X53K機床變速箱體的加工工藝及鏜削縱向孔φ50φ30孔 夾具設(shè)計,X53K機床變速箱體的加工工藝及鏜削縱向孔φ50,φ30孔,夾具設(shè)計,x53k,機床,變速,箱體,加工,工藝,縱向,50,30,夾具,設(shè)計 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué) 生 姓 名： 余磊 學(xué) 號： 1001010136 專 業(yè)： 機械制造與自動化 設(shè)計(論文)題目： 機床變速箱體的加工工藝 及夾具設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師: 黃曉華 2014年4月 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 機床變速箱體是機床中不可缺少的部分。變速箱的好壞直接影響機床的效率。本文通過對機床變速箱體的加工工藝和夾具設(shè)計的研究，提出了加工工藝的優(yōu)化和夾具設(shè)計的新的技術(shù)方法。 關(guān)鍵詞 機床變速箱體 加工工藝 夾具設(shè)計 1 引言 箱體是各類機器的基礎(chǔ)零件，它將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件連接成一個整體，并使之保持正確的位置，以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來完成規(guī)定的運動。此外它還可以起到保護內(nèi)部傳動系統(tǒng)的作用，隔離外界干擾，使機器正常運轉(zhuǎn)，達到使用要求和使用目的。[1] 2 加工工藝分析 2.1 定位基準選擇 1.粗定位基準的選擇原則：1）若工件有無加工技術(shù)要求的表面時，為保證不加工表面與其它有加工要求的表面之間相互位置精度，應(yīng)選擇不加工表面為粗定位基準。當(dāng)零件上存在若干個不加工表面時，應(yīng)選擇與加工表面的相對位置有緊密聯(lián)系的不加工表面作為粗定位基準。[2]2）若工件各表面都有需要加工的要求，為保證各加工表面都有足夠的加工余量，粗定位基準必須選擇毛坯上加工余量小的表面；為保證毛坯上某些重要的表面，要求其加工余量均勻，粗定位基準必須選擇那些重要的表面為粗定位基準；若為了能夠達到各加工表面總的金屬切削量最小，粗定位基準應(yīng)選擇工件上那些加工面積較大、形狀較復(fù)雜、加工勞動量較大的表面為粗定位基準。以上選擇原則，根據(jù)零件設(shè)計的技術(shù)要求靈活運用。3）為了便于工件定位可靠，裝夾方便，應(yīng)盡可能選擇平整平面作為粗定位基準。4）粗定位基準選擇只能使用一次，避免重復(fù)使用，因為毛坯表面比較粗糙且精度較低，若重復(fù)使用同一粗定位基準，會造成定位誤差引起相應(yīng)的加工表面出現(xiàn)較大的位置誤差。 1.精定位基準的選擇原則：1）為了獲得加工表面達到零件設(shè)計的相對位置精度，精定位基準應(yīng)選擇零件的設(shè)計基準為精定位基準，即“基準重合”原則。[3]2）為了減少定位誤差，在加工工件表面時，除第一道工序采用的精定位基準外，其它工序的精定位基準盡可能基準統(tǒng)一，即“基準統(tǒng)一”。若本原則與“基準重合”原則有相抵觸，必須遵循“基準重合”的原則。3）對于加工余量小且均勻的精加工工序，精定位基準應(yīng)選擇加工表面本身作為精定位基準，[2]如采用無心磨床磨削工件的外圓，精定位基準就是選擇工件的外圓本身作為精定位基準的實例。4）精定位基準的選擇應(yīng)便于工件的安裝與加工，夾具機構(gòu)簡單，操作方便等要求。5)盡可能選擇精度高，安裝穩(wěn)定可靠，定位面較大的表面作為精定位基準。[4] 2.2 工藝過程 機床箱體加工工序安排的原則為：基準先行，先主后次，先粗后精，先面后孔。[5]同時還要注意工藝創(chuàng)新：1.復(fù)合刀具的應(yīng)用2.刀具在線檢測和補償3.缸體定位銷孔的替代工藝研究4柔性夾具的設(shè)計和應(yīng)用。[6] 2.3 擬定工藝路線 加工路線是指切削加工過程中刀具（嚴格說是刀位點）相對于被加工零件的運動軌跡和運動方向，即指刀具從對刀點開始運動起，直至返回該點并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線是編制程序的依據(jù)之一。在確定加工路線時最好畫一張工序簡圖，將已擬定的加工路線畫上去，包括刀具進退路線，這樣可為編程帶來不少方便。[7]一般而言，各類液壓缸的內(nèi)外表面同軸度及端面與孔軸線垂直度要求都較高，若能在專用機床上一次安裝中完成內(nèi)外表面及端面的全部加工是最理想的，此方法能充分發(fā)揮專用機床和工藝設(shè)備的效能，大大提高勞動生產(chǎn)率，簡化生產(chǎn)管理。