可转向铣头摇臂铣床

研制工作总结

漳州翊峰机械工业有限公司

可转向铣头摇臂铣床研制工作总结

漳州翊峰机械工业有限公司位于漳州南靖县大埔崎工业区，是一家专业生产模具铣床、数控铣床及立式加工中心的台资企业。公司拥有一支年轻化、专业化的技术队伍，与国内高校、科研院所密切合作，有较强的新产品开发和技术创新能力，其机床产品已获得多项国家专利。公司集设计、铸造、加工、组装、销售、服务于一体，产品营销全国各地，也出口台湾、美国、英国、印度、马来西亚、新加坡等国家和地区。企业的生产技术先进，所研制的可转向铣头摇臂铣床产品深受用户青睐，具有良好的社会经济效益。

一、新产品开发的背景情况

机床是先进制造技术的载体和装备工业的基本生产手段，是装备制造业的基础设备，主要为汽车、军工、农机、工程机械、电力设备、铁路机车、船舶等行业服务。我国已连续几年成为世界最大的机床消费国和机床进口国，是世界主要机床生产国之一。随着国民经济的发展和市场需求提高，特别是来自汽车制造、高速铁路建设、高速公路建设、绿色能源建设(太阳能综合利用、核电、风电、水电；石油天然气的开采和输送)、工程机械、大型飞机、支线飞机以及船舶制造等行业快速发展的拉动，国内机床消费量还会有巨大的上升空间，预计年平均仍将保持两位数增长，并且高、中、低档机床产品需求仍将长期存在。

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随着国内经济的发展，如多功能摇臂铣床产品这样的普通机床市场发展面临巨大机遇和挑战。但普通铣床有其自身的工作特性，它的一些加工工艺是经过多年来的总结和积累形成的，数控机床未必能够全部代替，特别是在现实生产中还是存在大量的单件、小批量、简单加工的零件加工作业。对于形状复杂零件，工件必须先在普通机床上加工出基本轮廓，如合适的直径、长度、宽度、高度等，再到数控机床进行复杂曲线、曲面的加工，以节约成本，提高效率。所以在相当长的一个时期内普通铣床和数控铣床产品仍将并存，普通机床的市场还是有非常光明的前景的。

有关市场趋势研究表明，到20xx年，普通机床市场需求有望达到71万台，比今年的24万台需求将有较大较快增长。机床制造企业能用成批和流水的生产方式年产几千台，甚至上万台普通机床，使我们的普通机床具有成本低、质量稳定的优势。在新一轮民营企业的发展中，有相当数量的民营企业仍大量采用普通机床，在浙江、广东和山东三省的民营企业效益调查中，其投资129亿元用于设备投入，其中国产普通机床设备数量占69%，价值占52%。另一方面，随着农业机械行业的扩大和农村科教文卫事业的发展，农村对普通机床、中低档机床也有一定的需求，特别是发展中的乡镇企业，因其具有生产力成本低，劳动密集的特点，多采用普通机床。

并且我国的普通机床性能优势明显，出口潜力巨大，一直是我国出口的主要产品。其中，普通车床、铣床、砂轮机等已是世界最大供货国。在相当长的时期内，普通机床在中国的市场规模将呈现快速增 2

长的态势。

正是基于上述因素，我们研发的多功能摇臂铣床产品随着技术的进步, 其主要技术指标也在进步提高, 通过提升质量降低成本，从而在市场中占有一席之地，既满足了市场需求，又带动了企业的自身发展。

二、新产品开发的总体思路

(一)、开发的总体思路

通过对市场的调研，结合对国内外摇臂铣床产品技术水平的分析。我们认为，当前市场对其整体技术要求已经比过去高得多，既要求功能多、适应面广，更要求精度高、可靠性强。因此，我们通过采用消化吸收先进技术和自主创新相结合的研发方案，定位研发的可转向铣头摇臂铣床产品以精度高、可靠性强为核心，从技术的各个方面加以保证，并且尽可能多的增加铣床功能，保证了最大范围的产品适应面，以一个崭新的多功能摇臂铣床产品的外貌也现，给市场需求一个足够的信心。

