CNC控制软件的研制及其在五轴联动数控工具磨床上的应用可行性报告Word格式文档下载.docx
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在项目执行期间计划投资235万元，截止目前已完成投资45万元，需新增投资190万元。
项目完成后可年产五轴联动数控工具磨床10台，企业资产将达到400万元，企业人员达到60人左右（项目产品需55人，其它产品需5人），新增就业人员30人左右。
4.2
经济目标：
本项目完成后，累计实现的经济目标如下：
年工业总产值
600万元
工业增加值
450万元
销售收入
项目产品：
400万元
其它产品：
100万元
缴税总额
109.3万元
净利润
154.4万元
创汇额
9.8万美元
4.3技术、质量指标：
公差（mm）
轴线测量行程
ISO10791-4标准
（£
500mm）
检测结果
双向定位精度
A
0.020
X轴
0.015
Y轴
0.018
Z轴
单向定位精度
A和A¯
0.016
X轴
0.008
X轴¯
0.0010
Y轴
0.010
Y轴¯
0.0012
Z轴
Z轴¯
0.0015
双向重复定位精度R
0.012
0.005
0.005
单向重复定位精度
R和R¯
0.006
0.002
0.003
0.0045
0.004
反向差值B
0.008
0.012
双向定位系统偏差E
0.015
单向定位系统偏差
0.01
0.0085
双向平均偏差范围
公差
（弧秒）
行程至360°
的回转线的定位公差
双向定位精度A
28
A轴25
C轴28
22
A轴
A轴¯
25
C轴
C轴¯
26
双向重复定位精
度R
16
A轴16
C轴18
单向重复定位精
度R和R¯
8
6
9
12
A轴12
C轴14
20
18
14
精密镗床标准
工作台面对工作台
纵向移动的平行度
0.02/400
磨头主轴径向跳动
砂轮轴的轴向窜动
X轴对工作台面横
向移动的平行度
0.01/200
0.008/200
Y轴对工作台面横
0.015/200
0.010/200
Z轴对工作台面的
垂直度
0.01/120
0.008/120
4.3.1引用标准及参考资料：
检测依据ISO10791-4：
1998加工中心检验条件《第4部分：
线形和回转轴线的定位精度和重复定位精度检验》国际标准最新版本。
参考资料选取德国WALTER公司生产的HelitromiMiniPower数控工具磨技术精度要求。
4.3.2检测工具：
三坐标测量仪，万能通用量具和指示器等。
简要说明：
我厂生产的数控工具磨床属专用非标准数控设备，至今未见国际上同类产品检验条件出台，所选检测依据仅供参考对比。
增设检验项目取决于用户的要求和签约双方商定的协议。
我厂计划在2002年7月底前制定并完善新产品标准，与此同时使该项目产品通过国家相关行业的许可认证。
4.4
阶段目标：
项目各阶段目标列表说明如下：
单位：
万元
阶段
内容
完成时间
投资金额
经济指标
第一阶段
完善已有软件
2001年8月－9月
5
开发剩余软件
2001年10月－2002年2月
45
样机调试试生产
2002年3－4月
10
第二阶段
样机鉴定
2002年5－6月
3
产品标准制定
2002年6－7月
4
产品质量认证
2002年7－8月
第三阶段
小批量生产4台
2002年8－12月
49
销售收入160 利润61.76
购加工中心一台
2002年8月
50
小批量生产6台
2003年1－7月
19
销售收入240 利润92.64
项目执行期内，我厂从往年积累和职工入股的形式自筹资金80万元，银行贷款30万元投入项目的各个阶段，尚缺资金80万元，特申请科技型中小企业“技术创新基金”无偿资助60万元。
4.5资金使用计划：
项目执行期内计划投资235万元，已完成投资45万元，需新增投资190万元，新增投资情况列表说明如下：
单位：
万元
资金
新增
投资
企业自筹
创新基金资助
市科研发展计划
银行贷款
金额
到位时间
60
2001.8
2001.12
2002.1
7
2002.5
2002.6
118
48
2002.8
30
2002.10
2003.1
2002.9