由于減少了工件的安裝次數(shù)，不僅縮短了輔助時問，也可消除工件安裝誤差，可獲得很高的各表面問的位置精度。但是，這種方法對于不具備專用機床的生產(chǎn)廠來說無法采用。因此。只能通過分散工序采用多次安裝定位的方式。[8] 2.4 加工階段的劃分 在工藝安排上，采用“工序集中”、“先粗后精”、“先面后孔”的原則，利用臥室機床加工中心的特點，一次裝夾完成關(guān)鍵的工序加工，保證加工質(zhì)量。[9] 2.5 工序分析 加工工序的不同對機械加工有很大影響，表面粗糙度對整機性能的影響。經(jīng)濟性分析：1.有利于成本的降低2.有利于產(chǎn)品使用壽命的提高。[10] 3 夾具設(shè)計 3.1 傳統(tǒng)夾具設(shè)計 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計通常在產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計完成后進行，在產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計中對裝夾考慮不足會造成夾具設(shè)計困難。夾具的設(shè)計周期往往影響到產(chǎn)品投產(chǎn)時間。由于產(chǎn)品設(shè)計的不斷變動，廢棄的夾具越來越多，裝夾費用也隨之增長。[11] 3.2 計算機輔助夾具設(shè)計 目前，夾具設(shè)計研究主要包括三個方面：裝夾規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具構(gòu)形設(shè)計。[12]裝夾規(guī)劃決定需要的安裝次數(shù)，每次安裝中工件的定位和要求加工的表面，它實質(zhì)上是計算機輔助夾具設(shè)計和CAPP的交互接口；夾具規(guī)劃是確定工件的定位和夾緊表面，以及它的定位點和夾緊點；夾具構(gòu)形設(shè)計的任務(wù)是選擇夾具元件，并形成一個滿足定位和夾緊要求的最終結(jié)構(gòu)。[13] 3.3 敏捷夾具 敏捷夾具是指具有“敏捷”特性的夾具。敏捷夾具是敏捷制造系統(tǒng)、FMS、加工中心、計算機集成制造系統(tǒng)中的一個重要基礎(chǔ)部件，是為了適應(yīng)敏捷制造而產(chǎn)生的一種新的夾具理念和裝夾系統(tǒng)，是傳統(tǒng)組合夾具、柔性夾具的敏捷性體現(xiàn)在適應(yīng)性、快速性、虛擬性、信息集成、資源共享和協(xié)同性等方面。 4 結(jié)束語 通過此次的研究了解了對變速箱體加工所需要的工藝，同時，對于夾具的了解，明白了夾具的發(fā)展歷程。在這當(dāng)中，見識了最新的夾具。提高了自己對于夾具的了解，有助于夾具的設(shè)計。 參考文獻 [1] 郭安斌. 變速箱體兩側(cè)面鉆孔組合機床夾具設(shè)計[J]. 內(nèi)蒙古：科技向?qū)? 2012. 22～25 [2] 趙志修. 《機械制造工藝學(xué)》[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 1985. 33～35 [3] 趙元吉. 《機械制造工藝學(xué)》[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 1989.44～46 [4] 吳荔銘. 選擇定位基準提高機械加工精度的方法[J]. 江西：科技信息, 2007.15～ 23 [5] 王建. T項目柴油機汽缸體工藝設(shè)計[D]. 天津：天津大學(xué), 2010. 13～17 [6] 房長興,羅和平,高志永,張瑜. 發(fā)動機缸體加工工藝研究[J]. 遼寧：機械設(shè)計與制 造, 2013. 11～15 [7] 陳光明. 數(shù)控加工中工藝路線設(shè)計原則及方法[J]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2005， 11. 22～27 [8] 白波,高文元,王棟,魏發(fā)孔. 在普通機床上加工高精度大型液壓缸方法初探[J]. 甘 肅：蘭州理工大學(xué), 2004,3. 34～37 [9] 龔志堅,馮培鋒,閆勇剛. 基于加工中心的50型裝載機變速箱體關(guān)鍵加工工序的分 析[J]. 福建：集美大學(xué), 2012,10. 14～16 [10] 宋廷彬,來淑梅,張迎啟,方樹鵬. 渣漿泵護板加工工序的改進及探討[J]. 山東：制 造技術(shù)與工藝, 2008. 23～26 [11] 楊東哲,成曄,蔡復(fù)之,宋玉銀,肖亦暉. 夾具設(shè)計的并行性研究[J]. 