根据这一思路，从机床设计、制造和使用等方面进行综合的考虑，整机的开发主要从以下几个方面入手：

1、着重解决机床刚性问题，设计出具有自主知识产权的双层壁高刚性床身。保证机床有足够的刚性，以保持机床精度持久性，提高了刀具的耐用度，加工出高精度的零件。

2、采用新技术，设计出具有四导轨的工作台纵向进给导引机构，导引面包容导向，使其受力时而产生的变形最小，极大提高了铣床的 3

定位精度，是传统普通铣床精度的三倍。

3、根据所加工条件，确定主轴有级、无级两种变速形式，及转速范围和变速级数，拟定出机床主运动传动结构方案和传动系统图，确定出各传动副的传动比；合理的确定出主轴电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。

4、零部件的通用化：应用现有先进技术，减少开发风险，缩短开发周期，最大限度地考虑机床的系列化和部件的通用化程度；整机应遵循模块化设计原则，从全系列通用的角度考虑将多功能摇臂铣床工作台、床身、导轨鞍座、升降座、伸臂等主要部件分别设计成若干模块，以便用各种不同规格的模块进行组合各种不同品种、规格的产品，满足用户选型的需要。

5、设计手段：遵循模块化设计，采用计算机辅助设计(CAD)和借助有限元分析手段，对机床基础大件设计，如床身、导轨鞍座、升降座、伸臂等进行优化设计，缩短设计周期，节约原材料，提高机床的静动态特性。

（二）、主要性能参数

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研发成功的可转向铣头摇臂铣床产品，其主要性能参数如下：

三、新产品开发的具体内容及创新点

本项目所研发的可转向铣头摇臂铣床产品，是在传统摇臂铣床上进行了多项创新型优化设计，采用了双层壁高刚性机身、具有四导引的导轨鞍座、高刚性网状结构工作台、及双向锁紧的万向头等专利技术，整机具有精度高、刚性好、使用方便、操作简单、生产效率高等

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特点，且价格低廉、性价比适宜，深受用户欢迎。如图1所示，

图1

(一)新产品开发的具体内容

1、方案设计

确定整机规格、技术要求、技术特点、外观设计、技术难点、创新技术、适用范围、功能特点、基本成本，最终确定出所开发的产品达到应有时代特点的技术水平和本公司发展的需要，且功能价格应符合市场的要求。

2、围绕提升产品精度问题的研究

通过对铣床的零件加工装配工艺、导轨鞍座导引形式、传动形式、主要基础件的结构形式及应力处理方式等几方面的综合研究，提升本产品的几何精度、定位精度和加工精度。

3、满足产品多功能的设计研究

通过模块化设计，使我们研发的可转向铣头摇臂铣床产品，其主轴变速分为有级、无级两种；可配R8和NT30两种不同的主轴型式；工作台具有不同规格尺寸；纵向进给还可以手动或自动等，通过不同模块的组合，可装配成多种不同配臵的机型供客户选择。

另一方面，本产品铣头能左右回转±90°，前后回转±45

°，滑 6

枕不仅能前后伸缩，并可在水平内作360°回转，极大提高了铣床的有效工作范围。产品的加工特性范围广，可以用来铣削平面、任意角度斜面、沟槽，还可以用来钻、铰、镗任意角度的孔。

（二）新产品创新点

1、双层壁高刚性机身结构设计技术

本产品多功能摇臂铣床工作时，其最大受力处在于机身立柱上，和传统铣床所不同的是，我们把机身的内侧壁设计为双层结构，该双层壁形成了中空腔体，且在该中空腔体内分别设有相互交错的一组横向及一组纵向筋板将两层壁连成网格状中空结构，这样大大增加了机身的刚性和强度，使机床的稳定性增加，延长机床的使用寿命，并且也提高了零件的加工精度。同时它又对抑制共振,降低噪声起了很大作用，其整机噪声≤76dB（A）。结构如图2所示。

图2

（2）高刚性网状工作台结构设计技术

在工作台的内腔由一组横向筋板及一组纵向筋板隔成交错的网格状结构，形成中空网状结构。这样在铸造时，其壁厚均匀，降低了

铸造时的不良缺陷，提高了铸件的合格率，节约了原材料，热处理加 7

工后的变形量也小；并且其刚度、强度好，重量轻，运动阻力小。当工作台移到一边，变成悬臂梁时，因为轻且刚性高，机床运动平稳，从而可提高了工作台的运动精度。如图3所示。

