铝合金数控加工-开题报告

毕业设计(论文)开题报告题 目：铝合金薄壁异型件数控加工及工装设计 学 院： 应用技术学院 专 业： 机械设计及其自动化 学生姓名： 张弦 学 号： 200813090329 指导老师： 周里群 20 年 03 月 01 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述0 引言随着我国经济建设与社会文明在持续快速发展。材料、特别是金属材料的产量也得以迅猛增长。铝与铝合金是金属材料中产量最高，用量最大的材料。铝与铝合金是国民经济的支柱产业，同时是重要的国防材料。尤其是铝合金薄壁异形件主要应用于在航空、航天机载设备和地面交通工具中，因此要求壁厚薄以达到减轻重量的目的，同时需要保证一定的强度与刚度。通过它将若干只微波器件按一定的相互位置关系装备在一起，按电信设计要求实施微波信号额发射与接收。因此该类零件的加工精度要求更高。铝合金薄壁异形件的种类很多，其尺寸、大小和结构形式随其用途的不同也有很大的差异。一般来说铝合金薄壁异形件的主要结构特点是：有加工精度要求的安装孔；结构复杂、没有明显基准面；壁厚薄而且不均匀；铝合金材料与一般钢铁相比，切削或镗孔后容易产生切削应力，都会由于振动面在工作表面上留下振纹，从而影响了加工质量；如采用传统的精车或者铣削的加工方式工件的变形量通常较大，会产生较高的废品率。因此，研究大型铝合金薄壁件的精加工法有着十分重要的实际意义和应用价值。1 数控加工的特点数控加工是指在数控机床上进行零件切削加工的一种工艺方法。数控加工是现代制造的重要组成部分，它它和传统的机加工相比有如下优点。（1）自动化程度高 在数控机床加工零件时，除了手工装卸工件外，其余加工过程都由机床自动完成。在柔性制造系统中，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样减轻了劳动者强度，改善了劳动条件。（2）加工精度高 加工质量稳定 数控加工的尺寸精度通常在 0.0050.1mm 之间，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。（3） 对加工对象的适应性强 数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。（4） 生产效率高 数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检验等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。目前，数控机床的主轴转速已达到50007000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到 100200m/s，加工中心主转速已达到 2000050000r/min，各轴的进给速度达到 1824m/s。（5） 易于实现网络制造 由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM ）系统连接，便于网络传输，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。一般来说，数控加工方法与通用机床加工方法在工艺原则上多半是相似的，但数控加工工序内容比通用机床加工内容复杂，这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，既不经济也不合理，加工工艺技术难度越大越能显示出数控加工方法的优越性。数控机床，除了被指定要完成一些基本工序之外还可以完成一些其他工序，也可以把精度低、去除加工余量大和作用在机床上的切削力打得粗加工与精度高、切削力小的精加工在同一次装甲中完成。这表明零件加工工序越集中，越能显示数控加工的特点。2 国内外研究状况目前，薄壁件的切削加工已经引起了国内外的关注。为了解决薄壁件加工变形等问题，主要有两种方法：一种是采用工艺的方法，从工序、热处理、夹紧力、切削参数等方面进行选择；还有一种是选择新型的柔性夹具。2.1 国内研究状况南京航空航天大学的王志刚1等人应用有限元法分析薄壁件因切削力引起的变形，计算出加工误差，为此基础上提出一种数控补偿法：通过过切补偿让刀误差，精加工一次走刀达到加工精度要求。