北京：清華大 學(xué), 1996,9. 11～15 [12] 孫曉斌,楊海成,李原. 基于特征的夾具設(shè)計方法研究[J]. 機械科技與技術(shù)， 2000. 18～20 [13] 楊志宏,黃克正,王燕濤. 夾具規(guī)劃技術(shù)研究[J]. 山東：山東大學(xué), 2003，4. 21 ～25 [14] 李敏波,成曄,趙奔,張伯鵬. 面向產(chǎn)品并行設(shè)計的敏捷夾具設(shè)計系統(tǒng)[J]. 北京：清 華大學(xué),2001. 30～33 [15] 王德新,盛文娟,徐斌,金文緹. 葉片氣膜孔簸萁槽電火花加工工藝[J]. 遼寧：第 15屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集, 2002. 19～22 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題： (1)機床變速箱體加工總體方案的設(shè)計； (2)機床變速箱體加工的具體工藝卡片設(shè)計與編制； (3)機床變速箱體加工的輔助夾具設(shè)計，并繪制裝配圖； (4)夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計與校核。 2 研究方法、手段： (1)去工廠實地了解變速箱體的加工； (2)通過資料的查詢初步設(shè)計自己的加工方案； (3)詢問老師，完善自己的方案。 3 實施計劃： 2014年 計劃任務(wù) 2月24日 ~ 3月28日 下發(fā)任務(wù)書，閱讀理解任務(wù)書 3月1日 ~ 3月3日 完成文獻綜述 3月4日 ~ 3月7日 完成開題報告 3月8 日 ~ 3月11日 查閱相關(guān)資料 3月12日 ~ 3月15 日 了解變速箱體的加工方式 3月16 日 ~ 3月18日 檢查開題報告、外文翻譯 續(xù)表 3月19日 ~ 3月21日 箱體加工工藝流程圖 3月22日 ~ 3月24日 工藝卡 3月25日 ~ 3月28日 工序卡 3月29日 ~ 3月30日 采用標準的工序卡的格式 3月31日 ~ 4月3日 夾具的設(shè)計 4月4日 ~ 4月7日 夾具的修改與驗證 4月8日 ~ 4月10日 夾具的總體裝配圖紙A0一張 4月11日 ~ 4月11日 畢業(yè)設(shè)計進行中期檢查 4月12日 ~ 5月10日 夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計圖紙 每天一張共8張 5月10日 ~ 5月15日 論文初稿撰寫 5月16日 ~ 5月25日 修改完成設(shè)計稿 5月26日 ~ 5月27日 畢業(yè)設(shè)計成果全部校驗 5月28日 ~ 5月30日 完成評審與答辯  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該生通過檢閱了大量的文獻資料，詳細闡述了模具設(shè)計與制造方法進行了分析，了解了模具設(shè)計的基本內(nèi)容，提出了論文的主要任務(wù)。整個文獻綜述的內(nèi)容非常充實、豐富，很好地反映了模具設(shè)計與制造發(fā)展狀況，說明該生在畢業(yè)設(shè)計之前做了大量的文獻資料的查閱工作，為后面進行具體設(shè)計奠定了較好的基礎(chǔ)，參考文獻格式正確，數(shù)量符合基本要求，任務(wù)明確，很好地完成了文獻綜述的撰寫。綜合全文內(nèi)容與表達，該文獻綜述評定為優(yōu)秀。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測： 該文主要設(shè)計肥皂盒的模具，要求學(xué)生能夠靈活綜合模具專業(yè)課程知識，系統(tǒng)地設(shè)計一套小型模具，對于一位在校的大學(xué)生而言，沒有系統(tǒng)地模具設(shè)計經(jīng)驗，是具有一定的難度，整個設(shè)計工作量較大，但是，在自身的努力和老師的指導(dǎo)下，應(yīng)該可以完成畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)要求的，學(xué)生若能夠深入地系統(tǒng)地完成該模具設(shè)計，會為學(xué)生進入企業(yè)進行相關(guān)設(shè)計打下基礎(chǔ)。