基于數(shù)控加工中心的LOM快速成型裝置設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：學(xué) 院 、 系 ： 專(zhuān) 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目 ： 基于數(shù)控加工中心的 LOM 快速成型裝置數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)（機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）指 導(dǎo) 教 師 : 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě) 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述1、本課題的研究背景及提出1.1 研究背景隨著全球市場(chǎng)一體化的形成,制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速,迫切需要采用先進(jìn)的創(chuàng)新手段。用傳統(tǒng)的方法制造物理原型時(shí),通常需要使用多種機(jī)床設(shè)備和模具,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢(qián),快速成型(RP)技術(shù)的出現(xiàn),可以在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下,實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的新產(chǎn)品樣件的快速制造 1，快速成形技術(shù)是在 80 年代后期率先由美國(guó)完成研究、開(kāi)發(fā)及商品化的一種先進(jìn)制造技術(shù) 2，它綜合了各個(gè)學(xué)科之間的卡日互聯(lián)系，是一種極具生命力的新領(lǐng)域，由于快速成形技術(shù)自身的特點(diǎn)使其成為制造業(yè)中新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn) 3。 在功能零件快速制造的研究領(lǐng)域，村上(日本)將熱塑性樹(shù)脂、導(dǎo)電材料和金屬陶瓷粉末混和在一起，利用 FDM(fused deposition method)快速制造高強(qiáng)度可導(dǎo)電的復(fù)合樹(shù)脂模型，Li X C(美國(guó))在 FDM 造型中埋入傳感器制造特定功能零件，Nam S w(美國(guó))等用 PDM(plasma deposition method)方法制造陶瓷微型渦輪機(jī)零件，Link G(美國(guó))通過(guò)激光堆積快速制造碳鋼零件。這些研究所用的方法各有長(zhǎng)短但都是堆積成型，不可避免地存在側(cè)表面階梯效應(yīng)，致使精度低，表面質(zhì)量差，由于精度不夠造成對(duì)后處理的依賴(lài)性，也降低了制造過(guò)程的柔性，同時(shí)由于成型工藝的限制也普遍存在強(qiáng)度偏低無(wú)法滿(mǎn)足功能零件要求的問(wèn)題。LOM 系統(tǒng)作為比較流行的 RP 系統(tǒng)之一有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用途徑日益廣泛,必將給制造業(yè)帶來(lái)巨大的效益,但是現(xiàn)階段用金屬板材作造型材料的 LOM 在技術(shù)上尚存在許多應(yīng)解決的課題,如分層材料的堆積成形精度問(wèn)題,金屬板材的連接問(wèn)題等4。1.2 課題的提出 針對(duì)直接利用金屬板材作造型材料分層實(shí)體制造金屬功能零件所存在的問(wèn)題，我們提出一條新的 LOM 技術(shù)途徑 4,用現(xiàn)有的加工中心切割層片輪廓代替快速成型機(jī)的激光切割功能，降低了開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)技術(shù)難度 5。為適應(yīng)利用一系列專(zhuān)用角度銑刀進(jìn)行加工的需要，我們利用具有刀庫(kù)和換刀功能的加工中心來(lái)完成任務(wù)。2、本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀快速成型與制造技術(shù)(Rapid protoypingmanufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng) RPM)經(jīng)過(guò) 10 多年的研究和開(kāi)發(fā)，取得了很大的成就，推出了系列商用 RPM 系統(tǒng)。但現(xiàn)有 RPM 技術(shù)主要以樹(shù)脂、塑料、紙張等作造型材料，僅適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實(shí)際功能的機(jī)械零件。為此，功能零件的快速制造成為目前 RP領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 6。2.1 國(guó)內(nèi)外的快速成型方法目前,比較成熟的快速成型工藝方法已達(dá)十余種,得到廣泛應(yīng)用的主要有如下幾種:光敏樹(shù)脂固化實(shí)體制造(SLA) 7、分層實(shí)體制造技術(shù) ( LOM )8、激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù) (SLS)9、熔融沉積技術(shù) ( FDM )等快速成型技術(shù)。