一种螺旋铣孔装置的机械机构设计【全套设计含CAD图纸及三维模型】
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南京工程学院 工 业 中 心 本科毕业设计（论文）开题报告 题目 :一种螺旋铣孔装置的机械机 构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 123 学 号： 231120510 学生姓名： 陈志斌 指导教师： 刘桂芝、卞荣 2016 年 03 月 11 日 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学 生姓名 陈志斌 学 号 231120510 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 刘桂芝、卞荣 职 称 教授级高工 /讲师 所在院系 工业中心 课题来源 D 自拟课题 课题性质 A 工程设计 课题名称 一种螺旋铣孔装置的机械机构设计 毕业设计的 内容和意义 采用 类比法、综合分析法以及查阅文献等 ，进行 螺旋铣孔装置的机械机构设计 的设计， 使其各个单元的精度、刚度、力学性能以及运动性能达到要求 。 毕业设计的具体内容： 1. 理论、计算 a) 理解螺旋铣孔工艺以及各参数意义 b) 根据基础数据分析计算最大加工孔径 2. 机械制图 a)图纸清晰，布局合理，符合设计标准，无重大错误； b) 制试验机装配图 0 号图 1 张 c) 绘制其它典型零件 纸，合 0 号图 3. 翻译有关外文资料 a) 文章大意、作者观点基本正确，无重大语病 b) 专业术语翻译正确 4. 按要求撰写毕业设计说明书（论文） 本课题研究的意义： 大量的复合材料和钛合金在航空航天制造领域 应用日益广泛，对复合材料和钛合金制孔设备的需求也愈加强烈。螺旋铣孔设备与原有的钻孔技术相比：便于实现自动化控制；单一直径的刀具可以加工出一系列不同直径的孔，减少工厂刀具库存种类；刀具寿命显著提高，减少刀具库存数量降低成本；制孔效率高，缩短飞机装配制造周期等优点 。螺旋铣孔技术因其在制孔方面的优势及在航空航天领域内的应用前景，必将在今后的工业生产中得到广泛重视。 文献综述 作为一种新型孔加工方式，螺旋铣 孔技术具有切削过程平稳、刀具承受切削力小和一次加工即可满足精度要求的优点。该技术已成为国内外材料加工研究的热点和难点之一 1 。主要应用于飞机受力部件的孔加工，以及高硬度材料的孔加工等方面。 为了降低飞机自重，提高结构强度，一些大型复杂结构零件都采用新型合成复合材料，一些主承力结构件以及机翼普遍都采用新型轻型材料，大量零部件都需要进行装配， 通常需要对飞机机翼和一些主承力结构件加工成千上万个孔，以便进行装配，并且要求航空装配孔实现高 效、高精度和高质量的加工；但是，由于传统钻削加工的一些特点，如半封闭式加工、切削力大和工件表面质量难以控制等，限制了钻削加工在高硬度材料和航空材料上的作为 2 。螺旋铣孔工艺的“以铣代钻”完全弥补了传统钻孔加工的不足，不仅在高硬度材料的孔加工中体现了其优势，而且在航空难加工材料钛合金和碳纤维增强复合材料 (孔加工中也体现了其优势 3 。 国内外已经有一些学者进行了螺旋铣学动力学的研究和探索，其中 i 4从不同材料的传统钻削与螺旋铣孔加工质量上进行对比，进行了螺旋铣孔加工动力学研究，并针对于新型材料钛合金，铝合金， 材料的螺旋铣孔刀具提出了一些解决方案； 过在航空制造业领域以螺旋铣削进行了对比，分析了螺旋铣孔在加工效率和孔质量方面的优势，并研究了螺旋铣孔便携式装置的性能和 发展 。 以及述了螺 旋铣孔技术在复合材料铣孔中的优势，并根据螺旋铣孔技术铣削力低，加工质量好的优点，预测了其在航空领域中广泛的应用前景 。 5 等人研究了某些特殊材料螺旋铣孔力，以及加工质量，证明了螺旋铣孔方式的优越性。 司已经成功研制出螺旋铣孔的专用设备，并在空客与波音飞机装配中得到应用。空客公司已经在飞机的研制上应用螺旋铣孔技术，由于螺旋铣孔是在一个工序内完成对不同孔的加工， 司的研究表明，这项技术的应用相对 于传统钻孔技术缩短了 50的时间，通过拆卸来消除毛刺的工艺被彻底消除了 6 ，大大提高了加工效率。 国外在这一领域对我国实行了技术封锁，导致我国目前飞机装配过程中的制孔还处在手动钻孔状态，严重影响了我国飞机的研制进度。为此，国内多家单位已开始着手螺旋铣 孔 装置的研制 。 