[机械设计自动化精品] 基于数控加工中心的LOM快速成型装置数字样机设计（机械结构设计） 任务书与开题报告.doc

毕业设计任务书学 院、系：机械工程与自动化学院 专 业：学 生 姓 名：XXX学 号：设计题目：基于数控加工中心的LOM快速成型装置数字样机设计（机械结构设计）起 迄 日 期: 2011年2月21日 2011年6月20日设计地点:机械工程与自动化学院指 导 教 师: 系 主 任:发任务书日期: 2011年2月21日毕 业 设 计 任 务 书1毕业设计课题的任务和要求：该同学承担“基于数控加工中心的LOM快速成型装置数字样机设计”的任务。设计要求：以MV-610立式加工中心原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构组成经济型分层实体制造 (LOM)快速成型装置。2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：具体工作内容：（1）制定总体改造方案；（2）设计经济型分层实体制造 (LOM)快速成型装置总体装配图；（3）设计原材料存储及送进机构、热压机构部件图；（4）设计重要非标零件；（5）翻译外文资料；系统功能及设计要求经济型分层实体制造 (LOM)系统是指：以用户现有的具有2.5轴以上联动功能的CNC数控机床为基础，以高档微机和三维CAD造型软件作造型设计模块，只配置切片处理模块和快速成型装置模块中的必要部件来完成产品成型过程的快速成型系统。经济型分层实体制造 (LOM)快速成型装置就是上面所说成型装置模块，它包括XYZ运动单元（主轴箱、工作台）、原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等。XYZ运动单元是CNC机床已有的,而原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等等是需要专门研究设计。设计要求以MV-610立式加工中心原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构组成经济型分层实体制造 (LOM)快速成型装置。毕 业 设 计 任 务 书3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等：（1）三维总体装配图 1张（2）二维工程部件装配图 2张（3）零件工程图 3张（4）设计说明书 1份（5）英文翻译资料 1份4毕业设计课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2011年2月21日 3月18 日3月19日 5月31 日6月01日 6月10 日6月 11日 6月20 日撰写开题报告，确定技术方案完成具体设计撰写设计说明书毕业设计答辩学生所在系审查意见：系主任： 年 月 日 毕业设计开题报告学 生 姓 名：XXX学 号： 学 院、系：机械工程与自动化学院专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：基于数控加工中心的LOM快速成型装置数字样机设计（机械结构设计）指导教师: XXX 2011年 3 月 12 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1、本课题的研究背景及提出1.1 研究背景 随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争愈演愈烈,产品更新换代加速,迫切需要采用先进的创新手段。用传统的方法制造物理原型时,通常需要使用多种机床设备和模具,既费时又费钱,快速成型(RP)技术的出现,可以在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造1，快速成形技术是在80年代后期率先由美国完成研究、开发及商品化的一种先进制造技术2，它综合了各个学科之间的卡日互联系，是一种极具生命力的新领域，由于快速成形技术自身的特点使其成为制造业中新的经济增长点3。 在功能零件快速制造的研究领域，村上(日本)将热塑性树脂、导电材料和金属陶瓷粉末混和在一起，利用FDM(fused deposition method)快速制造高强度可导电的复合树脂模型，Li X C(美国)在FDM造型中埋入传感器制造特定功能零件，Nam S w(美国)等用PDM(plasma deposition method)方法制造陶瓷微型涡轮机零件，Link G(美国)通过激光堆积快速制造碳钢零件。这些研究所用的方法各有长短但都是堆积成型，不可避免地存在侧表面阶梯效应，致使精度低，表面质量差，由于精度不够造成对后处理的依赖性，也降低了制造过程的柔性，同时由于成型工艺的限制也普遍存在强度偏低无法满足功能零件要求的问题。 LOM系统作为比较流行的 RP系统之一有其独特的优点,其应用领域和应用途径日益广泛,必将给制造业带来巨大的效益,但是现阶段用金属板材作造型材料的LOM在技术上尚存在许多应解决的课题,如分层材料的堆积成形精度问题,金属板材的连接问题等4。1.2 课题的提出 针对直接利用金属板材作造型材料分层实体制造金属功能零件所存在的问题，我们提出一条新的LOM技术途径4,用现有的加工中心切割层片轮廓代替快速成型机的激光切割功能，降低了开发成本和开发技术难度5。为适应利用一系列专用角度铣刀进行加工的需要，我们利用具有刀库和换刀功能的加工中心来完成任务。2、本课题国内外研究现状 快速成型与制造技术(Rapid protoypingmanufacturing，简称RPM)经过10多年的研究和开发，取得了很大的成就，推出了系列商用RPM系统。但现有RPM技术主要以树脂、塑料、纸张等作造型材料，仅适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实际功能的机械零件。为此，功能零件的快速制造成为目前RP领域的研究热点之一6。2.1国内外的快速成型方法目前,比较成熟的快速成型工艺方法已达十余种,得到广泛应用的主要有如下几种:光敏树脂固化实体制造(SLA)7、分层实体制造技术 ( LOM )8、激光选区烧结技术 (SLS)9、熔融沉积技术 ( FDM )等快速成型技术。