其中,由于 LOM 技術(shù)的制造原型精度高,成型件質(zhì)量高、成本低的特點(diǎn),特別適合于中、大型制件的快速成型 10。LOM 分層實(shí)體制造，其中的成形材料為一面涂有熱溶膠的薄型材料(如紙、金屬薄帶等)，先通過(guò)熱壓板(或輥)將層間粘緊，再由 1 二控機(jī)控制激光器對(duì)薄材進(jìn)行輪廓的切割，將多余的材料部分切成具有一定間隔的網(wǎng)格，以便于后處理階段從原型交體中分離；然后，再在其上加上新的一層薄材，熱壓、切割，層層疊加至到完成整個(gè)原型文體的制造。Obikawa 用 0.2mm 厚、兩面涂覆低熔點(diǎn)合金的薄鋼板作造型材料，采用 LOM 方法快速制造金屬零件 11；山崎則用 0.5 mm 厚的薄鋼板作造型材料快速制造車(chē)體模具 12。2.2 現(xiàn)代快速成型存在的問(wèn)題但是現(xiàn)階段用金屬板材作造型材料的 LOM 在技術(shù)上尚存在許多應(yīng)解決的課題。1)分層材料的堆積成形精度問(wèn)題，顯然，分層板厚度越薄，成形精度越高?，F(xiàn)有商用化的 LOM 技術(shù)，一般以紙張、樹(shù)脂板等作造型材料，其分層板厚度僅為 0.05 mm0.10mm而用金屬板材作造型材料時(shí)，從造型強(qiáng)度與效率考慮，現(xiàn)有分層板厚度為 0.2 mm0.5 mm，直接采用現(xiàn)有 LOM 方法，則造型精度差。2)金屬板材的連接問(wèn)題，現(xiàn)有低熔點(diǎn)合金粘接法 13、螺栓緊固加電弧焊接法 14，以及熱擴(kuò)散焊接等工藝方法 15，在金屬板材的連接工藝上雖然各有長(zhǎng)短但均未獲得滿(mǎn)意的效果。3、 本課題的研究意義在制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度逐漸加快的今天，企業(yè)要想在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須根據(jù)市場(chǎng)需求更快、更好地生產(chǎn)出市場(chǎng)所需的新產(chǎn)品，并且能夠根據(jù)市場(chǎng)的變化迅速地作出調(diào)整，以期達(dá)到產(chǎn)品的最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并使企業(yè)始終處于同行業(yè)之前列。在這種形勢(shì)下，如何縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，已成為企業(yè)發(fā)展所要解決的首要問(wèn)題。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系到一個(gè)企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，關(guān)系到一個(gè)企業(yè)的生命 ，用傳統(tǒng)的制造方法和手段，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，制造成本高，很難滿(mǎn)足瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)發(fā)展，必將在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。由于快速成形技術(shù)在產(chǎn)品研制、開(kāi)發(fā)中所特有的先進(jìn)性，獨(dú)特性，因此廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域 15。這種基于數(shù)控機(jī)床的快速成型工藝國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)過(guò)，分析表明，以現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備為依托，只要發(fā)揮中小企業(yè)的技術(shù)人員的潛力，開(kāi)發(fā)必要的軟件是完全有可能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)金屬零件的分層制造，為我國(guó)的制造業(yè)服務(wù)，加快 RP 技術(shù)的推廣,而 LOM 系統(tǒng)作為比較流行的 RP 系統(tǒng)之一有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用途徑日益廣泛,必將給制造業(yè)帶來(lái)巨大的效益。參考文獻(xiàn)：1 黎明,雷源忠.現(xiàn)代制造科學(xué)展望 J.中國(guó)機(jī)械工程, 2000(11).2 馮金玲、譚鎖奎 快速成型技術(shù)及其在鑄造中的應(yīng)用與發(fā)展J汽車(chē)工藝與 材料，1988 （2）3 劉力松、檀潤(rùn)華、孫建忠、韓煒，快速成形發(fā)展原理及在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 20024 張吉堂.沈興全.王愛(ài)玲.