之后，南京航空航天大学和西北工业大学武凯、廖文和2等人在不同的切削参数下切削力变化规律以及切削力引起的加工变形进行理论分析与实验研究，并以此为基础提出了高速切削铣削参数选择原则，使薄壁件加工精度得到了保证，加工效率大大提高。北京理工大学的袁光明、孙厚芳和陈光明3提提出一种可变夹紧力夹具方案，通过采用高速开关阀作为液压系统的动态控制元件，来控制夹紧力大小，以适应切削力，减少加工系统的切削变形。除此之外，还有利用楔形心轴填充在内孔中，以减小切削力、夹紧力对其变形的影响，以达到加工工艺的要求4；采用双刀符合切削，即加工时外圆车削与内孔镗削同时进行的方法，来保证加工质量5。2.2 国外研究状况为了研究受力变形，Kline W A，Devor R E，Linnberg R 等人对铣削加工力学模型进行研究；以力学模型为基础，Devor R E，Ee Meng Lim，Jer Shyong Tsai 等人在不同加工条件下对工件的加工变形进行了有限元模拟分析；Elbetawi 和 Sangheriar 从刀具与工件的动力学角度出发，建立了薄壁件变形仿真模型，提出了加工参数与刀具几何参数的优化选取方法。Buak 和 Altintas 深入研究了具有三边自由，一边固定边界条件的高柔度型薄壁板件的数值建模与铣削变形误差的思路，建立了满足公差要求的进给速度粗略近似比例计算方法6。而 Masset 等人研究了车削与平面铣削加工变形的有限元计算问题，将 T-DEAS 于 NASTRAN 求解器集成在一起，用于控制加工精度 7。此外，Louis Calrera Jr， Derrico G E，Koji Teramoto 等人对热变形，加紧变形，残余应力变形导致的加工变形也进行了广泛的研究。在这些理论研究的基础上，一些控制薄壁结构件加工变形的工艺方法得到了应用，如 Budak E 和 Altintas Y 提出了通过控制进给量减小变形，Zbigniew Lechniak 提出了通过改变刀具路径对加工误差进行数控补偿，Obara H 和 Watanabe T 则研究了低熔点合金填充法进行变性控制等。Altintas Y 结合工厂中的加工实际，提出了在精加工最后一次走刀后，无进给光切几次，并结合手工打磨的方法。该方法虽然能够将大部分残余材料切除掉，但大大增加了加工工时，且加工表面粗糙度也会大大增加。俄罗斯方面也研究了一种特殊的锥形刀具，用这种刀具对薄壁零件进行加工，从而对壁厚精度进行了控制。3 数控加工发展现状由于 1946 年世界上第一台电子计算机“ENIC”的问世，它为产品制造由刚性自动化向柔性自动化发展奠定了基础。1949 年美国帕特森斯公司与麻省理工学院 MIT 伺服机构协作，经过三年时间的开发研制，于 1952 年试制成功了世界上第一台数控三坐标镗铣床。自第一台数控机床问世以来，数控系统已先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控 PC 机的通用 CNC 系统。其中前三代为第一阶段称作硬件连结数控，简称 NC 系统；后三代为第二阶段称作计算机软件数控，也称 CNC 系统。我国自 1958 年由清华大学和北京机床研制了第一代电子管 101 数控机床以来，也同样经历了六代历史。数控机床从 20 世纪 50 年代到 70 年代末的近 30 年中，尽管经历了五代历史。但其实际应用普及率都一直比较低，分析其原因主要有机床价格昂贵，加工费用高，故障发生频繁，应用技术复杂以及各项配套措施没跟上等。但近 20 年来随着微电子机相关技术的发展，使得该方面因素已大有改善，特别是微处理器技术的应用，是数控机床性能价格比有了极大地提高，实际应用普及率也越来越高。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，作为传统工业之一的机械制造业，其技术发展也是一个不断提高和完善自动化水平的过程。自动化已成为机械制造业现代化的代名词，并且，自动化还在朝着“无人化”发展。也就是说，机械制造业自动化正经历着：CNC 计算机数控化 FMS 柔性制造系统CIMS 计算集成制造系统“三部曲” 。它使机械制造业自动化不断趋向深化，即朝着设计、制造、管理全自动化的高层次方向发展。4 结论铝合金薄壁异形件在航空、航天机载设备和地面交通工具中应用及其广泛。它具有质量轻、微型化并能提高生产效率，引起国内外的广泛关注。