国内多家单位已开始着手螺旋铣 孔 装置的研制。滑松等人 87 基于螺旋铣孔切削规律和运动 特性，设计了一款包括自转机构、公转机构以及径向偏移机构的虚拟样机，并对其进行了虚拟装配和有限元分析。单以才等人 9 通过对螺旋铣 孔 运动进行功能分解，对螺旋铣孔单元进行了模块化设计，确定了偏心调节模块的传动方案，设计了铣刀结构与装夹方式，并针对螺旋铣 孔 单元样机进行了切削试验。王红嵩等人 10设计了一款螺旋铣 孔 虚拟样机，并研究了螺旋铣孔自转、公转和轴向进给 3 个运动单元之间的关系。 目前，我国已成为世界飞机零部件的重要生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件 文献综述 的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。与此同时，大量高速、高效、柔性 、 复合、环保的国外切 削加 工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本性的变化 。为了降低研制周期和降低生产成本，深入研究了螺旋铣孔的优势。空客公司几年前与司 合 作启动一项发展轻 型便携式的螺旋铣孔装置的研究，应用于法国、德国的空客飞机装配生产车间中，最近又推出 了 型便携式的螺旋铣孔装置。 空客已经将该项技术应用到了装配生产线上，验证了该项技术的生产能力。各公司效仿， 部署这项技术的研发工作，鉴于螺旋铣孔技术在航空飞机上打孔的优势，其他传统的钻孔工艺慢慢将会减少 11 ，逐渐将会被先进的铣孔工艺所代替。 在机械 工业 产品更新换代，日益发展的过程中特别针对高新技术密集的航空 、 模具行业，对上 述要求将会愈加明显与迫切。螺旋铣孔提高了打孔工艺的效率，产品质量和企业收益率。这种技术采用全新的，先进的工艺，在新型材料上也能取得非常高的孔质量，如碳化纤维和钛合金等，为促进企业开发新产品提供了保证，螺旋铣孔只需要一把刀具就可以加工不同直径高质量的孔，减少了换刀时间，不需要再进行精加工，这样大大提高了效率。螺旋铣 孔 技术极大的提高了制造企业的效率，产品质量，并节约了 加工 成本 11 。 螺旋铣孔 与传统的钻削加工相比，螺旋铣孔采用了完全 不同的加工方式。螺旋铣孔过程由主轴的“自转”和主轴绕孔中心的“公转” 2 个运动复合而成，这种特殊的运动方式决定了螺旋铣孔的优势。首先，刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不一样，这突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具加工一系列直径孔。这不仅提高了加工效率，同时也大大减少了存刀数量和种类，降低了加工成本。其次，螺旋铣孔过程是断续铣削过程，有利于刀具的散热，从而降低了因温度累积而造成刀具磨损失效的风险。更重要的是， 与传统钻孔相比，螺旋铣孔过程在冷却液的使用上有了很大的改进，整个铣孔过程可以采用微量润滑甚至空冷方式来实现冷却，是一个绿色环保的过程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足够的空间从孔槽排出，排屑方式不再是影响孔质量的主要因素 6。 螺旋铣孔技术是一种全新的孔加工方法，它与传统的钻孔加工有着本质上的区别 其与传统钻孔工艺的主要区别体现在： 1)提高 制孔 效率，降低生产成本，便于实现自动化 不同于钻削加工工艺，螺旋铣孔工艺可采用较小直径的刀具加工较大直径的 孔 ，能做到用单一刀具加工出不同直径的孔和复杂的台阶孔，并可根据实 际情况对孔径实施实时补偿，尤其适合在叠层材料上制孔瞪。因此，采用螺旋铣孔工艺，不仅可以减少换刀次数，节省生产准备时间，提高加工效率，而且还可以减少企业的刀具库存，降低生产成本。2)延长刀具寿命 难加工材料钻孔时，由于其强度高、热传导低，导致散热效果较差 ，刀具磨损严重，容易发生粘刀甚至烧刀现象，即使使用金刚石涂层刀具，效果也不理想。 文献综述 螺旋铣孔是断续切削，不仅排屑容易，而且有利于刀具散热，可降低刀具因热量积累而 造成的高温磨损，提高刀具的使用寿命。更为重要的是，与钻削相比，螺旋铣孔 在 冷却 液的使用上有较大改进，整体铣孔过程可采用微量润滑甚至空冷方式来 实现 冷却，是一种绿色加工工艺。 3)提高零件表面加工质量 螺旋铣孔的加工机理完全不同于传统钻削。