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文檔簡介

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. . An 2 J. 2007, (47): 205210. 6. 秦旭達,陳仕茂,劉偉成,等螺旋銑孔技術(shù)在航空制造裝配業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用 J航空制造技術(shù), 2009(6): 58 60 7. 滑松螺旋銑 孔 虛擬樣機設(shè)計和試驗研究 D天津:天津大學, 2010 8. 王琦螺旋銑 孔 樣機設(shè)計和試驗研究 D天津:天津大學, 2012 9. 單以才,李亮,何寧,等飛機壁板柔性裝配螺旋銑孔單元 的研制 J工具技術(shù),2012, 46(10): 46 文獻綜述 10. 王紅嵩難加工材料的螺旋銑孔技術(shù)研究 連:大連理工大學, 2012 11. 袁智星 . 螺旋銑孔動力學研究 D. 天津:天津大學, 1996. 12. 李忠群 . 螺旋銑孔技術(shù)研究進展 湖南工業(yè)大學學報 2013, 1, 27 卷 第一期 研究內(nèi)容 偏移機構(gòu)是對螺旋銑孔設(shè)備進行機構(gòu)創(chuàng)新的重點。螺旋銑孔設(shè)備的主要特征在于其沿螺旋線走刀和可以進行刀具位置的調(diào)整。 公轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動方式可以創(chuàng)新的利用 普通電機、步進電機或者氣動馬達等; 在完成螺旋銑孔設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計后,只需要按照手冊選擇合適的絲杠和導軌 。 根據(jù)螺旋銑孔的 特征 對機構(gòu)進行創(chuàng)新與設(shè)計,并對主要機構(gòu)如主軸機構(gòu)、偏心機構(gòu),進給機構(gòu)進行研究并對主要零件進行 相關(guān)理論分析、計算 ,以及零件圖與裝配圖的繪制。 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設(shè)計起止日期: 1 周 第 16 周) 第 1 ( 收集資料,學習有關(guān)書籍文獻,了解螺旋銑孔工藝 及其應(yīng) 用 背景,同步進行開題報告撰寫與翻譯工作的進 行 第 3 周 ( 完成開題報告及外文材料翻譯 第 4 周 ( 完成的任務(wù)完成開題報告及外文材料翻譯 第 5 周 ( 完成機構(gòu)草圖設(shè)計以及相關(guān)理論分析、計算 第 6 周 ( 完成裝配圖草圖設(shè)計 第 7 周 ( 進行各零部件設(shè)計,進行機械制圖工作 第 8 ( 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 第 10 (行 零件圖計算機繪圖,同期準備論文的撰寫 第 12 周 ( 完成裝配圖、零件圖的繪制 第 13 周 ( 遞交論文初稿 第 14 周 ( 修改論文并定稿 第 15 周( 論文評審及答辯資格確定 畢業(yè)設(shè)計(論文 ) 答辯 整理資料存 檔 第 16 周( 整理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下: 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,屬于偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不同,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

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