毕业设计（论文）开题报告-变角度曲面数控仿真加工.doc

毕业设计（论文）题目 变角度曲面数控仿真加工专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 0学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2012 年 5 月 20 日以下填写内容各专业可根据具体情况进行修改，但每个专业应保持一致。一选题的依据及意义：选题的依据在现代化工业生产中， 60%90%的工业产品需要使用模具加工， 模具工业已成为工业发展的基础。作为制造业基础的机械行业，据国际生产技术协会预测，21世纪机械制造业的零件，其粗加工 的 75%和精加工的50%都将依靠模具完成。因此模具行业已成为国民经济的重要基础工业。随着企业的发展，一个机械企业要想在竞争中立于不败之地。首先这个企业要有自己的加工后台。而此加工后台必须有自己的模具才能不依靠其他企业而生存，所以模具的设计与开发尤为显得重要，所以我据此写下此论文开题报告。 选题意义选择变角度曲面数控仿真加工这个课题， 使我对模具零件有了比较深的了解，使我对工艺路线的设计更加的娴熟，进一步加深了对零件工艺路线编写的能力，对于CAXA制造工程师软件绘制二维图和三维图更加熟练，对于仿真加工理解的更深刻， 对于数控机床方面的实识有了更全面的了解，而且这次毕业设计是对我综合能力的一次检验，能让我对以前所学知识有了复习和深入，更加强了自己动手设计的能力，对以后遇到问题能独立思考完成能力的培养。由北京北航海尔有限公司开发的CAXA制造工程师软件具有易学易用的特点，灵活、强大的造型功能与自动编程功能可以实现复杂零件的造型设计和加工代码的生成，同时还可以通过直观的加工仿真来检验加工工艺和代码质量。CAXA具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能CAXA 提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。CAXA 还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。CAXA 的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性 。一 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：摘要：随着高新技术的发展，人们对外观美学效果的需要，复杂曲面的应用也越来越广泛。 但是复杂曲面的应用在应用方面仍然需要取决于力学特性和功能的需要和满足人们对产品外形的需要。变角度复杂曲面的发展和实现，又取决于变角度复杂曲面的设计技术和加工技术。所以我们从3个方面分别阐述它们的研究现状和发展趋势：变角度复杂曲面设计技术，变角度复杂曲面加工技术，变角度复杂曲面加工设备。指出变角度复杂曲面设计技术，加工技术及加工设备发展存在的主要问题，对其发展趋势进行科学预测。关键词：变角度复杂曲面 精密 加工 装备 现状 趋势一 前言 随着全球经济的发展，市场竞争日趋激烈，具有变角度复杂曲面的产品越来越多，广泛应用于模具，能源，交通，航空，航天，航海，等领域，变角度复杂曲面的复杂性主要体现在：许多边缘学科，高科技产品领域对产品涉及的曲面造型有很高的精度要求，以达到某些数学特征的高精度为目的；现代社会中，人们在注重产品功能的同时，对产品的外观造型提出了越来越高的要求，以追求美学效果或功能要求为目的。因此，进一步提高变角度复杂曲面的设计和加工水平成了国外竞相研究的焦点。二 主题1 变角度复杂曲面设计与加工技术的发展 1.1变角度复杂曲面造型设计的发展及现状变角度复杂曲面造型技术是计算机辅助设计和计算机图形学中最为活跃，同时也是最为关键的学科分支之一，它随着CAD/CAM技术的发展而不断完善，渐趋成熟。它主要研究在计算机图像系统的环境下对曲面的表示，设计，显示和分析，源于飞机，船舶的外形放样工艺。