机械毕业设计（论文）开题报告-多工位内孔毛刺电解去除机床设计.doc

装订线长 春 大 学 毕业设计（论文）纸开题报告1 设计题目 多工位内孔毛刺电解去除机床设计随着高科技的发展，产品性能的提高，对产品质量的要求也越来越严，去除机械零件的毛刺就越加重要，它不仅影响产品的外观，而且影响产品的装配，使用性能和寿命。毛刺是切削加工的必然产物，随着材料向高硬，高强，高韧方向的发展以及新型复杂的整体机构日益增多，去毛刺的难度越来越大。但是我们一直使用的手工锉毛刺或者使用其他传统机械方法来达到去除毛刺的目的。这种方式的后果可能产生表面应力，产生热变形等，并且对于操作工人的要求极高，往往需要很高的操作技术水平，在加工完的产品中也可能产生刀具的切削痕迹，或者飞边毛刺。从目前机械去毛刺方法在工业上的应用上来看，机械去除毛刺效率低下，成本高，并且很难保证加工表面的光洁度与加工尺寸精度。2 课题研究的目的和意义为了实现去除毛刺的高效率和自动化，使用电解法（电化学法）便成为一种潜在的解决方法，使用电解法有很多优点：第一：凡是可以导电的材料都可以加工，并且在整个加工过程是非接触的，没有任何机械应力，加工后的材料金相组织不发生改变。第二：生产效率高：内孔形状复杂的去毛刺工序在阴极的直线进给下可以一次加工出来，并且加工速度可以和电流密度成比例增加，有时电解去毛刺的生产率可以比机械加工加工去毛刺的效率提高数倍。第三：加工零件材料的硬度，强度，韧性不影响电解加工的速度。电解加工的速度是可以通过设置参数来控制的。第四：加工过程，加工工具（阴极）理论上没有消耗的，可以无限次使用。这既可以节约成本也可以提高生产效率。第五：电解加工去毛刺的整个电解加工装置简单，操作方便，不需要等级高的操作工人。但是电解加工也有局限性：第一：对于型腔的去毛刺加工，其阴极设计制造的工作量大，在加工复杂形状零件时，阴极的制造周期较长。第二：被加工材料的金相组织要求均匀，否则不能获得良好的光洁度。对于普通铸铁和渗碳 加工后的表面质量就很不好。第三：电解加工的电解液对于机床设备往往具有腐蚀性。而对机床设备的防腐蚀设备要求较高，这样便导致了加工机床的造价比较昂贵。通过上面我们可以知道，电解去毛刺既有自己的优势也有不少自己劣势，这次毕业设计我要设计的是多工位内孔毛刺电解去除机床，实现方便快速地大批量去除内孔毛刺，解决套筒类零件的内孔毛刺手工处理成本高的问题。3 国内外现状和发展趋势3.1 国外电解去毛刺机床现状在国外EDM与ECM（又称：ECAM英国，EDCM日本）进行了多年的试验研究，取得了较大的发展，但是对于其控制问题仍仍然存在困难，他们对于三维复杂型面，型腔的电解加工，包括尺寸加工和光整加工在内仍在不断的研究之中。目前国外在电解加工设备控制系统上已经采用CNC系统，但是控制方案仍局限在分别控制单一参数恒定模式上。在工具电极的设计和计算方法上，国外又将有限元法用于阴极设计研究，并且开始尝试着将电解加工纳入产品设计与制造一体化以及FMS的系列。从当今电解加工的水平上来说，英国R.R公司电解加工叶片全自动生产线，荷兰飞利浦公司电解加工电动剃须刀的自动生产线，美国GE公司的五轴数控电解加工机床代表了当今电解加工设备的水平。利用模块化设计的可重构制造（RMS）系统，可不断的调整系统的制造过程，制造功能，和制造能力有利于实现制造柔性化。3.2 国内电解去毛刺机床现状 在国内，90年代出现了高频和窄脉电流加工，经过工艺实验证实了其可行性和显著技术经济效果，有望将电解加工提高到精密加工的水平上，扩大到细微加工领域，而展成电解加工法又克服了全形复制法电解成型加工的缺点，较大程度的提高了电解加工的柔性，有利于缩短生产周期，近年来又较深的入全面的进行了成型规律的实验研究，并且开始了产品的加工，例如航空发动机扭曲交截面，整体叶轮加工以及直升机旋翼座架型面加工，并开发了柔性电解加工单元以及计算机控制的多坐标机床，计算机技术开始应用到电解加工领域。 我国电解加工发展的具体阶段是：最早研究并且成功应用的电解加工技术是原兵器工业部西安昆仑机械厂的深孔和膛线加工，从1958年建立第一个研究基地到1965年全国首届电解加工学术会议召开，电解加工在航空，航海，航天以及民用工业迅速推广。20世纪70年代进出“爬坡”阶段，为了解决加工精度问题国内外先后提出混气电解加工，钝性电解液，工频脉冲电流，震动进给等工艺措施。内蒙古第二机械厂发表了电解加工成型规律理论分析小册子。进入80年代，计算机技术开始向电解加工渗透，西安年机械厂和原北京工业学院联合进行了炮管进出口尺寸微机控制研究，虽然没有用于生产，但是为后人的研究打下了良好的基础。