基于數控加工中心的LOM快速成型裝置設計開題報告

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大 學畢業(yè)設計開題報告學 生 姓 名： 學 號：學 院 、 系 ： 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化設 計 題 目 ： 基于數控加工中心的 LOM 快速成型裝置數字樣機設計（機械結構設計）指 導 教 師 : 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告1．結合畢業(yè)設計情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1、本課題的研究背景及提出1.1 研究背景隨著全球市場一體化的形成,制造業(yè)的競爭愈演愈烈,產品更新換代加速,迫切需要采用先進的創(chuàng)新手段。用傳統(tǒng)的方法制造物理原型時,通常需要使用多種機床設備和模具,既費時又費錢,快速成型(RP)技術的出現,可以在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下,實現任意復雜形狀的新產品樣件的快速制造 [1]，快速成形技術是在 80 年代后期率先由美國完成研究、開發(fā)及商品化的一種先進制造技術 [2]，它綜合了各個學科之間的卡日互聯系，是一種極具生命力的新領域，由于快速成形技術自身的特點使其成為制造業(yè)中新的經濟增長點 [3]。 在功能零件快速制造的研究領域，村上(日本)將熱塑性樹脂、導電材料和金屬陶瓷粉末混和在一起，利用 FDM(fused deposition method)快速制造高強度可導電的復合樹脂模型，Li X C(美國)在 FDM 造型中埋入傳感器制造特定功能零件，Nam S w(美國)等用 PDM(plasma deposition method)方法制造陶瓷微型渦輪機零件，Link G(美國)通過激光堆積快速制造碳鋼零件。這些研究所用的方法各有長短但都是堆積成型，不可避免地存在側表面階梯效應，致使精度低，表面質量差，由于精度不夠造成對后處理的依賴性，也降低了制造過程的柔性，同時由于成型工藝的限制也普遍存在強度偏低無法滿足功能零件要求的問題。LOM 系統(tǒng)作為比較流行的 RP 系統(tǒng)之一有其獨特的優(yōu)點,其應用領域和應用途徑日益廣泛,必將給制造業(yè)帶來巨大的效益,但是現階段用金屬板材作造型材料的 LOM 在技術上尚存在許多應解決的課題,如分層材料的堆積成形精度問題,金屬板材的連接問題等[4]。1.2 課題的提出 針對直接利用金屬板材作造型材料分層實體制造金屬功能零件所存在的問題，我們提出一條新的 LOM 技術途徑 [4],用現有的加工中心切割層片輪廓代替快速成型機的激光切割功能，降低了開發(fā)成本和開發(fā)技術難度 [5]。為適應利用一系列專用角度銑刀進行加工的需要，我們利用具有刀庫和換刀功能的加工中心來完成任務。2、本課題國內外研究現狀快速成型與制造技術(Rapid protoyping／manufacturing，簡稱 RP／M)經過 10 多年的研究和開發(fā)，取得了很大的成就，推出了系列商用 RP／M 系統(tǒng)。但現有 RP／M 技術主要以樹脂、塑料、紙張等作造型材料，僅適合制造原型零件或功能原型零件，尚不能直接快速制造具有實際功能的機械零件。為此，功能零件的快速制造成為目前 RP領域的研究熱點之一 [6]。2.1 國內外的快速成型方法目前,比較成熟的快速成型工藝方法已達十余種,得到廣泛應用的主要有如下幾種:光敏樹脂固化實體制造(SLA) [7]、分層實體制造技術 ( LOM )[8]、激光選區(qū)燒結技術 (SLS)[9]、熔融沉積技術 ( FDM )等快速成型技術。其中,由于 LOM 技術的制造原型精度高,成型件質量高、成本低的特點,特別適合于中、大型制件的快速成型 [10]。LOM 分層實體制造，其中的成形材料為一面涂有熱溶膠的薄型材料(如紙、金屬薄帶等)，先通過熱壓板(或輥)將層間粘緊，再由 1 二控機控制激光器對薄材進行輪廓的切割，將多余的材料部分切成具有一定間隔的網格，以便于后處理階段從原型交體中分離；然后，再在其上加上新的一層薄材，熱壓、切割，層層疊加至到完成整個原型文體的制造。Obikawa 用 0.2mm 厚、兩面涂覆低熔點合金的薄鋼板作造型材料，采用 LOM 方法快速制造金屬零件 [11]；山崎則用 0.5 mm 厚的薄鋼板作造型材料快速制造車體模具 [12]。2.2 現代快速成型存在的問題但是現階段用金屬板材作造型材料的 LOM 在技術上尚存在許多應解決的課題。1)分層材料的堆積成形精度問題，顯然，分層板厚度越薄，成形精度越高?，F有商用化的 LOM 技術，一般以紙張、樹脂板等作造型材料，其分層板厚度僅為 0.05 mm～0.10mm．而用金屬板材作造型材料時，從造型強度與效率考慮，現有分層板厚度為 0.2 mm～0.5 mm，直接采用現有 LOM 方法，則造型精度差。2)金屬板材的連接問題，現有低熔點合金粘接法 [13]、螺栓緊固加電弧焊接法 [14]，以及熱擴散焊接等工藝方法 [15]，在金屬板材的連接工藝上雖然各有長短但均未獲得滿意的效果。