5、主要技术经济指标对比
5.1该产品国内生产出样机的独此一家，无对比性，现将我厂产品主要技术经济指标和德国Walter公司MiniPower五轴联动数控工具磨床主要技术经济指标（根据资料查询）对比如下：
性能
MKW6014
WalterMiniPower
工作台纵向最大移动量（X轴）
300mm
350mm
工作台横向最大移动量（Y轴）
150mm
200mm
垂直方向最大移动量
（Z轴）
120mm
470mm
X、Y、Z轴分辨率
0.00125mm
0.001mm
A轴分辨率
0.0025°
0.001°
C轴分辨率
0.0015°
砂轮最大直径
80mm
价格对比
40万元
240万元
5.2我厂完成该项目后，经济效益将大幅度提高，工厂的规模将进一步扩大。
项目实施前后的主要经济指标对比如下：
项目实施前
项目实施后
年销售收入
151万元
500万元
年缴税总额
14万元
年净利润
6万元
9.8万美元
二、申报企业情况
1、申报企业基本情况
企业名称
某台式机床厂
通讯地址
陕西省某市东风路3号
注册时间
1991年7月
注册资金
63万元
企业注册类型
集体企业
主管单位名称
某市科学技术委员会
2、企业人员及开发能力
2.1企业法定代表人基本情况
企业法定代表人兼项目技术负责人孙志立，1966年毕业于某机器制造学校机械制造专业。
曾从事约6年的教学工作，后一直致力于技术工作将近30年，对机械制造和刀具研究有很高的造诣，既有扎实的理论知识和丰富的实践经验，又有较强的创新开拓意识和能力。
1991年率先创办了某中山通用机械厂，生产纺织配件和小型通用设备，为企业发展奠定了基础。
1994年企业改名为某台式机床厂，产品也升级换代为台式钻铣机床和万能刀具刃具磨床。
工厂不满足传统产品的制造，始终瞄准高新技术，1997年和天津大学联合开发了五轴四联动数控工具磨；
1999年至2000年又研制成功五轴联动数控工具磨床，填补了国内空白，企业也步入高新技术产业的行列。
2.2企业人员基本情况
工厂现有职工31人，大专以上文化程度10人，主要管理人员均为中专以上学历，50岁以上占20%、30－50岁占40%、30岁以下占40%，平均年龄34岁。
管理、技术开发、生产、销售人员为3：
4：
21：
3的比例。
2.3新产品开发能力情况
上年度研究开发投入资金15万元，占企业年销售额的10%。
科研开发人员中，两人为高级工程师，根据项目进展情况拟招聘40岁左右自控或计算机专业人员1至2人，为项目后续发展做好准备。
3、企业财务经济状况
资产总额
258.92万元
负债总额
122.22万元
固定资产总额
102.30万元
产品销售收入
151.39万元
总收入
151.52万元
其他收入
0.13万元
流动比率
130.27%
速度比率
54.28%
总资产报酬率
7.7%
净资产收益率
14.6%
应收账款率
19.32%
项目第三阶段结束即2003年7月，累计销售收入500万元，缴税总额109.3万元，净利润154.4万元，创汇9.8万美元，以后5年各项指标将以4%左右的速度增长。
4、企业管理情况
4.1 企业管理制度
某台式机床厂是某市高新技术开发区首批技改开发项目的重点企业，产权归集体所有，企业日常经营管理由厂长负责，重大事项由厂长提请职工代表大会审议通过。
定期向业务主管部门汇报生产经营情况，接受上级的指导和监督。
工厂各项制度建全，主要有“新产品开发制度”、“财务制度”、“产品质量管理制度”和“经营销售管理制度”。
4.2 企业质量保障体系的建设
企业以质量求生存作为企业发展的根本宗旨，对采购的材料、物资按合同验收合格后方可入库。
在生产过程中，每一道工序完成后，由质量检验员验收合格才能转入下道工序。
在销售环节，实行包修、包换、包退的“三包”制度。
我厂已和中国方园标志认证委员会陕西审核中心多次接触，质量保障体系认证的前期准备工作已经开始，力争2002年8月底前通过国际ISO9000系列质量体系认证。
4.3 企业的产权明晰情况
本企业为集体所有制企业，产权关系明晰，根据现代化企业制度的要求，拟进行股份制改革，真正达到产权明晰、决策民主、管理科学
4.4 企业的商誉和获奖情况