其中,由于 LOM技术的制造原型精度高,成型件质量高、成本低的特点,特别适合于中、大型制件的快速成型10。LOM分层实体制造，其中的成形材料为一面涂有热溶胶的薄型材料(如纸、金属薄带等)，先通过热压板(或辊)将层间粘紧，再由1二控机控制激光器对薄材进行轮廓的切割，将多余的材料部分切成具有一定间隔的网格，以便于后处理阶段从原型交体中分离；然后，再在其上加上新的一层薄材，热压、切割，层层叠加至到完成整个原型文体的制造。Obikawa用0.2mm厚、两面涂覆低熔点合金的薄钢板作造型材料，采用LOM方法快速制造金属零件11；山崎则用0.5 mm厚的薄钢板作造型材料快速制造车体模具12。2.2现代快速成型存在的问题 但是现阶段用金属板材作造型材料的LOM在技术上尚存在许多应解决的课题。 1)分层材料的堆积成形精度问题，显然，分层板厚度越薄，成形精度越高。现有商用化的LOM技术，一般以纸张、树脂板等作造型材料，其分层板厚度仅为0.05 mm0.10mm而用金属板材作造型材料时，从造型强度与效率考虑，现有分层板厚度为0.2 mm0.5 mm，直接采用现有LOM方法，则造型精度差。 2)金属板材的连接问题，现有低熔点合金粘接法13、螺栓紧固加电弧焊接法14，以及热扩散焊接等工艺方法15，在金属板材的连接工艺上虽然各有长短但均未获得满意的效果。3、 本课题的研究意义 在制造业竞争日趋激烈，产品更新换代的速度逐渐加快的今天，企业要想在激烈的竞争中立于不败之地，必须根据市场需求更快、更好地生产出市场所需的新产品，并且能够根据市场的变化迅速地作出调整，以期达到产品的最大经济效益和社会效益，并使企业始终处于同行业之前列。在这种形势下，如何缩短产品的开发周期，降低产品的开发成本，已成为企业发展所要解决的首要问题。 产品开发能力的强弱直接关系到一个企业在市场上的竞争力，关系到一个企业的生命 ，用传统的制造方法和手段，设计周期长，制造成本高，很难满足瞬息万变的市场发展，必将在竞争中处于劣势。由于快速成形技术在产品研制、开发中所特有的先进性，独特性，因此广泛应用于制造业中的各个领域15。 这种基于数控机床的快速成型工艺国内外还未见过，分析表明，以现有的数控设备为依托，只要发挥中小企业的技术人员的潜力，开发必要的软件是完全有可能在机床上实现金属零件的分层制造，为我国的制造业服务，加快RP技术的推广,而LOM系统作为比较流行的 RP系统之一有其独特的优点,其应用领域和应用途径日益广泛,必将给制造业带来巨大的效益。参考文献：1 黎明,雷源忠.现代制造科学展望 J.中国机械工程, 2000(11).2 冯金玲、谭锁奎 快速成型技术及其在铸造中的应用与发展J汽车工艺与 材料，1988 （2）3 刘力松、檀润华、孙建忠、韩炜，快速成形发展原理及在产品开发中的应 用 河北工业大学学报 20024 张吉堂.沈兴全.王爱玲.经济型快速成形系统研究 -中国机械工程期刊论 文期刊论文 1999,10(11)5 陆春月 经济型金属功能零件综合优化切片软件研究及专用刀具设计 20056 边秋梅、张玉斌、郑鸿飞、张吉堂，基于数控机床分层快速成型金属零件 的关键技术研究. 太原师范学院学报 2004（1）7 谭永生 FDM快速成型技术及应用J航空制造技术，2000(1)8 芶吉化.彭颖红.阮雪榆 快速成形技术及其工艺分析期刊论文-机械科学 与技术 2001(01)9 王运鞯 快速成形技术与ZIPPY快速成形系统J机械电子1997(6)：4310 张健,芮延年,陈洁. 基于LOM的快速成型及其在产品开发中的应用 苏州大学学 报200811 Obikawa T Rapid manufacturing system by sheet steel lamination. Proceedings of 14th International Conference on Computer Aided Production Engineering 199812 山崎久男 積屑金型金型大物自動卓部品用 2000(07)13 Chilgs THC,Justern Plinear and geometric accuracy form layer manufacturingJ Annals of the CIRP，199414 易树平。熊世权金属零件分层快速制造关键技术研究J机械工程学报， 200215 颜士伟.快速成型技术发展状况及展望 J.汽车制造与装备, 2005(4) 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、需要解决的问题 1) 以用户现有的具有2.5轴以上联动功能的CNC数控机床为基础，以高档微机和三维CAD造型软件作造型设计模块，只配置切片处理模块和快速成型装置模块中的必要部件来完成产品成型过程的快速成型系统。 2) 原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等结构的专门研究设计。2、拟采用的研究手段 1）原材料存储及送进机构 由一个步进电机、一个储料轴和两个螺旋锥套、两个导向杆、一个余料轴和套筒、 四个轴承座以及所必须的相应的支撑、轴承 和螺栓等组成。 2) 热压机构 一种方案：运用热压辊 主要由橡胶滚子，加热铝筒，热水器等组成。 另一种方案：运用热压板 由整块热扎钢板制成中间有蒸汽通道 可以通 过热压蒸汽或热压油来进行加热。 两种方案进行相比较，其中热压辊压力均匀但效率低，而压力板效率高但压力不均匀。热压机构在这里是作为一个特殊的刀具放在刀具库中的，刀具在刀库中的位置应与用来切割涂覆纸的刀具在刀库中的位置是相邻的，这样放置的目的是使在换刀的过程中刀库转过的角度为最小，以节约加工时间，提高生产效率。 3）专用刀具切割机构 采用现有的CO2激光器进行切割。 4）切割粘压工作台 就直接利用原来的加工中心的工作台。但是大家都知道加工中心的工作台上开有T 型槽，我们直接利用其来进行切纸工作，T 型槽会带来一些加工上的不便，我们刚开始先不进行加工，先在工作台上粘压一定厚度的纸，因为这种涂覆纸粘压后的强度很好，相当于木质材料的强度，加之加工时的切削力并不是很大，所以在以后的加工中不会有问题。这样做会大大降低制造费用。 5)总体结构设计 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日