一種螺旋銑孔裝置的機械機構(gòu)設(shè)計-開題報告

南京工程學院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目 :一種螺旋銑孔裝置的機械機 構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D 機加工 123 學 號： 231120510 學生姓名： 陳志斌 指導教師： 劉桂芝、卞榮 2016 年 03 月 11 日 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 學 生姓名 陳志斌 學 號 231120510 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師姓名 劉桂芝、卞榮 職 稱 教授級高工 /講師 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 D 自擬課題 課題性質(zhì) A 工程設(shè)計 課題名稱 一種螺旋銑孔裝置的機械機構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義 采用 類比法、綜合分析法以及查閱文獻等 ，進行 螺旋銑孔裝置的機械機構(gòu)設(shè)計 的設(shè)計， 使其各個單元的精度、剛度、力學性能以及運動性能達到要求 。 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1. 理論、計算 a) 理解螺旋銑孔工藝以及各參數(shù)意義 b) 根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析計算最大加工孔徑 2. 機械制圖 a)圖紙清晰，布局合理，符合設(shè)計標準，無重大錯誤； b) 制試驗機裝配圖 0 號圖 1 張 c) 繪制其它典型零件 紙，合 0 號圖 3. 翻譯有關(guān)外文資料 a) 文章大意、作者觀點基本正確，無重大語病 b) 專業(yè)術(shù)語翻譯正確 4. 按要求撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 本課題研究的意義： 大量的復合材料和鈦合金在航空航天制造領(lǐng)域 應(yīng)用日益廣泛，對復合材料和鈦合金制孔設(shè)備的需求也愈加強烈。螺旋銑孔設(shè)備與原有的鉆孔技術(shù)相比：便于實現(xiàn)自動化控制；單一直徑的刀具可以加工出一系列不同直徑的孔，減少工廠刀具庫存種類；刀具壽命顯著提高，減少刀具庫存數(shù)量降低成本；制孔效率高，縮短飛機裝配制造周期等優(yōu)點 。螺旋銑孔技術(shù)因其在制孔方面的優(yōu)勢及在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景，必將在今后的工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛重視。 文獻綜述 作為一種新型孔加工方式，螺旋銑 孔技術(shù)具有切削過程平穩(wěn)、刀具承受切削力小和一次加工即可滿足精度要求的優(yōu)點。該技術(shù)已成為國內(nèi)外材料加工研究的熱點和難點之一 1 。主要應(yīng)用于飛機受力部件的孔加工，以及高硬度材料的孔加工等方面。 為了降低飛機自重，提高結(jié)構(gòu)強度，一些大型復雜結(jié)構(gòu)零件都采用新型合成復合材料，一些主承力結(jié)構(gòu)件以及機翼普遍都采用新型輕型材料，大量零部件都需要進行裝配， 通常需要對飛機機翼和一些主承力結(jié)構(gòu)件加工成千上萬個孔，以便進行裝配，并且要求航空裝配孔實現(xiàn)高 效、高精度和高質(zhì)量的加工；但是，由于傳統(tǒng)鉆削加工的一些特點，如半封閉式加工、切削力大和工件表面質(zhì)量難以控制等，限制了鉆削加工在高硬度材料和航空材料上的作為 2 。螺旋銑孔工藝的“以銑代鉆”完全彌補了傳統(tǒng)鉆孔加工的不足，不僅在高硬度材料的孔加工中體現(xiàn)了其優(yōu)勢，而且在航空難加工材料鈦合金和碳纖維增強復合材料 (孔加工中也體現(xiàn)了其優(yōu)勢 3 。 國內(nèi)外已經(jīng)有一些學者進行了螺旋銑學動力學的研究和探索，其中 i 4從不同材料的傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工質(zhì)量上進行對比，進行了螺旋銑孔加工動力學研究，并針對于新型材料鈦合金，鋁合金， 材料的螺旋銑孔刀具提出了一些解決方案； 過在航空制造業(yè)領(lǐng)域以螺旋銑削進行了對比，分析了螺旋銑孔在加工效率和孔質(zhì)量方面的優(yōu)勢，并研究了螺旋銑孔便攜式裝置的性能和 發(fā)展 。 