基于数控加工中心的LOM快速成型装置设计开题报告

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大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 专 业 ： 机械设计制造及其自动化设 计 题 目 ： 基于数控加工中心的 LOM 快速成型装置数字样机设计（机械结构设计）指 导 教 师 : 毕 业 设 计 开 题 报 告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1、本课题的研究背景及提出1.1 研究背景随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争愈演愈烈,产品更新换代加速,迫切需要采用先进的创新手段。用传统的方法制造物理原型时,通常需要使用多种机床设备和模具,既费时又费钱,快速成型(RP)技术的出现,可以在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造 [1]，快速成形技术是在 80 年代后期率先由美国完成研究、开发及商品化的一种先进制造技术 [2]，它综合了各个学科之间的卡日互联系，是一种极具生命力的新领域，由于快速成形技术自身的特点使其成为制造业中新的经济增长点 [3]。 在功能零件快速制造的研究领域，村上(日本)将热塑性树脂、导电材料和金属陶瓷粉末混和在一起，利用 FDM(fused deposition method)快速制造高强度可导电的复合树脂模型，Li X C(美国)在 FDM 造型中埋入传感器制造特定功能零件，Nam S w(美国)等用 PDM(plasma deposition method)方法制造陶瓷微型涡轮机零件，Link G(美国)通过激光堆积快速制造碳钢零件。这些研究所用的方法各有长短但都是堆积成型，不可避免地存在侧表面阶梯效应，致使精度低，表面质量差，由于精度不够造成对后处理的依赖性，也降低了制造过程的柔性，同时由于成型工艺的限制也普遍存在强度偏低无法满足功能零件要求的问题。LOM 系统作为比较流行的 RP 系统之一有其独特的优点,其应用领域和应用途径日益广泛,必将给制造业带来巨大的效益,但是现阶段用金属板材作造型材料的 LOM 在技术上尚存在许多应解决的课题,如分层材料的堆积成形精度问题,金属板材的连接问题等[4]。1.2 课题的提出 针对直接利用金属板材作造型材料分层实体制造金属功能零件所存在的问题，我们提出一条新的 LOM 技术途径 [4],用现有的加工中心切割层片轮廓代替快速成型机的激光切割功能，降低了开发成本和开发技术难度 [5]。为适应利用一系列专用角度铣刀进行加工的需要，我们利用具有刀库和换刀功能的加工中心来完成任务。2、本课题国内外研究现状快速成型与制造技术(Rapid protoyping／manufacturing，简称 RP／M)经过 10 多年的研究和开发，取得了很大的成就，推出了系列商用 RP／M 系统。但现有 RP／M 技术主要以树脂、塑料、纸张等作造型材料，仅适合制造原型零件或功能原型零件，尚不能直接快速制造具有实际功能的机械零件。为此，功能零件的快速制造成为目前 RP领域的研究热点之一 [6]。2.1 国内外的快速成型方法目前,比较成熟的快速成型工艺方法已达十余种,得到广泛应用的主要有如下几种:光敏树脂固化实体制造(SLA) [7]、分层实体制造技术 ( LOM )[8]、激光选区烧结技术 (SLS)[9]、熔融沉积技术 ( FDM )等快速成型技术。其中,由于 LOM 技术的制造原型精度高,成型件质量高、成本低的特点,特别适合于中、大型制件的快速成型 [10]。LOM 分层实体制造，其中的成形材料为一面涂有热溶胶的薄型材料(如纸、金属薄带等)，先通过热压板(或辊)将层间粘紧，再由 1 二控机控制激光器对薄材进行轮廓的切割，将多余的材料部分切成具有一定间隔的网格，以便于后处理阶段从原型交体中分离；然后，再在其上加上新的一层薄材，热压、切割，层层叠加至到完成整个原型文体的制造。Obikawa 用 0.2mm 厚、两面涂覆低熔点合金的薄钢板作造型材料，采用 LOM 方法快速制造金属零件 [11]；山崎则用 0.5 mm 厚的薄钢板作造型材料快速制造车体模具 [12]。2.2 现代快速成型存在的问题但是现阶段用金属板材作造型材料的 LOM 在技术上尚存在许多应解决的课题。1)分层材料的堆积成形精度问题，显然，分层板厚度越薄，成形精度越高。现有商用化的 LOM 技术，一般以纸张、树脂板等作造型材料，其分层板厚度仅为 0.05 mm～0.10mm．而用金属板材作造型材料时，从造型强度与效率考虑，现有分层板厚度为 0.2 mm～0.5 mm，直接采用现有 LOM 方法，则造型精度差。2)金属板材的连接问题，现有低熔点合金粘接法 [13]、螺栓紧固加电弧焊接法 [14]，以及热扩散焊接等工艺方法 [15]，在金属板材的连接工艺上虽然各有长短但均未获得满意的效果。