工厂在多年的生产经营活动中，重质量重合同守信用，企业商誉较高，在1995年7月中国乡镇企业出口商品展览会上我厂研制的2MT6027A万能刀具刃具磨床荣获金奖。
5、企业发展思路
5.1把科学技术和新产品开发放在首位，加强同大专院校和科研院所的技术合作，以高新技术产品为主导，根据市场需求及时调整产品结构。
5.2 实施五年发展规划，2002年7月结束MKW6014五轴联动数控工具磨研制，紧接着生产10台，工业总产值达到600万元，销售收入500万元，每年增长4%左右，力争到2007年工业总产值达到702万元，销售收入585万元。
5.3 结合四川、沈阳、西安、上海用户来我厂考察五轴联动数控工具磨的意向，抓紧调试完善软件，争取在2002年8月将这台样机销售出去，并以此为突破口，在全国主要地区建立销售网络让产品占领市场，为企业五年发展奠定坚实基础。
三、项目的技术可行性和成熟性分析
1、项目的技术创新论述：
1.1该项目将最新研制的“刃点跟踪法”刀位计算软件应用于五轴联动CNC工具磨床上，该方法是以刀刃为基础，砂轮通过跟踪刀刃上的点来进行磨削的一种方法。
通过此方法，能够容易加工出螺旋回转面刀具刀刃上各点所要求的法向前角和螺旋角，这是对现代刀具加工技术的重大革新和完善。
1.2 项目的技术创新点：
1.2.1项目的机械技术特点简述
MKW6014型数控工具磨床为五轴五联动数控机床。
该机床的设计与其结构是在充分分析及消化了世界上同类万能工具磨床的基础上，集各家所长并突出自己的优点而设计制造的。
为了保证机床的确实可靠及实用，机床在设计制造以后，又经过了近一年的试运行考核，做了必要的设计修改，使机床得到进一步完善并正式定型。
通过使用证明，MKW6014机床不但具有较宽的加工柔性，更具有可靠的工作稳定性。
其良好的刚性主轴设计使机床在加工大规格工件时更具特点。
机床不但可以用来生产制造高速钢、整体硬质合金工具，同时还可以方便地对精密复杂刀具进行重磨。
机床的整体设计非常紧凑，机床工作所需要的所有辅助系统均内装于机床之中，如，冷却油过滤系统，油雾过滤系统，高压冷却油供给系统以及集中润滑系统。
机床工作区的简洁设计、工作门开启后操作者的舒适工作环境也是机床的一大特色。
1.2.2项目软、硬件主要特点简述
（1）要保证数控机床的硬质合金刀具（象：
球头铣刀、螺旋锥度铣刀等）具有良好的切削性能，刀具的几何角度参数非常重要。
依据复杂曲面的成形理论，以上特种刀具的几何参数必须在具有五轴五联动的数控机床上才能实现。
MKW6014机床的数控系统采用了SUNTEC－16M计算机控制系统，该系统具有8轴联动的能力。
从可靠性考虑，机床上的全部五个数字电机和驱动放大器等与控制系统的配置辅助系统全部选用了与SUNTEC系统相匹配的star产品，通过近两年的使用，控制系统从未发生过系统故障等不安全事故。
SUNTEC控制系统对机床的辅助系统如自动润滑、冷却油喷射等实行自动控制，并提供故障保护报警及停机。
（2）机床的数控成形软件由西安交通大学机械制造及自动化研究所与我们合作共同开发，它主要分螺旋铣刀类、钻头类、旋转锉类等。
这类软件为直接菜单式数据输入，每项数据都尽可能的配置了说明及图示，以便于操作者的理解。
为了便于刀具设计者进行新刀具设计或对刀具进行槽形的改进设计，软件中配置了计算机模拟加工显示功能。
这样在改变刀具参数后，不用进行试磨就可以从屏幕上看到它的模拟加工过程。
人机界面操作方便，可预测性强。
——解决了五轴CNC数控系统的控制驱动，真正把CNC五轴联动控制技术应用在了数控工具磨床上，并完成了MKW6014五轴联动数控工具磨床的样机制造。
样机彩色照片见申请材料附件。
——建立了基于五轴CNC数控系统和五轴联动数控工具磨床的数据库、数学模型库，包括螺旋锉、球头铣刀、特种刀具等刀具的数学模型及其刀位计算、五轴联动控制、砂轮中心运动轨迹计算、动态加工模拟等软件包。
——解决了五轴联动的技术难点。
螺旋锉、球头铣刀、特种刀具等由于刃形复杂，加之品种规格繁多，因此刃磨相当困难，传统的刃磨方法是利用各种机械装置并辅以手工操作来完成，不仅加工效率低、成本高，而且刃磨质量难以保证。
我们研制开发的五轴联动数控工具磨床是建立在上述刀具几何模型的基础上，根据五轴CNC数控系统的坐标结构将其转换为相应的刃磨运动模型，并通过软件实现五轴联动。