我国对铝合金薄壁件数控加工技术比发达国家还有很大差距，因此，研究大型铝合金薄壁件的精加工法十分的实际意义和应用价值。 参考文献1 王志刚，何宁，武凯，姜澄宇，张平，龚会民，陈雪梅.薄壁零件加工变形分析控制方案J.中国机械工程，2002.13（2）：114-117.2 武凯，何宁，廖文和，姜澄宇.基于变形控制的薄壁结构件高速铣削参数选择J.机械科学与技术，2005,247：788-791.3 袁光明，孙厚芳，陈光明.高速开关阀控制的可变夹紧力夹具J.现代制造工程，2005,(6):69-72.4 苏和堂.利用楔形心轴充填法车削超薄壁圆筒件J.滁州职业技术学院学报，2002，1（2）：64.5 刘凤臣，张欣，季旭.外力对加工精度影响双刀切削加工薄壁长筒类零件J.煤矿机械，2002（8）：36-376 黄文生，张建生.数控技术应用及数控系统开发.国防工业出版社.2009.12.7 华南工学院,甘肃工业大学.金属切削原理及刀具设计.北京:机械工业出版社,1978 8 铸造专业学会.铸造技术数据手册.北京:机械工业出版社,1993 9 贾策,李汉明. Solidworks2001 实践与提高.重庆:重庆大学出版社,2001 10 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社,2003 11 周纪华,管克智.金属塑性变形阻力M.北京:机械工业出版社,1989.12 哈尔滨工业大学 上海工业大学主编. 机械制造工艺学(第三分册轴箱体丝杆工)北京:北京出版社,198213 Kuang-hua，Hwng R.M.A predicted milling force model for high-speed end milling operation J.Int.J.Mach.Tools Manufact，1997,37（7）：969-979毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施开 题 报 告一、课题的目的与意义课题的目的是让我们在以往对机械制造及工艺学习的基础上熟悉零件加工的设计流程；它既是一次检阅，也是一次锻炼，使我们系统地掌握零件数控加工及工装设计的技术，并与 Auto CAD、UG、Pro/E 等设计软件相结合，提高了我们的机械加工及设计能力。随着科技不断的发展，使机械工业得到了很大的提高，特别是近年来机械工业领域正向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展。随着机械工业的发展，其他各工业部门都想着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术，网络通信技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。根据数控机床切削加工的特点，以制造流程为核心，以刀具、刀具运用、刀具路径处理为主线，着重介绍数控机床切削加工的工艺技术，并介绍相关的金属切削原理、工件材料、刀具材料、热处理、基本加工工艺原则等基本工艺知识，同时补充一些实用的工艺经验、相关知识和高速切削方面的内容，并仔细研究了文献中的案例分析。文献中介绍了金属切削加工基本知识金属切削原理，其中包括零件表面的形成及切削运动、金属材料的使用性能及分类、金属热处理、金属切削刀具及刀具选择；数控加工工艺基础，工艺过程及组成、生产类型及其工艺特点、机械加工工艺规程、工件的安装及定位基准的选择、工件的装夹方式、 定位误差的分析与计算、夹紧装置的组成和基本要求、机械加工质量等内容；还介绍了车削加工工艺和螺纹加工、数控铣削(加工中心)加工工艺、高速切削加工常识、高速切削的应用、刀具平衡对高速切削的影响及在模具加工中的应用。二、课题发展现状和前景展望虽然我国在铝合金薄壁件数控加工有很大进步，但是与发达国家有很大差距。因此，需要我们努力进行探讨和研究。今后对铝合金薄壁件数控加工的研究应集中在以下几个方面：(1)制定完善的经济的工艺规程方案；(2)合理设置切削参数，保证用最小的切削力进行加工；(3)确定最佳的装夹方案，选择合适的夹紧力；(4)选择最佳的加工路线。三、课题主要内容和要求1、课题的主要内容(1) 零件的分析与设计；(2) 工艺规程的制定；(3) 专用夹具的设定；(4) 数控加工程序编制。2、课题的主要要求(1)研究分析零件特点，掌握机械产品设计基本方法。