3、 本课题的研究意义在制造业竞争日趋激烈，产品更新换代的速度逐渐加快的今天，企业要想在激烈的竞争中立于不败之地，必须根据市场需求更快、更好地生产出市场所需的新产品，并且能够根据市场的变化迅速地作出调整，以期达到产品的最大经济效益和社会效益，并使企业始终处于同行业之前列。在这种形势下，如何缩短产品的开发周期，降低产品的开发成本，已成为企业发展所要解决的首要问题。产品开发能力的强弱直接关系到一个企业在市场上的竞争力，关系到一个企业的生命 ，用传统的制造方法和手段，设计周期长，制造成本高，很难满足瞬息万变的市场发展，必将在竞争中处于劣势。由于快速成形技术在产品研制、开发中所特有的先进性，独特性，因此广泛应用于制造业中的各个领域 [15]。这种基于数控机床的快速成型工艺国内外还未见过，分析表明，以现有的数控设备为依托，只要发挥中小企业的技术人员的潜力，开发必要的软件是完全有可能在机床上实现金属零件的分层制造，为我国的制造业服务，加快 RP 技术的推广,而 LOM 系统作为比较流行的 RP 系统之一有其独特的优点,其应用领域和应用途径日益广泛,必将给制造业带来巨大的效益。参考文献：[1] 黎明,雷源忠.现代制造科学展望 [ J].中国机械工程, 2000(11).[2] 冯金玲、谭锁奎 快速成型技术及其在铸造中的应用与发展[J]汽车工艺与 材料，1988 （2）[3] 刘力松、檀润华、孙建忠、韩炜，快速成形发展原理及在产品开发中的应用 河北工业大学学报 2002[4] 张吉堂.沈兴全.王爱玲.经济型快速成形系统研究 -中国机械工程期刊论文期刊论文 1999,10(11)[5] 陆春月 经济型金属功能零件综合优化切片软件研究及专用刀具设计 2005[6] 边秋梅、张玉斌、郑鸿飞、张吉堂，基于数控机床分层快速成型金属零件的关键技术研究. 太原师范学院学报 2004（1）[7] 谭永生 FDM 快速成型技术及应用[J]航空制造技术，2000(1)[8] 芶吉化.彭颖红.阮雪榆 快速成形技术及其工艺分析[期刊论文]-机械科学与技术 2001(01)[9] 王运鞯 快速成形技术与 ZIPPY 快速成形系统[J]．机械电子．1997(6)：43[10] 张健,芮延年,陈洁. 基于 LOM 的快速成型及其在产品开发中的应用 苏州大学学报 2008[11] Obikawa T Rapid manufacturing system by sheet steel lamination. Proceedings of 14th International Conference on Computer Aided Production Engineering 1998[12] 山崎久男 積屑金型の金型の大物自動卓部品への用 2000(07)[13] Chilgs THC,Justern Plinear and geometric accuracy form layer manufacturing[J] Annals of the CIRP，1994[14] 易树平。熊世权．金属零件分层快速制造关键技术研究[J]．机械工程学报， 2002[15] 颜士伟.快速成型技术发展状况及展望 [ J].汽车制造与装备, 2005(4)毕 业 设 计 开 题 报 告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、需要解决的问题1) 以用户现有的具有 2.5 轴以上联动功能的 CNC 数控机床为基础，以高档微机和三维 CAD 造型软件作造型设计模块，只配置切片处理模块和快速成型装置模块中的必要部件来完成产品成型过程的快速成型系统。2) 原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等结构的专门研究设计。2、拟采用的研究手段1）原材料存储及送进机构 由一个步进电机、一个储料轴和两个螺旋锥套、两个导向杆、一个余料轴和套筒、四个轴承座以及所必须的相应的支撑、轴承 和螺栓等组成。2) 热压机构一种方案：运用热压辊 主要由橡胶滚子，加热铝筒，热水器等组成。另一种方案：运用热压板 由整块热扎钢板制成中间有蒸汽通道 可以通 过热压蒸汽或热压油来进行加热。两种方案进行相比较，其中热压辊压力均匀但效率低，而压力板效率高但压力不均匀。热压机构在这里是作为一个特殊的刀具放在刀具库中的，刀具在刀库中的位置应与用来切割涂覆纸的刀具在刀库中的位置是相邻的，这样放置的目的是使在换刀的过程中刀库转过的角度为最小，以节约加工时间，提高生产效率。3）专用刀具切割机构采用现有的CO 2激光器进行切割。4）切割粘压工作台就直接利用原来的加工中心的工作台。但是大家都知道加工中心的工作台上开有T 型槽，我们直接利用其来进行切纸工作，T 型槽会带来一些加工上的不便，我们刚开始先不进行加工，先在工作台上粘压一定厚度的纸，因为这种涂覆纸粘压后的强度很好，相当于木质材料的强度，加之加工时的切削力并不是很大，所以在以后的加工中不会有问题。这样做会大大降低制造费用。5)总体结构设计 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日