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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）第一章 绕丝筛管缠绕机的有关理论及工作原理目前筛管生产所参照的技术主要是卷绕成形技术。卷绕成形将是一种很有前途的加工方法,能够制造功能性零件,特别是金属零件,效率高、成本低可直接应用于工业生产。卷绕成形可以作为零件的最终成形手段,也可以作为零件的粗加工手段。在铸模制造等方面有其它材料添加制造加工方法无法比拟的优越性。卷绕成形是一种能够制造功能性零件、效率高、成本低可直接应用于工业生产的材料添加制造方法;其原理是通过一根或数根具有一定廓形的带材的卷绕形成零件主体部分;卷绕成形工艺的适用材料范围广,可以是金属、塑料、纸、纤维织物等;给出了卷绕成形加工的定义及工艺过程、适用范围、信息模型、高效的加工设备及应用实例。目前竞争日益激烈,如何快速地开发出新型产品以响应市场的需求是生产厂家,也是科技工作者关注的热点问题。零件的成形可分为材料去除、材料变形和材料添加3种方式。材料添加制造因其非传统的成形思想(将材料单元按照一定方式堆积、叠加成零件所需形状)和优于传统加工方法的性能潜力而倍受瞩目。材料添加制造方法是一种先进的成形技术,主要应用于模型或原型的制造或某些特定的产品,极少应用于实际生产。究其原因主要有：成形材料的物理性能不能满足产品的要求;成本高;效率低。根据“Rapid Prototyping Report”对其读者调查,材料问题是现有的材料添加制造方法中存在的主要问题。目前用于材料添加制造的成形材料的成形性能大多不太理想,成形件的物理性能一般不能满足功能性、半功能性零件的要求。特别是在制造传统的功能零件金属零件方面,虽然已有了很大的进步(如,DTM公司推出了RapidSteel2.0新型烧结材料,Op-tomec公司推出的LENS系列金属直接沉积成形机等),但与实际生产尚有一定的距离。而且成形材料的价格一般都比较高,造成高生产成本。将现有的材料,特别是功能材料进行改造或预处理,使之适合于材料添加制造的工艺要求,是降低材料成本的一个有效方法。而开发可以直接应用现有功能材料的工艺方法则能根本地解决成形材料问题,也只有这样才能有效地拓宽材料添加制造的应用范围。成本高一方面来自于昂贵的成形材料,另一方面则是设备价格的不菲,实质是设备的性能价格比不理想。若开发出一种成形设备能够满足实际生产的性能价格比要求,价格将不是问题。由于现有材料添加制造工艺自身的限制,如LOM需要进行废料切碎,SLS、SLA、FDM等点积成形工艺需要进行截面扫描等加工过程,致使加工效率较低。清华大学精密仪器系制造工程研究所开发的卷绕成形加工工艺是一种能够制造功能性零件(特别是金属零件),可直接采用现有材料而无须开发专用成形材料,效率高、成本低,是一种可直接应用于工业生产的新型加工工艺方法。一 卷绕成形的定义及工艺过程卷绕成形加工方法工艺(rolling shaping process, RSP)是指通过一根或数根具有一定廓形的带材卷绕形成零件主体部分的加工方法(见图1),该带材称为芯带(roll lam inated strip, RLS)。各点法线方向均垂直于卷轴W的型面称为零件的周型面,若一周型面在卷轴W方向上的投影为该零件投影的外廓线,则将该周型面称为最大周型面;其余型面称为零件的端型面。如图所示的零件是由一根宽窄连续变化的芯带卷绕而成,所示零件由3根芯带卷绕而成。卷绕成形加工的工艺过程如下:(1) 对零件进行可制造性评价若该零件可采用卷绕成形加工工艺,则进行下一步,否则试用其它方法。(2) 根据零件的实体模型计算芯带的理论廓形即以一定方式将零件的实体模型分层展开所得到的廓形,例如,从零件的最大周型面开始向内做间距为芯带厚度的等距面Pi,求各等距面与零件端型面的交集Ai,将上述等距面由内至外依次展为平面并拼接,各等距面上的交集Ai所形成的集合Ai及其连接线即为芯带的理论廓形。(3) 计算芯带的实际加工廓形从实际生产的角度考虑,在满足零件精度要求的前提下,可对芯带的廓线进行变形处理,以提高材料利用率和加工效率。(4) 根据芯带的实际加工廓形生成芯带加工NC程序。(5) 在芯带加工设备上完成芯带成形加工。(6) 在芯带卷绕设备上卷绕该步骤可与上一步合并,在一体化的加工设备上一次完成。工件卷绕成形后,在芯带的结束处施以焊接或粘接,保证工件取下后不致散开。(7) 根据零件的不同要求进行后续工艺有些零件卷绕完成后不需要其它后续工艺,而有些零件必须通过其它工艺过程才能达到要求。典型的后续工艺有去应力退火、精加工、去除型芯等。二 适用范围卷绕成形加工方法对原材料没有特殊的要求,现有的具有一定韧性的薄带材均可应用,无需使用昂贵的专用材料,可以是金属、塑料、纸、纤维织物等。当然,根据零件的性能要求可选用具有特殊涂敷层的原材料,如具有热粘性的纸带、涂有绝缘层的硅钢带等。卷绕成形的加工精度取决于带材的厚度、芯带廓形的计算误差、芯带的成形加工误差和卷绕误差等因素。它既可以作为零件的最终成形手段,也可以作为零件的粗加工工序。芯带加工时,可根据零件的精度要求对理论廓形进行变形处理,从而提高材料利用率,降低成本。芯带成形时,切割装置仅需加工芯带轮廓曲线,而无须进行废料切碎、截面扫描等其它加工,对于某些零件其有效加工路径本身就短于其它的材料添加制造工艺,因而卷绕成形加工工艺具有很高的加工效率。由于卷绕成形工艺自身的限制,当采用纯卷法作为零件最终成形手段时,对零件的形状有一定的要求。采用单一芯带纯卷法可以加工的零件形状具有如下特征:1 具有最大周型面;2 最大周型面在卷轴W方向上的投影为连续光滑曲线,当原材料未 涂敷粘接材料时,该投影应为连续光滑凸曲线;3 零件在卷轴W上投影的最小长度不得小于加工设备所要求的最小宽度;4 芯带的理论廓形应为图2所示拓扑形式中的1种,或是几种的组合;5 卷绕成形加工需要型芯,当需要去除型芯时,型芯的周型面应为零件最大周型面的等距曲面。当上述条件无法满足时,需要采用其它工艺辅助加工。三 信息模型卷绕成形加工工艺信息处理系统根据零件的信息以及可加工性知识、设备能力对零件的可加工性进行判断见图3。若该零件可以采用卷绕成形加工工艺,则进行下一步计算;若不可以则需试用其它方法。此时输入的零件信息为零件的材料和零件的立体模型。零件的立体模型可以有2种表达方式:1描述零件的函数,适合于等截面环形零件等一些简单的零件;2零件的STL文件,适合于形状复杂的零件。芯带的理论廓形计算完毕后,卷绕成形加工工艺信息处理系统根据零件的精度要求信息、设备的能力、材料的性能和工艺规划的知识进行工艺规划,确定芯带的排料方式和走刀的顺序,对芯带的理论廓形进行变形处理,计算芯带的实际加工廓形。卷绕成形加工工