图3

（3）四导引的导轨鞍座结构设计技术

和传统铣床不同的是，本系列产品在工作台的鞍座和升降座上的相应位臵上分别平行设计了四条燕尾形的导槽和导轨，导槽和导轨间采用间隙配合的导引结构。通过采用四导引机构避免了定位导引的精度损失，极大提高了工作台的定位精度；由于工作时受力均匀，也提高了机床的使用寿命。如图4所示。

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图4

（4）双向锁紧的万向头结构设计技术

为了使铣床万向头与机座可靠连接，又要能在保证其回转精度情况下灵活转向。在万向头上开设一环形槽，槽的两侧各开设三个螺栓通孔；在机座上设臵一U型伸出臂，伸出臂的内侧面与万向头两侧分别紧固连接。该结构比一般传统式单向锁紧方式更牢固、更精密，锁紧力是传统方式的两倍。如图5所示。

图5

四、新产品试制情况及解决的工艺技术问题

(一)新产品研制情况

本产品可转向铣头摇臂铣床研制起于20xx年6月，至20xx年8月试产成功。研制过程历经市场调研、决策、产品设计、样机试制、用户试用、改进设计、小批量试产、制定企业标准等研发阶段过程。

1、市场调研、决策阶段：

搜集国内外有关摇臂铣床的市场需求信息，分析国内摇臂铣床的生产现状，调查当前相关行业使用铣床产品的用途及生产工艺，对本项目产品的研制进行论证和决策。

2、产品设计、工艺文件编制阶段：

绘制样机总图、装配图、零件图、电气线路图、润滑系统图等技术文件；编制生产工艺技术文件资料，形成样机试制的指导性文件。并准备好各种工装夹具和检测仪器等必要的设备；

完成标准件的采购 9

及零件的加工工作。

3、样机试制、试用及改进设计阶段：

按照设计图样和生产工艺技术文件的要求，进入样机试制。经试制成功的样机进行整机进行试验，达到设计目标要求后，经用户试用，对不足之处进行改进。

4、小批量试产试销阶段：

根据定型的样机，进行小批量试产试销，进一步完善JF系列多功能摇臂铣床的设计指标，提高运行效率，达到高效、高精度的要求。

5、制定产品标准阶段：

编制Q/ZZYF 002-2011《可转向铣头摇臂铣床》企业产品标准，并完成企业产品标准备案。

（二）新产品解决的工艺技术问题

1、工艺技术路线：

生产工艺方案制定→ 生产工艺卡片制定→ 标准件、材料选购→ 质量检测→ 零部件加工→ 质量检测→ 部件组装→ 产品总装→ 产品空运行试验→ 产品最终检验→ 合格出厂

2、主要解决的工艺技术问题

“设计”是产品可靠性的基础，“制造”是实现产品可靠性的保障。所以控制每一个过程环节，提高制造工艺水平，是保证机床精度的关键。为了提高零部件的加工质量，我们对关键的零部件的加工艺进行攻关，将设计基准、工艺基准、装配基准统一考虑，以达到图纸设计要求。设计出万向头工装、伸出臂铣齿工装、圆盘工装、机身加工工装、升降座加工工装等十几个工装，提高了零件的加工精度和加工效率。

（1）升降座的加工夹具设计

升降座是在机座导轨上工作的运动部件，其与机座导轨的配合接触是保证铣床运动精度的根本。我们通过设计一可自动调节定位的升 10

降座夹具工装，一次装夹，可完成五面加工；并且夹具立柱可自动调节，消除了铸件毛坯的误差。不仅提高了加工效率，且加工后，可做到了机座导轨和升降座导轨的优良配合。如图6、7所示。

图6 图7

(2)立铣头的加工夹具设计

立铣头是铣床上用于铣削的功能部件，具有刚性强、精度高的要求。因此我们所设计的铣头的加工夹具机构采用了螺旋夹紧机构和定心夹紧机构相组合的方式，保证定位准确可靠，又有足够的强度和刚度，同时还操作省力、方便、迅速。如图8、9所示。

