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1、扬州市重大新产品新技术研发项目验收工作总结报告一、项目概述及立项背景1、企业概况国家高新技术企业江苏国力锻压机床有限公司是国内生产折弯机、剪板机、液压机的专业企业，国家火炬计划邗江数控金属板材加工设备产业基地重点企业。公司位于扬州市邗江经济开发区，注册资本850万元，占地301亩，其中厂房面积70000。拥有各类加工设备260台，其中金加工设备160多台，大型数控加工设备20 台套。公司现有正式员工450人，大专以上工程技术人员165人。各类设备260台，其中金加工设备160多台，精大稀设备20 台，产品全面贯彻国家标准、行业标准及相关专业标准。公司主要致力于折弯机、剪板机和液压机的研发、制造
2、和销售。主要产品有WC67Y、QC12Y和YL等十大系列近百种品种的锻压机床。公司产品广泛应用于仪器仪表、家用电器、汽车、计算机、空调制冷设备、纺织机械、交通运输、军工等国民经济诸多行业，产品远销欧美、印度、阿根廷等20多个国家和地区。由于企业走上了科技创新的道路，企业产销规模不断的发展壮大， 2010年年产各类机床4000台套，实现销售收入3.4亿元，预计2011年产销各类机床6000台套，实现销售收入5亿元。公司依托中科院沈阳自动化研究所、东南大学、南京航空航天大学等科研院所的技术支撑，使产品的研发能力和质量控制水平大大提升。目前公司已拥有授权专利50项，其中发明专利3项。多个产品被列为国
3、家级火炬计划项目及国家重点新产品。公司在锻压机床生产领域的综合技术水平已达到国内领先国际先进水平。2、项目立项背景传统的液压机在国内及世界各国广泛而大量用于各类零部件的拉伸成型、压装成型、调弯整形、压印压痕、翻边冲孔及零部件的浅拉伸；金属粉末制品的成型等加工工艺。但由于机床整体的刚度和精度差，自动化控制水平低下，滑块的快下和返程速度慢，液压系统的渗漏油等缺陷，造成机床的使用效率低、不安全。在国外，最近几年，如德国汉诺公司少数厂家推出数控精密高速液压机，但技术保密，进口价格昂贵，高达我公司研制产品的6倍以上 。鉴于此，我公司根据市场需求，在普通液压机研究成果的技术基础上进行攻关，解决相关结构、工
4、艺、速度和油缸及液压系统的渗漏油等技术难题，研制开发了YL34-1000大吨位的数控可编程框架式液压机，其快下速度可达300mm/s，返程速度可达260 mm/s，可大大提高液压机的工作效率；实现工件压制的半自动化生产，有效改善压制精度，明显提高工作效率，其中此机床采用了先进的比例压力控制技术，可实现所需工作压力在显示屏上进行20%-100%的无极调节；机床的保压时间同时可以在触摸屏上实现0-999s的预置；此外机床在设计过程中结合实际的情况，在保证工作速度和工作效率的前提下，减少电机的使用（由5只55KW电机变为3只55KW）减少设计成本和用户的使用成本。不论从技术还是在成本控制上使得机床的
5、综合性能较大提升，并接近世界先进水平，并形成新的自主知识产权。通过技术攻关，将使国内大吨位的数控可编程框架式液压机朝数控精密高速方向发展，以达到当前国外液压机的先进技术水平。3、国内外研究现状和发展趋势及项目研究的目的和意义液压机按照机架结构形式分为梁柱式、组合框架式、整体框架式、单臂式等。按照功能和用途可分为手动液压机，锻造液压机，冲压液压机，一般用途液压机，校正、包装液压机，层压液压机，挤压液压机，冲裁拉伸液压机，压制液压机，打包液压机，专用液压机等10余种类型。液压机有以下几个特点：(1)液压机的动力传动为“柔性”传动，较机械加工复杂的传动系统简单，可避免机器过载的情况。(2)液压机基本