南京航空工业大学的展成法电解加工，大连理工大学的电解与机械混合，北工业大学的电解与电火花的复合研究也在这时期开展起来。许多单位还开展了工具电极的CAD/CAM研究。90年代后，华南理工大学在近代功率电子技术发展基础上研究的高频率窄脉冲电解加工电源，进一步强化了电解加工的非线性，西安昆仑机械厂和西安工业学院联合研制的CNC同步控制电解参数和阴极运动轨迹解决了大缠角混合膛线的加工难题。目前，电解加工已经成为国防和部分民用工业的关键工序的定位工艺。但是由于加工间隙的电场，流场，磁场及阳极溶解动力学因素交互影响，电解加工过程十分复杂，阻碍着该项技术向纵深发展。比如对其过程的监测和控制非常困难，迄今为止，除了在个别应用对象上有所突破外，还没有通用的在线直接测量加工间隙的有效手段，不均匀的间隙分布使工具电极设计成为一项困难度很大的工作，在对新的加工对象进行阴极研制的过程中往往要对阴极进行多次修改，工具阴极的CAD/CAM尚处于实验室研究阶段（个别零件除外）。此外，从绿色制造的角度，电解加工产生的大量产物和废液需要处理。总之，对电解加工的研究处于多学科的交叉点，包括提高加工精度的有效措施，加工过程的监测和控制技术，工具阴极设计，电解液处理以及电解加工的机理研究等。 3.3 未来发展趋势 随着21世纪信息，生物，微纳米技术的发展及其对制造技术不断增长的需求，微细加工将成为制造相应设备的重要手段，电解加工进行材料去除是以离子溶解的形式进行的。这种去除方式使得电解加工具有微细加工的可能性。目前过内外制造业都十分关注微细电化学加工的发展，将电解加工高速去除金属理论用到传统的电化学过程中去，是促进该项技术进步的有效途径，微细电化学加工就不仅仅是指在静态的条件下的掩膜电化学刻蚀了。利用电化学测试技术中，使其与超短脉冲电流电源，间隙控制调节系统等技术集成，为实现亚微米级微细电化学加工提供一条途径。此外，利用电解原理，在磨削过程中，不断对粘结金属砂轮中的结合剂进行电解在线修形技术可以有效实现对硬脆材料的纳米表面加工。电解加工既具有高速加工大而复杂零件的实力，电化学离子级的蚀除机理又使之具有微细加工的潜质，向精密，微细加工进军也是电解加工的发展方向。电解加工高速去除金属的实践对电化学理论的发展有深远影响任重道远。4 主要研究内容与研究目标4.1 研究内容根据机床加工特点，设计了可行的加工方案及机床专用夹具体，并设计了专用于深长孔加工的电极，完成了电解去毛刺的任务。经过电解去毛刺后，基本上消除了由于相交孔处毛刺脱落造成卡死的现象，为机床整体清洁度的提高打下了良好的基础，零件的合格率和可靠行都得到了提高。机床操作方便，加工效率高，加工精度好，达到了设计任务的各项技术要求在国内具有一定的创新性和实用价值。4.2 研究目标在主要功能上本机床可以实现对所要求的零件进行去毛刺加工，在加工间隙为0.6mm，加工精度基本能够达到要求，并且由于采用气动夹紧，整个夹紧过程简单方便，一次性加工的零件为6个，并且在加工的 同时可以清洗和安装待加工零件，循环交替可以大大的提高加工效率，保证在加工过程中的加工精度和加工安全。并且在结构上滚珠丝杠带动部分是整个机床比较轻巧的部分因此在电机带动阳极工作台转动时也比较容易达到稳定的移动速度，在移动中无论噪音和震动上都比较小。在整个机床的安装上也比较方便，整个电解去毛刺加工的阳极和阴极工作区域做好了充分的绝缘和防电解液冲击的措施。4.3 技术方案4.3.1电解去毛刺机床的布局选定总体布局的类型是指机床各部件之间（床身，立柱，工作台，变速箱，夹具）相互配置的形式。总体布局中应该考虑的主要问题是如何有利于实现机床的主要功能，满足工艺要求，以最简便的方式达到所要求的机床刚度，精度，同时还要可操作性好，便于维护，安全可靠，造价性能比低。本机床采用的是立式机床中的框型结构。如下图1所示: 图1是立式机床中的框型结构滑枕在上部向下进给式，这种框架布局已经被德国AGE公司使用，属于重型机床，工作台可以机动，可用来加工大型工件，由于本机床要一次安装12个工件，一时间加工的工件数是6，所以我们可以选用这种布局形式。本机床的一些主要参数列举如下：机床尺寸： （长宽高）（1628mm1184mm2072mm）工作台尺寸： （直径） （580mm）最大工件尺寸：（直径：D=40mm，高度：h=70mm,内径: d=30mm）阴极直径为： 主轴的最大载荷（丝杠的最大载荷：400N，使用三根丝杠的共同的共同载荷为1200N）主轴的行程为 320mm，主轴的移动速度为 40mm/s电解槽的尺寸为（1032mm1080mm1020mm）泵的流量为Q=30L/min压力为200,电解液过滤能力为 150L/min,排除电解沉淀能力为10L/min。