利用三錐 CAD，有限元分析與運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)等先進(jìn)手段，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平；②加強(qiáng)與我區(qū)機(jī)床制造企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，充分利用其現(xiàn)有機(jī)床制造資源，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量；③加強(qiáng)技術(shù)評(píng)審，及時(shí)修改和完善相關(guān)技術(shù)文件；④實(shí)施有效激勵(lì)機(jī)制，充分發(fā)揮攻關(guān)人員的積極性和創(chuàng)造性。

R & D of LVD30 Inverted CNC Machine Tools

WANG Li-hua1，ZHANG Qing-lin1，YUAN Cheng-jia2
（1.Ningxia V ocational Technical College of Industry and Commerce，Y inchuan，Ningxia 750021，China；2.Ningxia H ongyuan Changcheng Machine Co.，L td.，Y inchuan，Ningxia 750021，China）

Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce cooperates with Ningxia Hongyuan Changcheng Machine Co.，Ltd.to develop LVD30 inverted CNC machine tool.They independently research and develop the inverted type CNC machine tool products with independent intellectual property rights，and carry out key common technologies in the process of project implementation,such as CNC machine tools complex processing，intelligent control，multi axis linkage etc.This project belongs to the new technology of mechatronics product support of the state，is the main equipment of revitalizing the equipment manufacturing industry，and mechanical parts are needed by processing industry in our county，with a great market demand.

inverted CNC machine tool；flexible manufacturing unit；overall layout and parameter design of machine tool

TG519.1

A

2095-980X（2016）12-0046-02

2016- 11-14

王立華（1974-），山東萊陽(yáng)人，碩士研究生，講師。