以及述了螺 旋銑孔技術(shù)在復合材料銑孔中的優(yōu)勢，并根據(jù)螺旋銑孔技術(shù)銑削力低，加工質(zhì)量好的優(yōu)點，預(yù)測了其在航空領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用前景 。 5 等人研究了某些特殊材料螺旋銑孔力，以及加工質(zhì)量，證明了螺旋銑孔方式的優(yōu)越性。 司已經(jīng)成功研制出螺旋銑孔的專用設(shè)備，并在空客與波音飛機裝配中得到應(yīng)用?？湛凸疽呀?jīng)在飛機的研制上應(yīng)用螺旋銑孔技術(shù)，由于螺旋銑孔是在一個工序內(nèi)完成對不同孔的加工， 司的研究表明，這項技術(shù)的應(yīng)用相對 于傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)縮短了 50的時間，通過拆卸來消除毛刺的工藝被徹底消除了 6 ，大大提高了加工效率。 國外在這一領(lǐng)域?qū)ξ覈鴮嵭辛思夹g(shù)封鎖，導致我國目前飛機裝配過程中的制孔還處在手動鉆孔狀態(tài)，嚴重影響了我國飛機的研制進度。為此，國內(nèi)多家單位已開始著手螺旋銑 孔 裝置的研制 。 國內(nèi)多家單位已開始著手螺旋銑 孔 裝置的研制?；傻热?87 基于螺旋銑孔切削規(guī)律和運動 特性，設(shè)計了一款包括自轉(zhuǎn)機構(gòu)、公轉(zhuǎn)機構(gòu)以及徑向偏移機構(gòu)的虛擬樣機，并對其進行了虛擬裝配和有限元分析。單以才等人 9 通過對螺旋銑 孔 運動進行功能分解，對螺旋銑孔單元進行了模塊化設(shè)計，確定了偏心調(diào)節(jié)模塊的傳動方案，設(shè)計了銑刀結(jié)構(gòu)與裝夾方式，并針對螺旋銑 孔 單元樣機進行了切削試驗。王紅嵩等人 10設(shè)計了一款螺旋銑 孔 虛擬樣機，并研究了螺旋銑孔自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和軸向進給 3 個運動單元之間的關(guān)系。 目前，我國已成為世界飛機零部件的重要生產(chǎn)國，波音、麥道、空客等世界著名飛機制造公司都在我國生產(chǎn)從尾翼、機身、艙門到發(fā)動機等各種零部件，這些飛機零部件 文獻綜述 的加工生產(chǎn)必須采用先進的加工裝備和加工工藝。與此同時，大量高速、高效、柔性 、 復合、環(huán)保的國外切 削加 工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使切削加工技術(shù)發(fā)生了根本性的變化 。為了降低研制周期和降低生產(chǎn)成本，深入研究了螺旋銑孔的優(yōu)勢。空客公司幾年前與司 合 作啟動一項發(fā)展輕 型便攜式的螺旋銑孔裝置的研究，應(yīng)用于法國、德國的空客飛機裝配生產(chǎn)車間中，最近又推出 了 型便攜式的螺旋銑孔裝置。 空客已經(jīng)將該項技術(shù)應(yīng)用到了裝配生產(chǎn)線上，驗證了該項技術(shù)的生產(chǎn)能力。各公司效仿， 部署這項技術(shù)的研發(fā)工作，鑒于螺旋銑孔技術(shù)在航空飛機上打孔的優(yōu)勢，其他傳統(tǒng)的鉆孔工藝慢慢將會減少 11 ，逐漸將會被先進的銑孔工藝所代替。 在機械 工業(yè) 產(chǎn)品更新?lián)Q代，日益發(fā)展的過程中特別針對高新技術(shù)密集的航空 、 模具行業(yè)，對上 述要求將會愈加明顯與迫切。螺旋銑孔提高了打孔工藝的效率，產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)收益率。這種技術(shù)采用全新的，先進的工藝，在新型材料上也能取得非常高的孔質(zhì)量，如碳化纖維和鈦合金等，為促進企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品提供了保證，螺旋銑孔只需要一把刀具就可以加工不同直徑高質(zhì)量的孔，減少了換刀時間，不需要再進行精加工，這樣大大提高了效率。螺旋銑 孔 技術(shù)極大的提高了制造企業(yè)的效率，產(chǎn)品質(zhì)量，并節(jié)約了 加工 成本 11 。 螺旋銑孔 與傳統(tǒng)的鉆削加工相比，螺旋銑孔采用了完全 不同的加工方式。螺旋銑孔過程由主軸的“自轉(zhuǎn)”和主軸繞孔中心的“公轉(zhuǎn)” 2 個運動復合而成，這種特殊的運動方式?jīng)Q定了螺旋銑孔的優(yōu)勢。