机床的主要主题结构是焊接结构，外面涂覆环氧树脂用来防锈。主轴进给系统采用三相异步电动机经过机械装置以后输入导滚珠丝杠，驱动阳极工作台，阳极工作台由三根丝杠支撑，这样可以保证整个支架运动的稳定性，进给运动均匀。所考虑的工艺方案大致分为两种：阴极进给式和阴极固定式。前者的好处是：柔性高，可以根据不同的工件设定不同的阴极进给距离，相同孔径、不同深度的工件无需更换阴极头。此外，在发生短路时可由程序控制自动退回微小距离，消除短路。缺点是工件与阴极的定位制造精度要求非常高，稍有偏差即可能出现阴极无法插入进回油孔的现象，另外电解机床处于强腐蚀环境，对进给的丝杆容易造成不利影响。而阴极固定式的好处在于可以使用阴极来直接定位，保证极间间隙基本一致，并且减少了丝杠等部件，简化了床身，减少被腐蚀的可能，降低成本。其缺点在于出现短路情况无法调整，必须重新进行预处理。考虑到大规模生产的效率和环境对床身结构的要求，选用阴极固定式作为电解去毛刺机床的加工方案。4.2.2关于电解液的研究影响加工精度的另一个重要因素是电解液。其中影响因素主要有电解液的成分、配比、浓度、压力、流量等。现在电解加工一般用NaCl、NaNO3、NaClO3等中性盐溶液。其腐蚀性较酸性及碱性溶液小，使用时较安全。使用NaCl溶液时，加工速度较快，但加工面易发黑，粗糙度较差。而NaNO3虽然加工速度较慢，但加工表面粗糙度较好。因此本机床选用10%-13%的NaNO3溶液作电解液。为了缓解腐蚀作用，可以添加适量的苯丙三氮唑或亚硝酸钠，弹药注意废液的处理。电解液经过一段时间的使用后应使用比重计重新测量溶液比重，并将其保持在稳定的范围内。增加电解液的压力，使得流速增加，流量增大，电解液在加工电极处离子析出充分，有利于带走电解产物，电解效果好。而压力过低容易使得电解产物不能被及时带走，有可能造成短路现象。4.3.3关于预处理的研究因为采取了阴极固定式的加工方案，因此相交孔处必须要预处理，即利用砂条先将大毛刺的尖角去除，否则一些毛刺或翻边严重的工件将无法通过短路检测，从而无法进行加工。如果不加短路检测电路，短路时电极与阳极接触，有可能将电极管从根部溶解。在实际生产中，即使经过预处理，也有少数工件仍然出现短路现象，可将这些工件放入单独的周转箱，返回进行再一次预处理，经过两次预处理，基本上可以消除短路的现象。始终无法解决的工件一般是由钻孔时位置度超差，属于极个别现象。4.3.4电解去毛刺工艺试验在生产实践中随机抽取工件并剖开检查，结果表明：进回油孔交接处毛刺去除干净，形成光滑的圆弧，电解处粗糙度在Ra1.6以下。5 技术要求 设计一电解去毛刺机床用来去除套筒侧孔的毛刺，具体要求如下： 1：实现上下件，电解去毛刺和清洗三道工序一次装夹完成，设计出满足需要的夹具，电极上电源的引入。 2：加工工具阴极设计 3：阳极纵向移动装置设计 所要加工的工件其具体尺寸如下图2所示：图2是所要加工的工件及其具体尺寸6进度计划3月 9 日 3月13日 查阅资料、调研3月16日 3月20日 外文翻译、开题报告3月23日 4月10日 总体机构方案设计4月13日 4月24日 绘制装配图草图，参数计算4月27日 5月 8 日 绘制正式总装图及装配图5月11日 5月22日 绘制零件图5月25日 6月 5 日 撰写设计说明书6月 8 日 6月12日 评审论文6月15日 6月19日 答辩7参考文献1 何七荣.机械制造方法与设备.北京：中国人民大学出版社,20002赵世华.金属切削机床.北京：航空工业出版社,19963王慧芳.金属切削机床.北京：机械工业出版社,19944于骏一、邹青.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社, 20045邹青.机械制造技术基础课程设计指导.北京：机械工业出版社,20046韦彦成.金属切削机床构造于设计.北京：国防工业出版社,19917韩洪涛.机械加工设备及工装.北京：高等教育出版社,20048孔普礼.机械加工设备.北京：机械工业出版社,20049谭庆昌、赵洪、曾平. 机械设计.长春：吉林科学技术出版社， 200010寇尊权.机械设计课程设计.长春：吉林科学技术出版社，199911组合机床编写小组.组合机床讲义.北京：国防工业出版社，1975年出版12陈塑寰、聂毓琴、孟广伟.材料力学.长春：吉林科学出版社，2000年出版13机械制造技术基础课程组主编.机械制造技术基础课程