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)院(系)： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械制造與自動化 學(xué) 生 姓 名： 余磊 學(xué) 號： 1001010136 設(shè)計(論文)題目： 機床變速箱體的加工工藝 及夾具設(shè)計 起 迄 日 期: 2014.2.24～2014.5.31 設(shè)計(論文)地點: 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 黃曉華 專業(yè)負責(zé)人: 李連波 發(fā)任務(wù)書日期: 2014 年 2 月 24 日  任務(wù)書填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負責(zé)人審查、院（系）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號； 5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻”的填寫，應(yīng)按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的： 1、 培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、中外文獻檢索與閱讀的能力； 2、 綜合運用專業(yè)理論知識、專業(yè)知識分析解決實際問題的能力； 3、 定性、定量相結(jié)合的獨立研究與論證的能力； 4、 培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜機械零件加工工藝設(shè)計與夾具設(shè)計的能力； 5、 邏輯思維與形象思維相結(jié)合的文字表達能力； 6、 撰寫設(shè)計論文的能力。 2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 為了能夠更好地、直觀地了解和研究機床變速箱體的加工工藝及夾具設(shè)計，本課題以X53K變速箱體為研究對象進行設(shè)計。 本課題主要設(shè)計任務(wù)為： 1、機床變速箱體加工總體方案的設(shè)計； 2、機床變速箱體加工的具體工藝卡片設(shè)計與編制； 3、機床變速箱體加工的輔助夾具設(shè)計，并繪制裝配圖； 4、夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計與校核。 本課題對學(xué)生的要求： 1、 具備加工工藝的基本知識； 2、 熟悉工夾具設(shè)計； 3、 熟悉PROE軟件。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕： l 機床變速箱體零件圖Ａ0一張； l 箱體加工工藝流程圖1張，工藝、工序卡多張，采用標準的工序卡的格式； l 夾具的總體裝配圖紙A0一張； l 夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計圖紙8張。 4．主要參考文獻： l 要求按國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》書寫，例如： [1] 劉謀佶, 呂志詠, 丘成昊, 等. 邊條翼與旋渦分離流[M]. 北京: 北京航空學(xué)院出版社, 1988. 24~27. [2] 傅惠民. 二項分布參數(shù)整體推斷方法[J]. 航空學(xué)報，2000，21（2）： 155~158. ……… 請按照以上的格式，查閱相關(guān)文獻資料，并將查閱的參考文獻寫下來。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2014年 2月25日 ~ 3月15日 3月16日 ~ 3月18日 3月19日 ~ 3月30日 3月31日 ~ 4月13日 4月14日 ~ 4月15日 4月16日 ~ 4月24日 4月25日 ~ 4月27日 4月28日 ~ 4月30日 5月1日 ~ 5月2日 5月3日 ~ 5月4日 下發(fā)任務(wù)書，完成文獻綜述以及課題報告，完成外文文獻的翻譯；并查閱相關(guān)資料，了解主軸傳動箱體的加工方式； 檢查開題報告、外文翻譯； 箱體加工工藝流程圖以及工藝、工序卡多張，采用標準的工序卡的格式； 夾具的總體裝配圖紙A0一張； 畢業(yè)設(shè)計進行中期檢查； 夾具關(guān)鍵零部件的設(shè)計圖紙； 論文初稿撰寫； 修改完成設(shè)計稿； 畢業(yè)設(shè)計成果全部校驗； 完成評審與答辯。 