6、的动作方式有3种:单动、双动和三动。但其拉伸过程中只有单一的直线驱动力，使加工系统有较长的使用寿命和高的工件成品率。(3)液压机的功率-质量比比较大，这使得同样功率的控制系统液压系统体积小，重量轻。框架式液压机在大、中、小型企业中有着广泛的应用。它适用于塑性材料的压制、拉伸工艺，也适用于金属零件的冷挤压成形以及粉末制品、塑料制品的成形等。现行框架式液压机几乎都是采用液压系统来实现其功能，其电控系统多为继电器逻辑顺序控制方式，也有部分产品应用较高级的PLC可编程控制方式。以框架式双动拉伸液压机为例，一个工作循环中就有压边滑块下行、拉伸滑块快下、工进、加压、保压、卸压、回程、压边滑块回程、顶出活塞
7、上行、取放工件、顶出活塞退回等十余种工况。又由于多数场合下液压机的工作周期短，动作频繁，在连续生产中继电器控制故障率高，维护和维修工作量大，在一定程度上制约了生产效率和经济效益的提高。目前，国外使用的压力机基本上已数控化，在美国、英国、德国和日本等工业发达国家，数控液压机的应用已进入成熟的阶段。在我国，这方面的研究工作虽然起步不晚，但技术并不先进，远不如国外一些先进的数控系统。近几年来，一些国产数控液压机中，其CNC系统研制的共同特点是引进国外的CNC系统进行适当的改进，系统的结构和功能与从国外引进的CNC系统相似，很大一部分相当于国外八十年代末、九十年代初的技术水平。这样研制CNC系统的优点
8、是开发周期短、见效快，容易达到一定的技术水平，但从长远发展的意义上说却是不可取的。其原因在于:首先这样的开发使国内数控液压机的发展水平总是取决于引进的CNC系统的技术水平，不利于数控系统功能的改进和加强，也不利于机床工作精度的提高，以及不太利于国内数控液压机的发展赶、超世界先进水平；其次是引进的CNC系统使用和维护都不方便，通常是关键的硬件配置必须依靠进口，这样给元件的购置、更换带来麻烦；再就是进口的CNC系统价格一般较高，使开发出的数控液压机总体价格高、性能/价格比低，不符合我国广大中、小企业的要求，不利于数控液压机在国内的广泛的推广应用。目前，国外液压机结构的零部件设计和优化，普遍采用了计
9、算机辅助设计，使图纸的设计精度和设计质量以及效率都有了很大的提高。其设计的图纸和有关参数，可以提供于数控机床和光电跟踪切割机加工零件时使用，大大提高了零件的加工的精度和制造水平，节省了人工放样、加工的工时，消除了手工操作所产生的加工误差。在结构的强度设计方面，也比较普遍地采用大型的结构静动力有限元分析软件，模拟液压机结构的实际受载工况或在实验室中液压机样机强度实验的有关工况，通过计算分析，对整个液压机各部位的结构强度和刚度有了比较精确和全面的了解。国外目前液压机优化设计的侧重点，不是放在液压机的结构优化设计上，而是放在与他们企业的发展相适应、市场相适应的产品功能增加、性能改善和产品质量提高等研
10、究方向上。我国目前包括液压机在内的众多产品设计，仍然是以传统设计为主。虽然这种设计方法经过实践证明具有一定的可靠性，但存在诸多弊端:首先，设计周期长。按照材料力学原理和简化经验公式进行手工计算，再根据计算结果人工布置筋板结构，会耗费大量时间且设计准确性不易保证；其次，结构组件冗余，用材质量大，传统设计在材料使用上偏于保守，致使我们的产品比国外同种规格产品重量大，成本高、效益低，削弱了产品竞争力。4、项目效益分析本项目实施后为钣金制造业和相关行业提供了全新的自动化锻压设备，生产效率高，可实现安全操作，推动相关行业发展，充分满足市场对数控精密液压机的需求，产业化后可新增就业人员50人以上，还可节汇
11、创汇，为用户节省投资（与进口设备相比），项目具有很好的经济和社会效益。项目完成时，可建成一条年产20台YL34-1000框架式单动薄板拉伸液压机的自动化生产线，预计可新增销售收入4500万元，利税850万元。 二、研发内容和取得的成果1、项目主要研究内容研发专用型数控系统结合光栅尺进行设定，行程控制精度高，确保工件的压制精度；开发设计和改进导轨结构，提高导向精度和抗偏载能力；采用独特的油缸与充液阀一体化的充液结构和开有环形泄油槽的缓冲节流阀，并且机床的油缸配置由自动式安全阀（此项技术已经获得国家专利），确保滑块能达300mm/s的高空程速度和快行程中的安全性，极大提高液压机的工作效率，接近世界