从研究领域来看，变角度曲面造型技术已从传统的曲面表示，曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形，曲面简化，曲面重建，曲面等距性。此外，随着工业生产的发展和需要，其他学科的技术方法被引进到计算机图形学中来，形成一种融合的趋势，出现了许多新造型方法的研究：如基于物理模型优化的曲面造型方 法、基于力密度方法的曲线曲面的造型方法等。1.2 变角度复杂曲面反求技术的发展和现状 反求技术,也称逆向技术、 反向技术,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测 量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的 CAD 模型的过程,是一个从样品 生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。 随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，反求技术不再是对己有产品进行 简单的“复制” ，其内涵与外延都发生了深刻变化，成为家电、汽车、玩具、轻工、 建筑、医疗、航空、航天、兵器等行业最重要的产品设计方法之一，是工程技术人员 通过实物样件、图样等快速获取工程设计概念和设计模型的重要手段。 复杂曲面反求技术是20 世纪80 年代初分别由美国明尼苏达采矿制造公司、 日本 名古屋工业研究所以及美国思博明仪器设备有限公司提出并研制开发成功的。目前， 已有一些高等学校和企业正致力于这方面的研究。如浙江大学、西北工业大学、南京 航空航天大学、西安交通大学、清华大学、上海交通大学、华中科技大学等先后开展 了复杂曲面反求工程CAD问题的研究。 1.3 光学自由变角度曲面加工技术的发展 加工高精度变角度复杂曲面光学零件代表了超精密加工技术的最高水平。 由于对光学自 由曲面零件的形状精度要求达到微米、亚微米级，表面粗糙度达到纳米、亚纳米级， 必然使得光学自由曲面加工的复杂程度远比传统球面和非球面要高得多。但是，由于 光学自由变角度复杂曲面零件在工业上应用广泛，使得其成为复杂曲面加工技术的重要研究领 域。 由于曲面光学零件属于难加工的硬脆材料， 且自由曲面有较大的曲率变化和多变 的曲率中心，该领域除了采用超精密磨削、研磨及抛光技术外，还多采用计算机控制 光学表面成形等技术实现光学自由曲面的加工。 国内外学者对各种硬脆材料的磨削机 理、加工工艺、加工设备、磨削力、磨削热、砂轮磨损等问题进行了广泛而深入的研 究，相继研发出了高速磨削、缓进给磨削、镜面磨削、恒压力磨削和延性域磨削等高效磨削工艺，对光学自由曲面加工需要多轴联动的超精密数控机床，例如，美国摩尔 公司的超精密五轴数控车床Nanotech500FG，Precitech 公司的Freeform700A 超精密 五轴机床等采用单点金刚石车削或铣削等加工技术实现自由曲面的加工。 2.变角度复杂曲面加工设备的发展和现状近年来，变角度复杂曲面零件的加工技术由于多轴联动数控加工中心的应用得到了突 破。国外多轴数控切削技术发展很快，CNC 机床已经从三轴发展到十轴。日本研制的 五面加工机床采用复合主轴头，可实现4 个垂直平面、任意角度的倾斜面和倒锥孔的 加工。德国德马吉公司生产的DMUVoution 系列加工中心可由CNC 系统控制、CAD/CAM 直接或间接控制，在一次装夹下完成五面加工。另外，随着数字化光电技术的高速发 展，精密多轴曲面磨床的技术性能得到改善。瑞士的罗诺曼迪克有限公司研究开发的 高精度NC600Xplus 六轴工具磨削中心配装了光学装夹，每个磨削砂轮的位置在机床 上都可以在线测量。 近年来，我国在多轴数控机床的研制方面也取得了很大的发展。沈阳机床厂研制 生产的GMB25505x龙门式五轴镗铣加工中心应用于大型叶轮等复杂曲面高速、精密加 工。 