3、 本課題的研究意義在制造業(yè)競爭日趨激烈，產品更新換代的速度逐漸加快的今天，企業(yè)要想在激烈的競爭中立于不敗之地，必須根據市場需求更快、更好地生產出市場所需的新產品，并且能夠根據市場的變化迅速地作出調整，以期達到產品的最大經濟效益和社會效益，并使企業(yè)始終處于同行業(yè)之前列。在這種形勢下，如何縮短產品的開發(fā)周期，降低產品的開發(fā)成本，已成為企業(yè)發(fā)展所要解決的首要問題。產品開發(fā)能力的強弱直接關系到一個企業(yè)在市場上的競爭力，關系到一個企業(yè)的生命 ，用傳統(tǒng)的制造方法和手段，設計周期長，制造成本高，很難滿足瞬息萬變的市場發(fā)展，必將在競爭中處于劣勢。由于快速成形技術在產品研制、開發(fā)中所特有的先進性，獨特性，因此廣泛應用于制造業(yè)中的各個領域 [15]。這種基于數控機床的快速成型工藝國內外還未見過，分析表明，以現有的數控設備為依托，只要發(fā)揮中小企業(yè)的技術人員的潛力，開發(fā)必要的軟件是完全有可能在機床上實現金屬零件的分層制造，為我國的制造業(yè)服務，加快 RP 技術的推廣,而 LOM 系統(tǒng)作為比較流行的 RP 系統(tǒng)之一有其獨特的優(yōu)點,其應用領域和應用途徑日益廣泛,必將給制造業(yè)帶來巨大的效益。參考文獻：[1] 黎明,雷源忠.現代制造科學展望 [ J].中國機械工程, 2000(11).[2] 馮金玲、譚鎖奎 快速成型技術及其在鑄造中的應用與發(fā)展[J]汽車工藝與 材料，1988 （2）[3] 劉力松、檀潤華、孫建忠、韓煒，快速成形發(fā)展原理及在產品開發(fā)中的應用 河北工業(yè)大學學報 2002[4] 張吉堂.沈興全.王愛玲.經濟型快速成形系統(tǒng)研究 -中國機械工程期刊論文期刊論文 1999,10(11)[5] 陸春月 經濟型金屬功能零件綜合優(yōu)化切片軟件研究及專用刀具設計 2005[6] 邊秋梅、張玉斌、鄭鴻飛、張吉堂，基于數控機床分層快速成型金屬零件的關鍵技術研究. 太原師范學院學報 2004（1）[7] 譚永生 FDM 快速成型技術及應用[J]航空制造技術，2000(1)[8] 芶吉化.彭穎紅.阮雪榆 快速成形技術及其工藝分析[期刊論文]-機械科學與技術 2001(01)[9] 王運韉 快速成形技術與 ZIPPY 快速成形系統(tǒng)[J]．機械電子．1997(6)：43[10] 張健,芮延年,陳潔. 基于 LOM 的快速成型及其在產品開發(fā)中的應用 蘇州大學學報 2008[11] Obikawa T Rapid manufacturing system by sheet steel lamination. Proceedings of 14th International Conference on Computer Aided Production Engineering 1998[12] 山崎久男 積屑金型の金型の大物自動卓部品への用 2000(07)[13] Chilgs THC,Justern Plinear and geometric accuracy form layer manufacturing[J] Annals of the CIRP，1994[14] 易樹平。熊世權．金屬零件分層快速制造關鍵技術研究[J]．機械工程學報， 2002[15] 顏士偉.快速成型技術發(fā)展狀況及展望 [ J].汽車制造與裝備, 2005(4)畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1、需要解決的問題1) 以用戶現有的具有 2.5 軸以上聯動功能的 CNC 數控機床為基礎，以高檔微機和三維 CAD 造型軟件作造型設計模塊，只配置切片處理模塊和快速成型裝置模塊中的必要部件來完成產品成型過程的快速成型系統(tǒng)。2) 原材料存儲及送進機構、熱壓機構、專用刀具切割機構等結構的專門研究設計。2、擬采用的研究手段1）原材料存儲及送進機構 由一個步進電機、一個儲料軸和兩個螺旋錐套、兩個導向桿、一個余料軸和套筒、四個軸承座以及所必須的相應的支撐、軸承 和螺栓等組成。2) 熱壓機構一種方案：運用熱壓輥 主要由橡膠滾子，加熱鋁筒，熱水器等組成。另一種方案：運用熱壓板 由整塊熱扎鋼板制成中間有蒸汽通道 可以通 過熱壓蒸汽或熱壓油來進行加熱。兩種方案進行相比較，其中熱壓輥壓力均勻但效率低，而壓力板效率高但壓力不均勻。熱壓機構在這里是作為一個特殊的刀具放在刀具庫中的，刀具在刀庫中的位置應與用來切割涂覆紙的刀具在刀庫中的位置是相鄰的，這樣放置的目的是使在換刀的過程中刀庫轉過的角度為最小，以節(jié)約加工時間，提高生產效率。3）專用刀具切割機構采用現有的CO 2激光器進行切割。4）切割粘壓工作臺就直接利用原來的加工中心的工作臺。但是大家都知道加工中心的工作臺上開有T 型槽，我們直接利用其來進行切紙工作，T 型槽會帶來一些加工上的不便，我們剛開始先不進行加工，先在工作臺上粘壓一定厚度的紙，因為這種涂覆紙粘壓后的強度很好，相當于木質材料的強度，加之加工時的切削力并不是很大，所以在以后的加工中不會有問題。這樣做會大大降低制造費用。5)總體結構設計 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日