所在專業(yè)審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院（系）意見： 院（系）領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 學(xué)院 (系)： 機械學(xué)院 專 業(yè)： 機械制造及自動化 姓 名： 余磊 學(xué) 號： 1001010136 (用外文寫) 外文出處： International Joumal of Machine Tools & Manufacture 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 國際機床與制造39（1999）33-53 一個立體的CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)空心冷擠壓模具的雕塑表面 許進忠 模具工程系，國立高雄技術(shù)學(xué)院。415建公路，高雄807，臺灣，中華名國 于1997年6月30日收，于1998年1月28日定 摘要 在本文中，一個CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)的空心冷擠壓模具的曲面已經(jīng)研制了利用C語言的Windows。一個曲面模型變量的控制點與一般的三維流場分析擠壓過程相結(jié)合。該產(chǎn)品的配置和鋼坯在CAD模塊中產(chǎn)生的。擬合點的生成是限定產(chǎn)品的分布和鋼坯?？刂泣c的初始猜測是通過使用相應(yīng)的擬合點的軸向偏移而創(chuàng)建的。自動變化的控制點采用上限法和優(yōu)化程序來獲得最佳的模具表面。凸輪模塊通過優(yōu)化模具表面模型生成刀具位置。刨削區(qū)的工具路徑檢測與刪除。計算刀具位置是通過刀具路徑模擬驗證的。利用免費刨的刀具位置自動生成數(shù)控代碼，然后直接發(fā)送到一個三軸數(shù)控機床中心來制造EDM電極。擠壓模具型腔是由使用EDM加工過程制造的。擠壓實驗驗證了所提出的CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)是成功的。 關(guān)鍵詞：CAD/CAM/CAE集成；上限；冷擠壓；雕塑表面 命名法 a,b,c,d,e,h 速度場的最佳參數(shù) p,q 控制點的入口邊界優(yōu)化之前和優(yōu)化之后 增量出口部分 出口邊界的控制點 埃爾米特形式混合功能 ，形狀函數(shù)的Z向速度 內(nèi)齒翅片管的高度 允許的最大尖端高度 共擠出功耗 總耗能模具長度和模具相對長度 定的剪切摩擦系數(shù) 所需的擠出壓力 成分的位置，U-，V-導(dǎo)數(shù)和向量 雕塑表面的擬合點 擬合點的表面補丁 擬合點的入口和出口邊界，分別 雕塑表面模型 模具表面 翅片管的基圓半徑 ，芯棒坯的半徑 縱向平均速度 平均縱向速度的導(dǎo)數(shù)W,R,T,Z 在R向，Z向，U向速度 內(nèi)存速度和出口速度 內(nèi)部力量，摩擦的模具表面和芯棒 圓柱坐標 表面模型的歸一化參數(shù) 沿著U向的低和上的集成 平面的出口部分 在出口處平均有效的應(yīng)變部分 應(yīng)變集成在一個常數(shù)的最后流線型結(jié)構(gòu) 應(yīng)變速率組件 應(yīng)變速率組件 有效的應(yīng)變率 有效和平均有效壓力流 Ω(θ, z) 1. 介紹 對于非軸對稱擠壓模具的傳統(tǒng)設(shè)計是一個圓錐形或平面模。結(jié)果是,高擠壓載荷是必須的，物質(zhì)流控制不好。設(shè)計面模是非常依賴于經(jīng)驗和耗時的。CAD／CAM／CAE一體化系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)，以縮短模具設(shè)計和制造的交貨時間。 有研究人員提出了許多模具設(shè)計和材料流預(yù)測方法。該上限法是一種簡單而適用的方法來分析物料流擠出工藝。Kiuchi et al. [1-4]提出了一種線性收斂的模具，用假設(shè)軸向均勻流來分析許多非軸對稱部分擠壓。Nagpal et al.[5]有用一個多項式函數(shù)來設(shè)計一個精簡的“T”模具的部分擠壓。Hoshino 和Gunasekera [6,7]提出多邊形擠出速度與線性收斂和立方流線型模具的申請。Yang 和 Lange[8]提出了一個更一般的速度字段具有均勻的軸向速度的假設(shè)。 Yang et al. [9?11]提出了一種可以由一個解析函數(shù)來表示通用三維速度場的模具表面。Yang et al. [9]使用傅里葉級數(shù)展開的方法來描述該模具的表面，也不能解析表達。Yang et al. [12]曾提出了一個一般的三維速度場預(yù)測去解析表達模具表面的中空擠壓工藝。線性匯聚模具有突然的速度間斷，并需要額外的剪切消費。模具表面與解析函數(shù)描述中的應(yīng)用有其局限性。立方流線型模具忽略模具的幾何形狀在圓周上的物料流動方向的影響。傅立葉級數(shù)展開的方法是靈活的，但模具表面切割路徑的生成卻呈現(xiàn)的不自然。