12、先进水平，有效解决滑块低速和液压系统受冲击振动的难题；研究开发和应用了新型组合圈O型圈+异型特康环+星型圈，实现了密封件最为理想的性能要求，解决密封件能抗高压防低压渗漏和长寿命的技术难题；将活塞与活塞杆铸成整体，为空心结构，通过采用特殊铸造工艺，使活塞杆杆体导向部分形成冷硬层，无须加工后镀铬和淬火，活塞部及两端较软，并且冷硬部分与软质部分间平滑过渡，减少应力集中，解决了活塞杆抗耐磨，无拉伤的工艺难题 。2、关键技术难题为完成本项目的研究任务，须解决如下的关键技术难题:（1）提高机床的整体结构和高速导轨部件的性能虽然目前我国压力机在许多方面还落后于外国，主要是我国长期以来还停留在材料力学的方法上
13、，将机架简化为杆梁结构，而且许用应力大多来自经验。对机架的有限元分析大多限于静力分析，而从动态方面来研究分析做的很少(由于形成次数低，加工精度要求低)。随着电子技术、计算机技术与机床分析设计技术的结合，强烈要求我们分析设计内容完善化、目标最优化、过程动态化，使液压机加工高速化、加工过程自动化和柔性化。并且具有高可靠性和良好的经济效益。只有这样，才能提高我们的液压机分析设计水平，使我国的液压机性能跨入国际先进行列。鉴于此，我们将利用有限元分析软件，模拟高精度高速液压机的实际受载工况或在实验室中液压机样机强度实验的有关工况，通过计算分析，对整个机架各部位的结构强度进行静态校核，比较精确和全面的了解
14、液压机的强度和刚度情况。又由于对于高速液压机来说，动态响应效果不可忽视，故并在此基础上，对液压机进行动力学分析，其中包括模态振型分析，冲击过程的瞬态动力学分析，找出动态工况下液压机的主要振型，危险区域以及存在问题，在此基础上对其进行结构和形状优化。从而实现的提高液压机的工作吨位和工作、空程速度，并且达到缩短产品开发周期、减少实物样品试验、降低产品重量和制造成本，提高企业效益的目的。利用有限元分析分析软件分析：对液压机机架、导轨和主油缸各种工况下所受的约束和载荷情况进行分析和简化，运用三维设计软件进行参数化建模，建立它们的三维有限元模型。利用有限元软件的分析计算功能对液压机机架、导轨和主油缸的有
15、限元模型进行线性静态求解，得到机架、导轨和主油缸在各工况下的强度和刚度分布情况。对液压机机架、导轨和主油缸进行模态分析，得出其主要振型，为设计选择合理的冲压频率和进一步的动态分析提供依据。对液压机机架、导轨和主油缸模型进行瞬态动力学分析和振动谱分析，用动力学仿真的方法，模拟机架遭受冲头冲击、振动激励的响应情况。根据分析结果选择关键参数为设计变量，根据静态分析和动态分析的结果进行液压机机架、导轨和主油缸的形状尺寸优化设计。从而提高液压机的工作吨位和工作、空程速度；改进导轨结构，提高导向精度和抗偏载能力；改进液压机的主油缸，使得活塞杆和缸筒不致拉毛，降低漏油现象，同时在保证性能需要的前提下降低油缸
16、制造成本。对液压机的滑块导轨系统和主油缸的动静态有限元分析与优化与机架相似。（2）开发和设计新型数控系统，以实现数控系统在液压机上的应用。针对液压机开发一套专门数控系统，在现有液压机主机结构及液压系统基本不变的情况下，将电控部分改用单片机控制系统，自动工作循环及变量泵调速均由单片机硬、软件实现。单片机是整个控制系统的核心，输入信号有操作键盘、位置传感器、压力传感器及工作状态选择开关的信号。输出信号包括主泵电机起动器、电磁阀（组）的控制信号、调节数字泵变量的数字信号及LED和发光二极管组成的工艺图形、电磁阀通断、压力及告警的显示信号。在液压机工作时，单片机根据键盘的指令及位置传感器（接近开关）的信号、压力传感器的信号值，在系统软件的支持下按照工艺要求确定各换向阀电磁铁线圈的通断电动作和控制数字泵变量的脉冲值发送及输出显示，使液压机的压边滑块、拉伸滑块和顶出活塞等按既定的逻辑关系依次动作，并实现速度的变化，达
