开题报告-盘类零件加工工艺优化与仿真.doc

北 京 邮 电 大 学本科毕业设计（论文）开题报告学院自动化学院专业机械工程班级2013211402学生姓名学号班内序号23指导教师姓名所在单位职称讲师设计（论文）题目（中文）盘类零件加工工艺优化与仿真（英文）Process Planning and Optimization for plate parts毕业设计（论文）开题报告内容：（主要包含选题的背景和意义；研究的基本内容和拟解决的主要问题；研究方法及措施；研究工作的步骤与进度；主要参考文献等项目）1. 选题背景和意义盘类零件是机械加工中常见的一种零件，它的应用范围十分广泛，例如：夹具上的导向套、气缸套；支撑传动轴的各式轴承；法兰盘、齿轮、各类盘状接头等等。盘类零件主要起支撑、连接、导向、传动等作用。它的主体一般为回转体或其他平板型，主要由端面、外圆、内孔等组成，一般厚度方向的尺寸要小于其他两个方向的尺寸。大部分盘类零件的主要表面基本上都是圆柱型的，它们有着较高的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度和同轴度等要求，尤其是在有配合要求或用于轴向定位的表面上。端面与轴心线之间常有形位公差要求，对支撑用端面有较高平面度及轴向尺寸精度及平行度要求，对转接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求，对外圆、内孔有着同轴度要求。根据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同。一是以端面为主（如支承块），其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往在以孔为定位基准（径向）的同时，辅以端面的配合；三是以外圆为主（较少），与内孔定位同样，它往往也需要有端面的辅助配合。盘类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可选择实心铸件，孔径较大时，可作预孔。若生产批量较大，可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺，既能提高生产率，又节约材料。盘类零件的加工以铣削为主，加工时有不同的安装方案。用三爪卡盘装夹外圆时，为保证定位稳定可靠，常采用反爪装夹（共限制工件除绕轴转动外的五个自由度）；装夹内孔时，利用卡盘的离心力作用完成工件的定位、夹紧（亦限制了工件除绕轴转动外的五个自由度）。以外圆作径向定位基准时，可用定位环作定位件；以内孔作径向定位基准时，可用定位销（轴）作定位件。根据零件构形特征及加工部位、要求，选择径向夹紧或端面夹紧。生产批量小或单件生产时，根据加工部位、要求的不同，亦可采用虎钳装夹。零件上回转面的粗、半精加工仍以车削为主，精加工则根据零件材料、加工要求、生产批量大小等因素选择磨削、精车、拉削或其它。零件上非回转面加工，则根据表面形状选择恰当的加工方法，一般安排于零件的半精加工阶段。一般工艺路线：下料（或备坯） 去应力处理 粗车 半精车 平磨端面（亦可按零件情况不作安排） 非回转面加工 去毛刺 中检 最终热处理 精加工主要表面（磨或精车） 终检。现代机械加工制造技术发展迅速，各种加工设备不断升级完善，向着更快速更准确更智能的方向发展。在众多加工设备之中，数控机床扮演着重要的角色。这是一种装有程序控制系统的高度自动化机床，具有加工柔性高、精度高、可靠性高、适应性强、加工质量稳定、利于生产管理现代化等特点。其生产率和自动化程度均超过传统机床，能够较好地解决精密、复杂、多品种的零件加工问题。例如，数控车床在加工轴类、盘类零件等回转类工件时就有着非常高的效率，因而熟练使用数控机床并理解其内在机理对于现代工程师来说尤为重要。随着制造设备的自动化程度不断提高，数控加工技术得到了广泛的关注与应用，并逐渐替代了传统普通机械加工。