图8 图9

五、新产品标准在生产工艺中的布局情况及出厂检测的标准化控制情况

（一）新产品标准在生产工艺中的布局情况

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本产品执行的标准是：Q/ZZYF 002-2011《可转向铣头摇臂铣床》，主要参照JB/T 3697.2-2006《摇臂铣床 第2部分：技术条件》并结合本公司的产品实际情况制定的标准,作为今后企业组织生产、检验和交货的依据。公司制定的企业标准对产品的批量生产有坚实的质量保证，并对产品的计量工作及生产加工艺做了整改。具体措施如下：

1、全面贯彻实施ISO9001：2000《质量管理体系要求》。

2、对公司质检部门进行技术培训，并配臵必要的量具、检具，保证了标准所要求的精度都能够准确达到。

3、对零件的加工工艺进行认真编制，对每道工序进行严格把关，配套设计、制造了大量的工装夹具，保证了各项标准的准确实施。

4、对产品的装配进行逐项检验，保证产品各个项目都达到标准的质量要求。

通过对公司管理的全面整顿，以及对实施标准的贯彻落实，公司在生产管理和技术管理上更加成熟。在技术文件方面，可以统一、正确指导生产，在工艺、工装方面配套完整，完全可以进行批量生产。

（二）出厂检测的标准化控制情况

Q/ZZYF 002-2011《可转向铣头摇臂铣床》企业产品标准中明确规定产品的技术参数指标，还明确规定检验分出厂检验和型式检验。出厂检验是依照标准规定的检验项目，按照对应的试验方法要求，进行出厂项目检验，经检验合格签发产品合格证后方可出厂。型式试验在生产批量中随机抽取一台，按本标准的全部要求项目进行检验。经检验发现有不合格项目时，允许返修，重新提交检验，检验合格，则判定本产品为合格；检验时如有不合格项目，允许抽取加倍数量产品，对不合格项目进行复检，如检验合格，则判该产品合格；如仍有不合格，则判该产品不合格。

有以下情况之一时，应进行型式检验：

a） 产品的设计、材料、工艺有较大变更可能影响产品性 12

能时；

b） 停产一年以上，恢复生产；

c） 正常批量生产，二年进行一次。

六、国内外同类产品研制生产情况

铣削技术现已进入平稳、成熟化、精细化、实用化的阶段。铣床生产效率较高，已是一种用途广泛的机床。摇臂铣床也是目前应用最为广泛的一种铣床，在机床市场上占有一定的份额。随着制造业不断的发展与进步，摇臂铣床的发展也面临巨大机遇和挑战。市场上需要那种具有结构紧凑、传动平稳可靠、通用性能好，并能进行精密加工的多功能摇臂铣床。

随着数控技术的发展，国内多个老牌的机床企业已经把有限的产能放在数控机床上，把相对薄利普通铣床的生产交给了小型企业。目前国内生产摇臂铣床的有滕州市华泰机床有限公司主营立式升降台铣床等产品，其切削力强，可用于机械零件及五金加工，适用范围广。黄山皖南机床有限公司万能升降台铣床产品，具有操作方便、加工效率高等特点。山东鲁南机床有限公司生产的升降台铣床产品具有制动安全可靠、输出扭矩大等特点。在国外，主要是靠我国出口这种多功能摇臂铣床产品。

普通铣床产品的需求缺口还是很大，其行业利润也不低。我公司已在多功能摇臂铣床上开展了多年的研究，机床的设计理念已达到国内领先水平，不断对其结构性能进行优化设计，从理论上、实践上对本产品的总体布局和关键结构进行分析计算及验证，因此本系列产品具有较广泛的工艺性能，确保机床有高的加工精度和长期的精度保持 13

性，让市场对其的质量品质充满信心。

七、国内外主要同类产品技术性能指标对比分析表

本项目产品可转向铣头摇臂铣床，在参数结构、技术性能、几何精度等技术指标上，从设计初始就瞄准了国内外同类产品的最高水平。目前国内生产摇臂铣床的有滕州市华泰机床有限公司、黄山皖南机床有限公司、山东鲁南机床有限公司、永裕昌(莆田)机械制造有限公司等。为了分析评价我公司多功能摇臂铣床的技术水平，我们收集了国内主要铣床制造厂的同类产品性能指标和技术参数进行比较。以下是本项目产品与黄山皖南机床有限公司的X6130C和山东鲁南机床有限公司的X6332B主要技术指标的比较：