这个技术关键的解决为我厂研制开发的五轴联动数控工具磨床达到国内外同类水平奠定了基础。
——解决了五坐标插补技术难点。
为了实现螺旋锉、球头铣刀、特种刀具等刀具的刃磨运动，需要进行五坐标联动控制，五坐标联动控制的核心是五坐标插补，我们在研制开发中采用刃点跟踪法，实现了五坐标插补。
——开发了切削加工过程模拟系统，该系统具有加工任务选择、工艺分析、工具轨迹形成、图象图形模拟仿真、结果分析、数据保存等主要功能。
——超硬材料加工技术的应用。
磨削硬质合金产生的切削热很高，势必对砂轮的选用和切削液的选取要求提高，为此我们选取了最新研制的含有低温结合剂的金刚石砂轮和超强冷却液。
同时利用自行开发的自适应控制优化软件对切削力的变化进行跟踪监测，及时调整切削参数，既保证了砂轮的耐用性，也保证了工件的定位精度和机床工作的平稳性，保证了产品质量，提高了生产效率和机床的使用寿命。
——高刚性龙门结构设计。
为了保证机床具有良好的刚性、稳定性以及高精密度，采用了高刚性的龙门防震铸铁结构、刚性直线导轨、精密滚珠丝杠和蜗轮蜗杆副。
1.3
项目技术来源
本项目由我厂和西安交通大学机械工程及自动化研究所联合开发，实行产学研一体。
共同确定数学模型的建立和配套软件以及工具磨床机械机构设计、加工、安装、调试，项目投资由我厂承担，项目成果归双方所有，产品销售后利益双方共享。
双方有责任对对方的技术和经营秘密保密，相互信任，长期合作。
非不可抗拒因素此项目不得中断，否则违约方应赔偿对方经济损失。
在项目产品的生产过程中，西安交大随时派人来厂业务技术指导，解决所出现的各种问题，保证项目的顺利实施。
项目开发合同见申请材料附件。
1.4 本项目国内、外发展现状简述
1.4.1 本项目国外发展现状
由于现代制造技术的大规模兴起以及现代制造技术的基础装备——数控机床、加工中心和柔性制造单元的广泛应用，对刀具的尺寸精度和性能一致性提出了更高的要求。
同时由于模具，飞机和汽车等精密制造业使用数控机床，致使这些基础设备上涌现出大批廓形复杂的新型特种数控刀具，如整体硬质合金球铣刀、整体硬质合金椭球形铣刀、螺旋锉等。
据已掌握的资料，在当今高度工业化国家，这类特型数控刀具普遍实现了一次数控磨削成形的加工工艺，而且利用软硬件技术实现了各种特型刀具加工功能的转换。
目前圆锥球头立铣刀的磨削加工只有德国WALTER、美国的HUFMAN、瑞士的STRAUSAK及日本牧野这样实力雄厚的公司才能精确地加工出来，因为加工这种刀具需要高精度多轴联动的数控工具磨床以及高精度的加工数据计算。
1.4.2 本项目国内发展现状
在国内，由于数控技术起步较晚，用于刀具制造的专用数控机床试制工作长期进展不大，影响了特种刀具的生产制造，特种刀具只能由熟练的磨锋技工手动操作加工，一种类型的刀具就要订作一套专用的机构，而且加工速度慢、效率低、成本高。
我们生产的五轴联动数控工具磨床同德国WALTER公司的产品一样，通过自己开发的软件能够加工设计要求的各种形状的特型刀具和一般平面刀具，省去了各种繁杂的专用夹具，人机界面操作方便，安装夹紧简单，解决了五轴联动时各轴杆的分配及相应时间分配，为特型刀具的手动操作加工转变为自动加工开创了先河。
1.4.3 项目产品和国外同类产品的比较简述
该项目产品和WALTER公司的五轴联动数控工具磨床在性能指标上稍有差距，主要是X轴、Y轴、Z轴的移动量，各轴的分辨率和砂轮直径尚不及WALTER公司的同类产品，X轴移动量小50mm、Y轴小50mm、Z轴小350mm，X、Y、Z轴分辨率大0.00025mm、A轴大0.0015°
、C轴大0.0005°
，砂轮直径小70mm。
在今后的生产过程中，将逐步采用Ⅱ型软件，采用精度更高的加长滚珠丝杠和直线导轨，加大蜗轮蜗杆功率，产品的技术指标才能达到WALTER公司同类产品的指标。
现将项目产品的技术指标和WALTER公司产品的指标列表对比如下：
项目产品MKW6014
德国WalterMiniPower
300mm
350mm
150mm
200mm
重直方向最大移动量
120mm
470mm
0.00125mm
0.001mm
80mm
2、项目的成熟性和可靠性论述
2.1项目的成
升级会员 