它使全球制造业发生了根本性变化，可以说，数控技术的拥有、水平及普及程度已成为衡量一个国家或企业工业现代化水准及核心竞争力的重要标准。在国际市场，美国、德国、日本等国家掌控着中高端数控系统市场。国外的大型数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那科（FANUC）、海德汉（HEIDENHAIN）、三菱电机(Mitsubishi Electric)等。对于这些大型厂商来说，他们的数控机床功能已不仅仅局限于简单加工，而且还拥有着独立解决问题的能力，即向机器人的方向发展。随着人工智能研究的不断深入，数控系统的智能化程度也在不断提高。例如：应用自适应控制技术，数控系统能够检测到加工过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。同时，国外数控系统的纳米插补与控制技术已走向实用阶段。纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。FANUC和西门子都已实现这种高质量加工。总而言之，国外的数控技术十分先进，不断向着高速化、高精度化、高可靠性、智能化的方向发展。反观国内，得益于市场需求旺盛，汽车和机械制造行业发展迅猛，外商投资企业增长速度加快，近几年来我国机床发展势不可挡。然而，虽然我国的数控机床近年来在产品种类、质量产量、技术水平上都取得了很大进步，但数控系统的技术水平与国际一流水平的差距仍然很明显，差异仍存，问题仍存。我国数控系统基本占领了低端数控系统市场，经济型数控系统占较大比重。在中高端市场的开发上则稍显不足。在中高档及大型数控机床的研究开发上，超过70%的设备和部件均依赖进口，进口数控系统垄断的格局并未得到较大改观。目前，我国进口的数控系统基本为德国西门子（Siemens）和日本发那科（FANUC）两家公司所垄断，它们在世界市场上的占有率超过80%。总结起来就是我国数控系统始终处于低档膨胀迅速、中档进展缓慢、高档依赖进口的局面。造成这种局面的原因是多元化的，一方面我国在技术集成与应用方面的能力较差，很多技术急于从国外引进，却并未完全消化。对相关技术规范和标准的研究制定相对滞后。另一方面，我国缺少完善的专业人员技术培训体系，高素质专家人才极度缺乏，经营管理水平和市场营销水平也不高。同时，自主创新能力的缺失、知识产权保护意识的缺乏更是制约了国内数控机床产业的发展。针对此现象，我们应认清形势，承认不足，发展技术，自强不息，如此一来才能逐渐缩小与国际一流技术水平之间的差距。首先是加强技术创新。通过进口，我们确实获得了一些国外先进技术，却忽视了对基础性技术，如结构与精度、可靠性分析的研究。唯有在获得技术的同时不断进行优化，提升自主创新能力才能实现最终的超越。同时制造商们应当着眼于提升整体工艺与制造水平，提升相关功能部件的性能，以实现软硬件良好配合，达到理想状态。例如研发高性能的直线电机和电主轴；研发自动检测系统、高速防护和工具系统等。最后，最为关键的是加强对专业人员的培养。无论是熟悉机床操作、懂得维护懂编程的操作人员，还是熟悉机床机械结构及系统硬件知识、掌握CAD/CAM软件使用技巧的中级人才，亦或是精通机床结构设计，能够进行产品开发和技术创新的高素质专家，无不需要通过专业培训来习得高级从业技巧。唯有加大人才培养力度才能支撑起新时代数控机床的发展。数控加工技术应用的一大关键就在于计算机辅助设计与制造CAD/CAM技术。时下，计算机软硬件的飞速发展使得计算机的图形处理功能日益增强，利用CAD/CAM技术进行模拟仿真的自动编程技术逐渐成为主流。这种方法精度高、速度快、便于操作、使用简单。与传统的手工编程方法相比，利用CAD/CAM技术可以轻松处理形状复杂工序繁多的零件。例如盘类零件，它在机械加工中十分普遍，加工工艺复杂，难以控制精度。