济南二机床集团有限公司研制生产的XKV2740 型五轴联动定梁龙门(双龙门)移动 数控镗铣床，可以完成对多种叶片、螺旋桨、金属模具等大型复杂曲面的精密加工。 北京机电院与东方汽轮机厂联合开发了五轴联动大型叶片加工中心， 可一次装夹完成 60 MW 汽轮机首末级叶片的加工。齐齐哈尔二机床厂、清华大学和哈尔滨电机厂有限 责任公司联合研制了新型龙门式五轴联动混合机床，实现了三维立体曲面的高速切 削，成功加工出三峡工程左岸水轮发电机组特大型水泵叶片。3国内存在的问题进入 21 世纪以来，复杂曲面加工技术领域作为机械制造的重要组成部分,在我国虽然已经取得了长足的进展,但是与国际先进水平仍然存在很大差距，主要表现在以下几个方面。（1）高档多轴数控机床主要依赖与进口。复杂零件变角度曲面结构的多样化，复杂化以及高精度化需要依靠多轴数控切削加工来实现。我国对多轴数控机床的研究与起步较晚，虽然已经开发了一些多轴数控机床，但在质量，功能和性能等方面还有待提高，其中一些关键零部件，特别是支承系统和控制系统，在线检测系统主要还依赖进口。（2）变角度复杂曲面数控加工软件有待进一步开发。近年来虽然在变角度复杂曲面建模和切削加工方面的研究取得了一定的成果，但在变角度复杂曲面数控切削软件方面仍需要努力，有的机床公司虽然开发了多轴数控机床，但在开发数控加工软件方面显得力量不够，数控加工软件问题没有彻底解决，使得整机的应用受到了严重影响，针对工具研究较多，但很少从多轴联动变角度复杂曲面形状加工路径生成的角度去研究问题。（3）变角度复杂曲面检测技术及仪器设备及研究有待加强。变角度复杂曲面的加工虽然是按照零件设计中所描述的结构特征及结构尺寸进行的，但由于加工过程中变角度复杂曲面的特征表面的形成过程非常复杂，且往往会出现干涉现象。由于复杂形状的零件具有形状 复杂的功能表面，在检测与这些功能表面有关的零件结构参数时，传统的检测方法难 以实现，只能采取间接测量的方式，但必须得到零件在法剖面及端截面内的截形，按 照这样的方法实际操作起来十分困难，一些高档的检测设备仍然依赖进口。因此，需 要探讨更有效的检测方法，研制高档的检测仪器设备。 三 总结(1) 复杂曲面广泛应用于航空、航天、航海、模具、工具、能源、交通等领域， 它作为机械制造的重要组成部分，在我国虽然已经取得了长足的进展，但是与国际先 进水平仍然存在很大差距，其发展对提高我国机械设计与制造水平具有重要的理论意义和应用价值。 (2) 近年来，随着计算机技术、自动控制技术的发展，特别是多轴数控加工技术 在复杂曲面加工中的广泛应用，从曲面造型、反求技术等的复杂曲面设计到光学自由 曲面、复杂刀具等的曲面加工技术，复杂曲面设计和加工技术有了突破性的发展。 (3) 对复杂曲面质量的要求带动了复杂曲面加工设备的进一步发展， 复杂曲面多 轴联动加工技术也日趋成熟。我国对多轴数控机床的研究与开发起步较晚，虽然已经 开发了一些多轴数控机床，但是，还应该加强对机床关键零部件等功能部件、配备智 能化技术和高性能数控系统的多轴数控机床的研究和开发。 四 参 考 文 献 1 孙大涌. 先进制造技术M. 北京：机械工业出版社，2 刘雄伟. 数控加工理论与编程技术M. 北京：机械工业出版社，3 周建忠，张永康. 激光加工技术在汽车车身制造中的应用J. 电加工与模 具，4 焦向东，贾永田. 基于快速原型技术的金属模具制造发展现况J. 制造技术与机床5 赵玉刚，周锦进. 新型的复杂曲面磁粒光整加工机床J.机械工程学报， 6PAGE F，GUIBAULT F. Collision detection algorithmfor NURBS surfaces in interactive applicationsC/Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering，May 4-7， 2003，Montreal，Que.，Canada.Piscataway， NJ. USA：IEEE，2003：1 417-1 420. 