首先，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與所加工孔的中心重合，屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣，這突破了傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)中一把刀具加工同一直徑孔的限制，實現(xiàn)了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率，同時也大大減少了存刀數(shù)量和種類，降低了加工成本。其次，螺旋銑孔過程是斷續(xù)銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風險。更重要的是， 與傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進，整個銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實現(xiàn)冷卻，是一個綠色環(huán)保的過程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出，排屑方式不再是影響孔質(zhì)量的主要因素 6。 螺旋銑孔技術(shù)是一種全新的孔加工方法，它與傳統(tǒng)的鉆孔加工有著本質(zhì)上的區(qū)別 其與傳統(tǒng)鉆孔工藝的主要區(qū)別體現(xiàn)在： 1)提高 制孔 效率，降低生產(chǎn)成本，便于實現(xiàn)自動化 不同于鉆削加工工藝，螺旋銑孔工藝可采用較小直徑的刀具加工較大直徑的 孔 ，能做到用單一刀具加工出不同直徑的孔和復雜的臺階孔，并可根據(jù)實 際情況對孔徑實施實時補償，尤其適合在疊層材料上制孔瞪。因此，采用螺旋銑孔工藝，不僅可以減少換刀次數(shù)，節(jié)省生產(chǎn)準備時間，提高加工效率，而且還可以減少企業(yè)的刀具庫存，降低生產(chǎn)成本。2)延長刀具壽命 難加工材料鉆孔時，由于其強度高、熱傳導低，導致散熱效果較差 ，刀具磨損嚴重，容易發(fā)生粘刀甚至燒刀現(xiàn)象，即使使用金剛石涂層刀具，效果也不理想。 文獻綜述 螺旋銑孔是斷續(xù)切削，不僅排屑容易，而且有利于刀具散熱，可降低刀具因熱量積累而 造成的高溫磨損，提高刀具的使用壽命。更為重要的是，與鉆削相比，螺旋銑孔 在 冷卻 液的使用上有較大改進，整體銑孔過程可采用微量潤滑甚至空冷方式來 實現(xiàn) 冷卻，是一種綠色加工工藝。 3)提高零件表面加工質(zhì)量 螺旋銑孔的加工機理完全不同于傳統(tǒng)鉆削。螺旋銑孔的軸向力遠遠小于傳統(tǒng)鉆孔，這使得制孔具有良好的出 口 質(zhì)量，尤其對于加工層間強度較低的碳纖維復合材料。螺旋銑孔所用刀具直徑比所加工孔小，排屑容易，能有效防止切削對已加工表面的損傷，可提高制孔質(zhì)量 12 。 4）促進了新材料的應(yīng)用推廣 鈦合金，復合材料等新材料由于其自身的 高強度，耐腐蝕等優(yōu)勢，備受航空航天領(lǐng)域的親睞，但是，傳統(tǒng)的鉆孔工藝已無法滿足這些材料的要求，從而很大程度上限制了這些材料的應(yīng)用 。 螺旋銑孔技術(shù)的出現(xiàn)，很好的解決了這一問題，螺旋銑孔產(chǎn)生的銑削力較小，加工新興的高強度材料的功耗降低，加工質(zhì)量提高，這就為新材料的廣泛推廣打下了堅實的工藝基礎(chǔ)。 本文通過對國內(nèi)外現(xiàn)狀的概述以及 通過比較傳統(tǒng)鉆孔與螺旋銑孔加工工藝的特點 ，了解到螺旋銑孔在未來切削加工中的重要性。并且 鑒于螺旋銑孔技術(shù)的優(yōu)勢，特別是航空和模具行業(yè)中的許多企業(yè)已開始將它應(yīng)用到生產(chǎn)實際中。隨著這種技術(shù)的推廣和應(yīng)用 ，傳統(tǒng)的鉆 孔 刀具將會慢慢失去其主導地位，而新型銑孔裝置將會越來越多地出現(xiàn)在孔加工過程中。 通過以學的知識對螺旋銑孔裝置的機構(gòu)進行設(shè)計與研究，使其達到應(yīng)有的精度和運動要求。 參考文獻： 1. 趙炳楨 . 切削技術(shù)的進步與制造業(yè)的發(fā)展 J. 航空制造機械， 2004， (8)： 3841 2. 曹增強應(yīng)對我國大飛機研制的裝配連接技術(shù) J航空制造技術(shù)， 2009(2)： 88 3. 朱春燕，蔣紅宇，張烘洲飛機裝配銑削制孔和鉆孔技術(shù)對比分析 京航空航天大學學報， 2012， 44： 37 41 4. i. . 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