Sheu et al. [13]提出了張力參數(shù)曲面模型并通過一個通用的三維速度場預(yù)測固體擠壓工藝。在本文中，具有可變控制點的復(fù)雜曲面模型被用來設(shè)計空心擠壓的模具表面。它是方便靈活地描述產(chǎn)品的形狀和模具的幾何形狀。曲面模型的NC刀具路徑計算也非常發(fā)達。該最佳的模具表面數(shù)據(jù)直接用于規(guī)劃刀具路徑和在CAM模塊中計算刀具位置。表面模型使CAD / CAE / CAM一體化系統(tǒng) 順利的被提出。 產(chǎn)生切割位置和數(shù)控碼有許多方法和注意事項用于三維表面的制造。Faux and Pratt [14]提出了偏移曲面法計算刀具位置。Broomhead [15]考慮了在前向和側(cè)方向上的公差，在切割方向上計算的步長和使用迭代方法鄰近刀具路徑。Loney and Ozsoy [16]應(yīng)用弦誤差的方法來確定沿切割路徑刀具中心的增量。該相鄰路徑切割步驟是考慮扇貝高度來確定。干擾路徑被除去，以產(chǎn)生氣刨 - 自由切割位置（Choi et al.[17]）。 在本文中，NC刀具路徑復(fù)雜曲面的參數(shù)空間的規(guī)劃。前進方向的參數(shù)增量設(shè)定為0.05，然后通過使用弦偏差法過濾。切割位置法線矢量的計算來優(yōu)化模具表面。刀具路徑的刨區(qū)域是通過曲率檢查和自我循環(huán)檢測來檢查和去除。顯示刀具位置的痕跡圖形模擬切割過程。切削條件，如切割器的進給速度和刀具的位置都使用CAM模塊生成NC代碼自動完成。 2. 該集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 所提出的集成系統(tǒng)的框圖如圖所示。 1。一般的圖形用戶界面（GUI）已經(jīng)建立與用戶溝通，并顯示的CAD / CAE/ CAM模塊結(jié)果采用C語言編寫。該產(chǎn)品與鋼坯訪問使用直線和圓弧實體繪制。生成的擬合點和對應(yīng)的控制點自動在CAD模塊產(chǎn)生的表面模型進行內(nèi)插的訪問和控制的V型衍生物。表面模型是注冊成立的速度場，在CAE模塊中利用上限法和優(yōu)化過程來優(yōu)化模具表面。最佳模具表面用陰影算法或刪除隱藏線時方案顯示。該材料特性和潤滑條件在CAE模塊中輸入。電源法被用來呈現(xiàn)該材料的流動應(yīng)力。恒定的剪切摩擦系數(shù)m ，是用來考慮摩擦的條件。模具長度可以在模具表面優(yōu)化程序中是固定的或變化的。一個優(yōu)化的模具表面是在CAE模塊中使用上結(jié)合分析，以最小化時的擠載荷自動設(shè)計的。刀具的幾何形狀和切割參數(shù)，就像在CAM模塊中輸入容差和切削速度。最佳模具表面的數(shù)據(jù)直接使用CAM模塊來規(guī)劃所述切割路徑，并計算刀具的位置。用干涉檢查和拆卸程序來檢測和刪除刀的計量。 NC程序是通過欺詐無刀位置和切削參數(shù)自動生成的。數(shù)控碼被發(fā)送到一個三軸數(shù)控加工中心制造電火花加工電極。 模具表面（陰影，隱線） 擠壓參數(shù)（摩擦，滑塊速度） 優(yōu)化（速度場，模具表面） 具有可變控制點面模型 上界分析（物料流） CAE模塊 NC代碼生成 干涉檢查 切削仿真 刀位計算 切割路徑規(guī)劃 切削條件 刀具幾何 CAM模塊 Windows 95的圖形用戶界面 圓坯 產(chǎn)品簡介 DXF接口 圖（線，?。? CAD模塊 圖1 所提出的CAD / CAM/ CAE一體化系統(tǒng)的示意圖 3. 可變控制點的曲面模型 用復(fù)雜曲面模型變量控制點來描述模幾何。用圖片格式來表示雕刻表面和嵌合點的示意圖。2.所述表面模型是由裝配點和修補程序組成。在表面上表示它通過使用參數(shù)空間的U方向和V方向曲面曲線（U，V）。該雕塑表面的數(shù)學(xué)表達式如下： （1a） 其中，為埃爾米特形式的混合函數(shù)給定為 (1b) （1c） 在方程（1c）中，擬合點的扭轉(zhuǎn)矢量被設(shè)置為零，以獲得光滑的模具表面。 U和v衍生物的載體是通過相鄰的色塊和邊界條件的斜率連續(xù)性要求獲得的。在U方向表示模具表面的圓周方向。擬合點的U衍生物通過使用該產(chǎn)品和坯料剖面的樣條擬合得到的。 V方向指模具表面軸向的縱向方向延伸。裝配點的v型衍生物是通過改變對應(yīng)的控制點的位置來控制。最佳的模具表面通過改變控制點的位置獲得較低的能量消耗。圖3顯示出了擬合點和對應(yīng)的控制點 在V型曲線的方向上。在x， y坐標控制點是一樣的記者擬合點，但z坐標是不同的。該控制點z坐標上的變化，改變了對應(yīng)的v型衍生物的配合點和作為一個結(jié)果，在模具表面被改變。