經(jīng)濟(jì)型快速成形系統(tǒng)研究 -中國(guó)機(jī)械工程期刊論文期刊論文 1999,10(11)5 陸春月 經(jīng)濟(jì)型金屬功能零件綜合優(yōu)化切片軟件研究及專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì) 20056 邊秋梅、張玉斌、鄭鴻飛、張吉堂，基于數(shù)控機(jī)床分層快速成型金屬零件的關(guān)鍵技術(shù)研究. 太原師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2004（1）7 譚永生 FDM 快速成型技術(shù)及應(yīng)用J航空制造技術(shù)，2000(1)8 芶吉化.彭穎紅.阮雪榆 快速成形技術(shù)及其工藝分析期刊論文-機(jī)械科學(xué)與技術(shù) 2001(01)9 王運(yùn)韉 快速成形技術(shù)與 ZIPPY 快速成形系統(tǒng)J機(jī)械電子1997(6)：4310 張健,芮延年,陳潔. 基于 LOM 的快速成型及其在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 蘇州大學(xué)學(xué)報(bào) 200811 Obikawa T Rapid manufacturing system by sheet steel lamination. Proceedings of 14th International Conference on Computer Aided Production Engineering 199812 山崎久男 積屑金型金型大物自動(dòng)卓部品用 2000(07)13 Chilgs THC,Justern Plinear and geometric accuracy form layer manufacturingJ Annals of the CIRP，199414 易樹(shù)平。熊世權(quán)金屬零件分層快速制造關(guān)鍵技術(shù)研究J機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 200215 顏士偉.快速成型技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及展望 J.汽車(chē)制造與裝備, 2005(4)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：1、需要解決的問(wèn)題1) 以用戶(hù)現(xiàn)有的具有 2.5 軸以上聯(lián)動(dòng)功能的 CNC 數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，以高檔微機(jī)和三維 CAD 造型軟件作造型設(shè)計(jì)模塊，只配置切片處理模塊和快速成型裝置模塊中的必要部件來(lái)完成產(chǎn)品成型過(guò)程的快速成型系統(tǒng)。2) 原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)、熱壓機(jī)構(gòu)、專(zhuān)用刀具切割機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的專(zhuān)門(mén)研究設(shè)計(jì)。2、擬采用的研究手段1）原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu) 由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)儲(chǔ)料軸和兩個(gè)螺旋錐套、兩個(gè)導(dǎo)向桿、一個(gè)余料軸和套筒、四個(gè)軸承座以及所必須的相應(yīng)的支撐、軸承 和螺栓等組成。2) 熱壓機(jī)構(gòu)一種方案：運(yùn)用熱壓輥 主要由橡膠滾子，加熱鋁筒，熱水器等組成。另一種方案：運(yùn)用熱壓板 由整塊熱扎鋼板制成中間有蒸汽通道 可以通 過(guò)熱壓蒸汽或熱壓油來(lái)進(jìn)行加熱。兩種方案進(jìn)行相比較，其中熱壓輥壓力均勻但效率低，而壓力板效率高但壓力不均勻。熱壓機(jī)構(gòu)在這里是作為一個(gè)特殊的刀具放在刀具庫(kù)中的，刀具在刀庫(kù)中的位置應(yīng)與用來(lái)切割涂覆紙的刀具在刀庫(kù)中的位置是相鄰的，這樣放置的目的是使在換刀的過(guò)程中刀庫(kù)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為最小，以節(jié)約加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。3）專(zhuān)用刀具切割機(jī)構(gòu)采用現(xiàn)有的CO 2激光器進(jìn)行切割。4）切割粘壓工作臺(tái)就直接利用原來(lái)的加工中心的工作臺(tái)。但是大家都知道加工中心的工作臺(tái)上開(kāi)有T 型槽，我們直接利用其來(lái)進(jìn)行切紙工作，T 型槽會(huì)帶來(lái)一些加工上的不便，我們剛開(kāi)始先不進(jìn)行加工，先在工作臺(tái)上粘壓一定厚度的紙，因?yàn)檫@種涂覆紙粘壓后的強(qiáng)度很好，相當(dāng)于木質(zhì)材料的強(qiáng)度，加之加工時(shí)的切削力并不是很大，所以在以后的加工中不會(huì)有問(wèn)題。這樣做會(huì)大大降低制造費(fèi)用。5)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見(jiàn)：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見(jiàn)：系主任： 年 月 日