(2)按照零件要求应用 CAD 软件进行设计建模；(3)工艺规程制定并进行数控加工编程；(4) 撰写毕业设计说明书，完成全部研究工作和毕业论文。四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料，翻译英文资料查阅设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。2、熟练掌握设计所需内容复习以前所学设计有关的专业知识，并熟练的运用到设计中去。还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如：工艺规程制定、数控加工编程等。设计运用 CAD软件绘制箱体的三维模型图，并生成二维工程图。3、设计内容(1) 零件的分析与设计 对铝合金薄壁异型件毛坯进行三维建模；(2) 工艺规程的制定 综合生产规模和生产具体情况，对同一零件的加工工序进行优化选择；(3) 专用夹具的设定 画出工序简图，根据零件的结构特点和加工精度要求并借鉴薄壁类零件的通用加工方法，设计出此零件的专用夹具；(4) 数控加工程序编制 采用“三菱数控系统”进行编制。4、具体设计步骤(1) 零件的分析与设计 运用 Pro/E 对铝合金薄壁异型件毛坯进行三维建模；零件的结构特点: 铝合金薄壁异形件的种类很多其尺寸、大小和结构形式随其用途的不同也有很大的差异。一般来说铝合金薄壁异形件的主要结构特点是：有加工精度要求高的安装孔、结构复杂、形状怪异、没有明显基准面壁厚薄而且不均匀的铝合金材料与一般钢件相比切削后容易产生切削应力导致变形等。(2) 确定生产类型及工艺特征 生产类型及工艺特征划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式,并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。该零件的生产纲领为 2000件/年,属于中批生产。它的主要工艺特征是普通加工以通用机床为主,辅以专用夹具和工件在各机床上的装卸和传递均需人工完成。(3) 确定零件材料及毛坯由于该零件生产纲领为中批生产，零件属于薄壁异形件，为了节省原材料，使资源得以充分的利用，同时提高生产效率，降低生产成本，零件毛坯选用焊接件，原材料选用牌号 6063，旧牌号 LD31 的铝合金热轧板材。这种材料经固熔加时效处理可获得良好的力学性能，焊接性能良好。零件原材料选用铝合金热轧板材，并进行 T 射线探伤检查，不得含有夹渣 ,夹层,裂纹等缺陷。 (4) 定位基准的选择 根据基准选择原则并结合该零件的特点，设计了专用工装。由于该零件最大的特点就是壁薄，导致铣削加工时刚性不足。因此在工装设计时既要考虑定位可靠、夹紧方便还要考虑如何增加工件的刚性，减少铣削时的振动及由于刚性不足而引起的变形，从而有效保证零件加工精度。(5) 工艺路线的拟定 从数控加工工艺性及工厂现有条件制定加工方案；根据零件结构特点、技术要求，从数控加工工艺性及工厂现有生产条件考虑，制订了如下加工工艺方案。 毛坯制造强化处理数控加工钳工表面处理 (6) 切削用量的选择 根据加工技术要求、刀具耐用度、切削条件并查表确定； (7) 铣削功率较验 根据现有数据进行校验，写出计算过程并给出计算结果，在切削用量确定以后，为了验证所选切削用量是否满足机床主轴功率要求，还必须进行铣削功率的校验。(8) 专用夹具的设定画出工序简图，根据零件的结构特点和加工精度要求并借鉴薄壁类零件的通用加工方法，设计出此零件的专用夹具，画出夹具装配图；机床夹具是在加工时用来正确确定工件位置并将它牢固夹紧的工艺装备，它的主要作用如下： a 保证发挥机床的基本工艺性能。 b 扩大机床的使用工艺范围。 c 保证加工精度。 d 提高加工效率。 e 减轻劳动强度 做到安全生产。 夹具按照使用范围又可以分为通用夹具和专用夹具。专用夹具是专门为某一工件,某一工序设计制造的专用装备，结构紧凑、轮廓较小，使用维护方便，并能符合加工的技术要求，因此适用于批量生产。(9) 数控加工程序编制对零件图纸进行分析，再确定工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向及其他辅助动作，最后采用“三菱数控系统”进行程序编制。数控加工程序编制数控加工程序编制时，首先对零件图纸进行工艺