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八、国内外主要同类产品技术对比分析结论及本项目产品技术水平评价（结合查新报告阐述）

通过以上比较可以看出，本项目产品的主要技术指标都优于国内同类产品，并且采用了公司的专利技术，使本产品的主要工作精度：升降座上下移动与工作台垂直度、工作台面对摇臂移动的平行度等不仅高于国内同类产品，也高于国家标准的规定。

根据科技查新报告、产品检验报告、用户使用质量情况报告及国内外同类产品综合对比分析，国内摇臂铣床生产企业的同类型产品与本产品的主要技术性能有一定的差距。

查新报告显示：综合分析检索到的相关文献，并与本委托项目的查新点进行对比分析得出以下结论：

检索的文献中有见涉及高刚性机身结构技术的报道，如文献2、3和文献18～20介绍了铣床床身使用双层壁和网状的加强筋的设计技术，但这些文献中未见有对抑制共振,降低噪声，整机噪声≤76dB

（A）的实施效果介绍；有见涉及铣头回转技术的报道，如文献8、9和文献21～23，但未见铣头能左右回转±90°，前后回转±45°的详细描述；检索的文献中均未见有四导引的导轨鞍座结构设计技术的报道。

综上所述，未发现有相关产品或技术报道同时涉及本委托项目3个查新点[1. 双层壁高刚性机身结构技术，既增加了机床的稳定性，又对抑制共振,降低噪声起了很大作用，其整机噪声≤76dB（A）；2. 四导引的导轨鞍座结构设计技术，极大提高了工作台的定位精度。工作台横向移动对工作台纵向移动的垂直度为0.015/300；工作台面对床身垂直导轨面的垂直度在横向、纵向平面内都为0.02/300； 3. 铣头摆动机构能进行精密回转，并且转向灵活可靠，铣头能左右回转± 15

90°，前后回转±45°。]特征。

九、新产品经济、社会效益分析及市场前景预测 (一)新产品经济分析

本项目可转向铣头摇臂铣床虽是普通机床产品，但也有较高的利润。根据产品试销的实际物耗、能耗、工资及附加费、车间费用、设备折旧、销售、财务、管理等项目支出，按照会计制度核算出其单位成本如下：

本项目研制成功后，每年可销售JF系列多功能摇臂铣床4000 台，产品年销售收入可达到9000万元，上缴税收可达到200万元，可获净利润1280万元，具有显著的经济效益。本产品具有较好的性价比，并已打入国际市场，出口创汇，增加国家的外汇收入。

（二）社会效益分析

通过本项目产品的研制，提高了我国通用机床制造业的技术创新水平，可广泛应用到工程机械、模具行业、农业机械、五金加工等行业中；另一方面，又可促进我省铸造冶金行业、电子行业、机械加工制造业及交通运输等产业链互动稳定发展。在产品的研制过程中，还培养和造就了一大批从事机床制造业的科技、管理、技术工人等人才；同时公司也新增生产车间，并扩招了近百个就业岗位，极大提高了企业的整体水平。

（三）市场前景预测

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机床是工业发展的基础和原动力，几乎所有的工业产品都直接或间接与机床有关。随着我国国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行业对机床的需求越来越大，技术要求也越来越高，促进了我国机床工业迅速发展。

在单件及小批量生产中，普通铣床的生产效率更高，极其适用于大量的发展中企业。据统计，目前国内普通铣床的年需求量在20万台以上，供应缺口在5万台以上。普通铣床供应缺口的原因是，普通铣床的制造比数控铣床更复杂、利润更低、投入更大。所以现在国内各主要机床企业都在优先生产数控铣床，其普通机床产品生产数量及品质在下降，品牌度受到了一定的影响。

基于上述因素，我们研发的具有自主知识产权的多功能摇臂铣床，其良好的性价比及优良的技术性能，将会在机械加工市场上形成一个新的销售热点，尤其是可不断扩大国际市场的占有率。本产品的推广应用，对促进我国通用机床行业的技术进步，促进海峡西岸经济区建设会起积极的作用，也具有较显著的经济和社会效益。 17