原來v型曲線上的控制點由實線和不同的V形曲線表示，對照的的點在圖3中用虛線表示。控制點的z坐標是被除以模頭長度L得到的歸一化參數(shù)，從而表面優(yōu)化。該控制點的最終位置是通過使用一個優(yōu)化過程和上限分析確定的。 點 U方向 參數(shù)空間 一個修補程序 點 v方向 圖2 雕刻的表面和擬合點的示意圖 隱藏線移除和渲染方案是用來更加全面的顯示最佳模具表面。眾所周知的z緩沖區(qū)方案被采用，以除去隱藏線。發(fā)達的Gourand陰影算法通過恒定著色進行渲染表面和消除強度的不連續(xù)性。 4.上界分析 上界分析方法采用模擬空心冷擠壓工藝。表面模型中裝有機動容許速度場[12]預(yù)測物料流。速度場應(yīng)滿足材料擠出過程中的邊界條件和體積穩(wěn)定性。在以下假設(shè)得出速度場： 模具長度 模具出口 模具入口 軸 軸 可變的控制點 圖3 表面優(yōu)化的表面曲線的可變控制點 1.該材料在模具入口處的橫截面和模具出口都是平面 2.該材料是不可壓縮的，服從馮米斯屈服準則 3.材料的變形跟隨剛塑性模型 通過參照在圖4中的符號，并使用上述的假設(shè)，速度字段如下獲得： (a)該非均勻的軸向速度（縱向速度）被假定為 (2a) (2b) (2c) (2d) (2e) (2f) 出 進 圖4 動可容速度場的表示法和邊界 中空擠出速度形函數(shù) 圖5 對中空擠壓z方向上的速度的形狀函數(shù) 其中是在模具表面上，Rm是心軸的半徑，是平均縱速度，是ram速度，a，b，c，d，e，h，p是速度場的最佳參數(shù)，是的形狀的功能。圖5示出中空擠壓軸向速度的形狀函數(shù)。通過將不可壓縮的情況下，參數(shù)a，b和c是不獨立的，關(guān)系由下式給出： (3a) (3b) （b）該角速度假定為 (4) （c）該徑向速度從不可壓縮假設(shè)派生和由下式給出 (5a) (5b) (5c) (5d) 其中，（′）指z的一階導(dǎo)數(shù)。為了獲得平滑的模具表面，該模具入口與模具出口v方向的切向量在模的入口和出口邊界應(yīng)為零，其結(jié)果是，裝配點和對應(yīng)的控制點應(yīng)該具有相同的（X，Y）坐標。應(yīng)變速率場是由上述推導(dǎo)得到輸入的速度場，給出如下： (6a) (6b) (6c) 速度場是在入口和出口連續(xù)部分并沒有剪切功耗消失在這里。所需的總功率擠壓由內(nèi)部電源和摩擦力由下式給出 (7) 變形的內(nèi)部功耗由下式給出 (8) 其中L是模具長度，電子是應(yīng)變率分量和是平均有效壓力對于加工硬化的材料，并且和下面的公式近似： (9) 其中是平均總有效應(yīng)變出口段，并獲得 (10) 其中是由有效應(yīng)變率沿一個恒定的流線整合的最終應(yīng)變。摩擦功率沿模具表面消散由下式給出 (11) 其中m是坯料和模具表面之間的恒定剪切摩擦系數(shù)。摩擦 電源與芯棒表面消散由下式給出 (12) 其中m是坯料和所述心軸的表面之間的摩擦系數(shù)。的參數(shù)速度場和模具表面參數(shù)的確定是通過使用優(yōu)化的方法，以減少所需的擠壓力。這里，采用變量度量優(yōu)化方案[18]來獲得優(yōu)化模具表面。由此得到的擠出壓力 (13) 5.數(shù)控刀具路徑規(guī)劃和刀位計算 刀具路徑是以圓周方向順時針轉(zhuǎn)動。粗加工刀具路徑計劃在恒定的Z平面。平頭立銑刀，用于粗加工，以便獲得一個高材料去除率。精加工的刀具路徑是沿著流線產(chǎn)生恒v參數(shù)。球頭立銑刀是通過精加工操作使表面順利進行建模。精切削的刀具位置是通過計算表面正常偏移。弦誤差的容差用于確定在圓周切割步驟 方向。該算法如下： 1.生成的測試點：所產(chǎn)生的插補點在兩個接頭點間與一個小U間隔（0.05） 2.計算內(nèi)插點的偏差：發(fā)現(xiàn)對插的弦偏差相對于線下實體點建設(shè)的起點和行軍點 3.過濾插補點：如果弦偏差小于公差，內(nèi)插點旁邊的行進點被設(shè)置為一個新的行進點 4.重復(fù)（2）和（3）：迭代直到和弦偏差大于公差，前點向行進的一點是該步驟的終止點，并開始點下一步 在z方向上的切割步驟是通過檢查該近似尖點來確定，即在切割工序必須比較小，其中是允許的風(fēng)口浪尖高度。刀具位置的干擾區(qū)域通過檢查主曲率淘汰和最小曲率[17]。 6.實驗 缸鐓粗試驗和環(huán)壓試驗，進行了確定模具材料接口之間的的鋁1100 F和恒定剪切摩擦系數(shù)m的流應(yīng)力。從壓縮試驗中鋁1100 F中的流動應(yīng)力是兆帕，摩擦系數(shù)0.18。進行擠出實驗驗證了理論結(jié)果。圖6中所示的鷺宮100噸液壓機負載， 速度和位移控制被用于壓縮和擠壓試驗?？