如若摒弃数控仿真技术，使用手工编程方法，不光进行复杂的计算十分低效，精度还无法保证，错误不断。也正是为了避免这些状况的发生，CAD/CAM技术在工业领域得到了广泛应用并逐渐普及，成为现代工业制造的一大关键技术。2. 研究的基本内容和拟解决的主要问题2.1 研究的基本内容1. 总结盘类零件的数控加工工艺，包括进行工艺性分析，确定基准、装夹方案、加工刀具、切削用量、进给路线，划分加工阶段和工序等。2. 利用UG NX软件进行盘类零件CAD仿真及编程，包括端面加工编程、内孔加工编程、螺纹加工编程、外轮廓加工编程，随后在此基础上使用VERICUT进行优化。3. 熟练操作数控铣床，能够进行简单工件的加工，完成盘类零件的铣削加工造型。2.2 拟解决的主要问题为了熟练使用数控机床，深入理解盘类零件的加工及仿真，加强对于数控技术及CAD/CAM仿真技术的认识，完成盘类零件的建模及加工造型，需要解决的主要问题有：1、常见的盘类零件有哪些？盘类零件的主要特点？数控加工特点？什么样的零件适合在数控机床上进行加工？完成常见盘类零件的数控加工工艺总结与分析，包括加工图样分析、零件的结构特点、工艺流程分析、零件的定位与装夹、加工方法及路线、注意事项等。2、进行盘类零件CAD/CAM仿真，调研国内外都是如何进行CAM/CAD仿真的，具体都使用了什么软件？这些软件都有什么优势劣势？调研后选择一款CAD/CAM仿真软件，CAXA、UG NX或EdgeCAM，制定数控加工程序方案，选择设备、刀具等。仿真完成后学习使用VERICUT软件，对仿真结果做进一步优化。3、处理特殊的工艺性问题，例如对刀点、换刀点的选择，刀具补偿等。优化仿真效果，实现对编程误差的控制。同时处理数控机床上的工艺指令，编制工艺文件。3. 研究方法及措施根据本课题的研究内容和拟解决的主要问题，主要采取以下方法进行研究：1、文献阅读。在还有很多问题没有获得一定了解的时候，可以充分的进行文献阅读，学习并研究与课题相关的知识，获取灵感，在文献中寻找可能的解决办法。2、小组讨论。和本课题类似的还有一个关于轴类零件加工及仿真的课题，两课题内容相近，故可以与那个课题的选题人多多交流，尤其在遇到像数控机床的操纵、仿真软件的使用、加工路线的规划等这些关键性问题时，我们可以采取小组讨论的方式来共同协商解决方案，毕竟有很多共性问题存在。同时还可以邀请指导教师参与交流，共同讨论以得到问题的最优解。3、计算机编程。数控机床的编程，包括仿真软件生成G代码都是整个课题的关键，所以需要提前开始准备与数控机床编程相关的知识。4. 研究工作的步骤与进度1-3周：查阅与课题相关的国内外文献，搜集资料，了解盘类零件特点、数控加工特点、加工工艺及步骤，初步熟悉数控铣床的使用。4-8周：熟知数控铣床的各项操作，能够利用手动模式和数控编程在铣床上加工相对复杂的零件；学习使用UG软件对盘类零件的加工进行仿真。9-11周：进一步学习UG软件的使用，完成盘类零件的加工仿真并生成NC代码；开始运用VERICUT软件对仿真结果进行优化。12-15周：完成零件加工的优化部分，得到具体优化结果；总结数控加工工艺，完成毕业论文。5. 主要参考文献1王金城，方沂. 数控机床及编程. 北京：国防工业出版社.2何贵显. 数控铣床/加工中心编程技巧与实例. 北京：机械工业出版社.3卢红，王三武，黄继雄. 数控技术. 北京：机械工业出版社.4 曾齐高，罗飞，杨世龙. 基于CAXA数控车的盘类零件编程方法的研究. 模具制造. 2016年第7期. 2016年:56-60.5 孙锐，张超. 国内数控加工技术的现状与发展趋势. 2015年,5月.6 李虎. 盘类零件车削编程工艺优化. 2015.7 刘一博. 典型盘类零件的数控工艺. 机械工人. 2007年第3期. 2006:63-64.8 邓守峰. 盘类零件数控铣削加工的工艺分析. 科技传播. 2014年,4月:150-151.9 单国红. 盘