螺旋铣孔的轴向力远远小于传统钻孔，这使得制孔具有良好的出 口 质量，尤其对于加工层间强度较低的碳纤维复合材料。螺旋铣孔所用刀具直径比所加工孔小，排屑容易，能有效防止切削对已加工表面的损伤，可提高制孔质量 12 。 4）促进了新材料的应用推广 钛合金，复合材料等新材料由于其自身的 高强度，耐腐蚀等优势，备受航空航天领域的亲睐，但是，传统的钻孔工艺已无法满足这些材料的要求，从而很大程度上限制了这些材料的应用 。 螺旋铣孔技术的出现，很好的解决了这一问题，螺旋铣孔产生的铣削力较小，加工新兴的高强度材料的功耗降低，加工质量提高，这就为新材料的广泛推广打下了坚实的工艺基础。 本文通过对国内外现状的概述以及 通过比较传统钻孔与螺旋铣孔加工工艺的特点 ，了解到螺旋铣孔在未来切削加工中的重要性。并且 鉴于螺旋铣孔技术的优势，特别是航空和模具行业中的许多企业已开始将它应用到生产实际中。随着这种技术的推广和应用 ，传统的钻 孔 刀具将会慢慢失去其主导地位，而新型铣孔装置将会越来越多地出现在孔加工过程中。 通过以学的知识对螺旋铣孔装置的机构进行设计与研究，使其达到应有的精度和运动要求。 参考文献： 1. 赵炳桢 . 切削技术的进步与制造业的发展 J. 航空制造机械， 2004， (8)： 3841 2. 曹增强应对我国大飞机研制的装配连接技术 J航空制造技术， 2009(2)： 88 3. 朱春燕，蒋红宇，张烘洲飞机装配铣削制孔和钻孔技术对比分析 京航空航天大学学报， 2012， 44： 37 41 4. i. . An 2 J. 2007， (47)： 205210. 6. 秦旭达，陈仕茂，刘伟成，等螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用 J航空制造技术， 2009(6)： 58 60 7. 滑松螺旋铣 孔 虚拟样机设计和试验研究 D天津：天津大学， 2010 8. 王琦螺旋铣 孔 样机设计和试验研究 D天津：天津大学， 2012 9. 单以才，李亮，何宁，等飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元 的研制 J工具技术，2012， 46(10)： 46 文献综述 10. 王红嵩难加工材料的螺旋铣孔技术研究 连：大连理工大学， 2012 11. 袁智星 . 螺旋铣孔动力学研究 D. 天津：天津大学， 1996. 12. 李忠群 . 螺旋铣孔技术研究进展 湖南工业大学学报 2013， 1， 27 卷 第一期 研究内容 偏移机构是对螺旋铣孔设备进行机构创新的重点。螺旋铣孔设备的主要特征在于其沿螺旋线走刀和可以进行刀具位置的调整。 公转运动的驱动方式可以创新的利用 普通电机、步进电机或者气动马达等； 在完成螺旋铣孔设备的创新设计后，只需要按照手册选择合适的丝杠和导轨 。 根据螺旋铣孔的 特征 对机构进行创新与设计，并对主要机构如主轴机构、偏心机构，进给机构进行研究并对主要零件进行 相关理论分析、计算 ，以及零件图与装配图的绘制。 研究计划 研究周期与时间安排 毕业设计起止日期： 1 周 第 16 周） 第 1 ( 收集资料，学习有关书籍文献，了解螺旋铣孔工艺 及其应 用 背景，同步进行开题报告撰写与翻译工作的进 行 第 3 周 ( 完成开题报告及外文材料翻译 第 4 周 ( 完成的任务完成开题报告及外文材料翻译 第 5 周 ( 完成机构草图设计以及相关理论分析、计算 第 6 周 ( 完成装配图草图设计 第 7 周 ( 进行各零部件设计，进行机械制图工作 第 8 ( 毕业设计中期检查 第 10 (行 零件图计算机绘图，同期准备论文的撰写 第 12 周 ( 完成装配图、零件图的绘制 第 13 周 ( 递交论文初稿 第 14 周 ( 修改论文并定稿 第 15 周（ 论文评审及答辩资格确定 毕业设计（论文 ） 答辩 整理资料存 档 第 16 周（ 整理资料存档 特色与创新 本论文特色与创新如下： 刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属于偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不同，突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具
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