7 刘浩. NURBS 曲面间的最短距离D. 南京：南京航空 航天大学，8 潘 俊 . PH 曲 线及 有 理 PH 曲线 插 值及 其 应 用 D. 上 海： 复 旦 大学 ， 9 吴宗敏. 径向基函数、 散乱数据拟合与无网格偏微分方程数值解J. 工程 数学学报， 10 陈发来. 双二次Bzier 曲面的正性与凸性J. 高校应用 数学学报， 11 范树迁. 反求工程中自由形状模型的美化技术D. 杭州：浙江大学， 12 朱永强，鲁聪达. 自由曲线曲面造型技术的综述J. 中国制造业信息化13 柳晓燕， 冯峰. 基于能量优化的NURBS 曲面几何特征修改J. 计算机工程 与 应 用 研究内容：1用CAXA制造工程师软件绘制变角度曲面零件三维、工程图样；2人机交互设计零件的铣削加工工艺，编写变角度曲面零件的工艺过程卡和工序卡。3在CAXA制造工程师平台上生成数控程序，格式符合机床数控系统（FANUC的格式）4在微机平台机上图形仿真刀具运动轨迹； 5完成本课题设计说明书，字数不少于1.5万字；6上交毕业设计资料纸质版和电子版各一份。实验方案：我想我的工作方案可以大致分为以下步骤： 首先是对我的课题的分析，了解我所设计的课题是关于哪些方面的，需要掌握一些什么知识，研究的方向。 其次是在完成了课题分析后，就是开始学习相关知识和收集有关课题的资料，完了以后完成开题报告。 课题的工作方案而后就是开始进行设计了，首先就是选两个合适的模具零件，我会对CAXA制造工程师软件 对它进行三维造型，这样有利于我对所需要加工的模具更了解。而且还用 CAD 画出它的二维图，这样有利于数据的研究。 绘图完成后，我会根据机械制造工艺学课程设计指导书和零件工艺手册对上下模 具进行主要工艺的编写。 再依据完成的模具的工艺路线，利用CAXA制造工程师软件对其进行实体加工，加工 过程中依据实际情况选择合适的刀具、主轴转速、切削用量、进给量、决定粗加工和 精加工的次数等等。 在加工过程中记录每一步的完成， 形成一个整体的仿真加工过程。 加工完成后，利用CAXA制造工程师软件 打印出数控机床所需要的加工程序，并且对其检查和修改，完成符合机床的数控程序。 最后把所有的资料整理好，给老师检查，并及时改正老师指出的错误和设计不足的地方，把毕业设计完善。对于模具零件的工艺设计和CAXA的仿真加工研究有一定的困难。对于应用到的教学软件，我会更加认真的去学习它，如 CAD 或CAXA制造工程师软件等。 由于对于模具我不了解， 我会花大量的时间去查阅相关书籍和上网查找有用的资 料，这样对于我数控加工会有很大的帮助。 对于数控加工，由于学习的机床有限我会去学习多一点系统的编程，如西门子准课备题如研何究解有决无困难或法拉克。对于设计过程中遇到的问题，我会多和同学探讨，更多的是会向我的指导老师请教，在老师的指导下我会认真的学习老师要求我所需要掌握的知识，积极改正错误。 我想在以上的基础上，我只要肯用心去设计，肯花时间下去学习，特别是在这次 寒假时间比较长，我会把我主要的时间都花在毕业设计上和去学习一些相关知识，我想应该能顺利完成毕业设计任务。一、 目标、主要特色及工作进度目标灵活使用Mastercam 仿真加工软件，通过CAXA制造工程师仿真加工软件的多轴加工功能解决变角度曲面零件在数控仿真加工中的关键技术问题，学会编写变角度曲面的加工工序以及加工程序，利用CAXA制造工程师软件对其进行实体加工，加工过程中依据实际情况选择合适的刀具、主轴转速、切削用量、进给量、决定粗加工和 精加工的次数等等掌握铣削加工的工艺流程，认真观察加工刀具的运动轨迹，学会轨迹仿真、检验与修改。了解CAXA制造工程师软件的功能特点：1、 特征实体造型；2、 NURBS自由曲面造型；3、 两轴到五轴的数控加工；4、 三轴加工方式；5、 四轴到五轴加工方式（可选配置）；6、 支持高速加工；7、 参数化轨迹编辑和轨迹批处理；8、 生成加工工序单；9、 通用后置处理；10、最新技术的知识加工；主要特