招匿撆鲾D壓測試，分別為30mm外徑，50mm高，10mm、14 mm或18mm內(nèi)徑。心軸的直徑為10、14或18mm。擠出模頭組的部件被顯示在圖7，包括容器，沖壓，心軸，加強和模腔。 7.結(jié)果與討論 7.1.產(chǎn)品概要文件的描述和模具表面的優(yōu)化設(shè)計 圖8顯示了齒輪樣條的配置文件和擬合點創(chuàng)建使用CAD功能所提出的系統(tǒng)。Z軸控制點的坐標會自動變化，以找到最佳的模具的幾何形狀，以盡量減少所需的擠壓力。圖9示出了自動取得最佳的模具表面具有在模具入口處和模具出口處平穩(wěn)過渡。模具 圖6 鷺宮的100噸液壓機進行壓縮和擠壓測試 表面的不同意見和底紋結(jié)果顯示，以幫助修真的設(shè)計師。這兩個數(shù)字顯示系統(tǒng)所提出的使用的CAD和CAE模塊的模具表面自動設(shè)計的功能。 7.2.模具制造 在圖10（a，b）中顯示切割操作的刀具路徑模擬。扁平頭立銑刀用于粗切削和一個球頭立銑刀用于精切削。主軸轉(zhuǎn)速是1200轉(zhuǎn)，進給速度為100毫米/分鐘，精加工的津貼為0.1毫米。切割的凝視點位于電極的頂部中心。在切割位置的 圖7 擠壓模具集（集裝箱，沖壓，心軸，加強和模腔）的組成部分 圖8 該產(chǎn)品與鋼坯訪問和齒輪花鍵的嵌合點 干涉在精切削應(yīng)予刪除。圖11（a）顯示出了刀具路徑的計量發(fā)生在精加工操作的過渡區(qū)域。圖11（b）顯示濾波干擾后，沒有計量的切刀位置。在NC代碼發(fā)送到三軸數(shù)控機床中心通過使用RS 232接口用電火花電極切割。圖12顯示出了精切削操作。機械加工后，電極研磨，以獲得更精細的表面質(zhì)量。對模腔的內(nèi)壁進行拋光，并進行熱處理，以獲得光滑和堅硬的模具表面。 圖9 最佳的模具表面的齒輪花鍵的空心擠壓 7.3.擠壓實驗 固體和空心管坯被用于擠壓試驗。在圖13中，上半部分示出了鋼坯，下半部示出了擠壓的結(jié)果。該產(chǎn)品是直的，不彎曲或扭轉(zhuǎn)。這意味著該物質(zhì)流量使用建議表面模具已順利通過控制。在圖14中顯示了理論的壓力和實驗結(jié)果的比較相對于不同面積減少率的結(jié)果。擠壓力的理論傾向相對于該區(qū)域的減速比與實驗結(jié)果吻合。理論曲線比實驗曲線高是因為上限法被采用。 7.4.的模具表面設(shè)計的翅片管擠出應(yīng)用 一種模具表面的翅片管式擠出是考慮到演示申請的提出制度。擠壓力的關(guān)系 ，有效應(yīng)變和面積的減少對于相對齒高度在圖15中表示。擠出壓力的傾向和有效應(yīng)變正在下降而相對齒高在增加，直到相對齒高達到0.2。擠出壓力和有效應(yīng)力的傾向，然后上升而增加的相對齒的高度。它表明面積的減少占主導(dǎo)地位 平頭 刀盤直徑 粗加工模擬 圖10 （a）粗切削的電極制造刀具路徑模擬 （b）刀具路徑模擬 的完成切割的電極制造 在相對低齒高的情況下變形，即較高的面積減少需要更高擠壓力。有效應(yīng)變增大后的相對齒高度大于0.2，擠壓力的趨勢也是往上走。這意味著鄰近非均勻流動的牙齒主導(dǎo)的材料變形。在圖16（a，b）中顯示變形網(wǎng)格和速度場的零度截面。在圖16（C，D）中顯示變形網(wǎng)格和速度場45度的截面。這些數(shù)字表明附近 齒頂物質(zhì)流不像近圓形區(qū)域物質(zhì)流動的順風(fēng)順水。一種非均勻的軸向速度被觀察，因為有在模具材料的區(qū)域和模芯材料界面摩擦的效果。 ‘ 干擾（計量） 避免干擾（計量刪除） 圖11 （a）完成刀具路徑無干擾消除（計量發(fā)生） （b）完成刀具路徑與干擾去除（無計量發(fā)生） 圖12 電火花加工（球頭立銑刀）電極的精加工 8.結(jié)論 一個CAD / CAE / CAM一體化系統(tǒng)的雕塑表面的設(shè)計和制造 冷擠壓模具已經(jīng)研制成功。用可變控制點提出的雕塑表面與是能夠自動設(shè)計的空心冷擠壓模具表面。利用上限法和優(yōu)化技術(shù)來優(yōu)化雕塑模具的表面，以得到較低的功耗。切刀的位置被計算和干擾刀具路徑的區(qū)域?qū)⒈粍h除。電火花加工電極順利晉級核實所提出的適用于表面的立體裁剪系統(tǒng)產(chǎn)生的NC代碼。理論結(jié)果的趨勢是與擠壓試驗吻合良好。模具表面翅片管擠壓的設(shè)計是考慮到驗證了該系統(tǒng)的應(yīng)用。 致謝 筆者要感謝國科會的資助，項目編號為NSC85-2212-E-269-001。 圖13 空心坯和擠壓產(chǎn)品具有不同的內(nèi)半徑 參考文獻 [1] M. 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