共 8 頁 第 1 頁開題報(bào)告1 設(shè)計(jì)題目多工位內(nèi)孔毛刺電解去除機(jī)床設(shè)計(jì)隨著高科技的發(fā)展，產(chǎn)品性能的提高，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)，去除機(jī)械零件的毛刺就越加重要，它不僅影響產(chǎn)品的外觀，而且影響產(chǎn)品的裝配，使用性能和壽命。毛刺是切削加工的必然產(chǎn)物，隨著材料向高硬，高強(qiáng)，高韌方向的發(fā)展以及新型復(fù)雜的整體機(jī)構(gòu)日益增多，去毛刺的難度越來越大。但是我們一直使用的手工銼毛刺或者使用其他傳統(tǒng)機(jī)械方法來達(dá)到去除毛刺的目的。這種方式的后果可能產(chǎn)生表面應(yīng)力，產(chǎn)生熱變形等，并且對于操作工人的要求極高，往往需要很高的操作技術(shù)水平，在加工完的產(chǎn)品中也可能產(chǎn)生刀具的切削痕跡，或者飛邊毛刺。從目前機(jī)械去毛刺方法在工業(yè)上的應(yīng)用上來看，機(jī)械去除毛刺效率低下，成本高，并且很難保證加工表面的光潔度與加工尺寸精度。2 課題研究的目的和意義為了實(shí)現(xiàn)去除毛刺的高效率和自動(dòng)化，使用電解法（電化學(xué)法）便成為一種潛在的解決方法，使用電解法有很多優(yōu)點(diǎn)：第一：凡是可以導(dǎo)電的材料都可以加工，并且在整個(gè)加工過程是非接觸的，沒有任何機(jī)械應(yīng)力，加工后的材料金相組織不發(fā)生改變。第二：生產(chǎn)效率高：內(nèi)孔形狀復(fù)雜的去毛刺工序在陰極的直線進(jìn)給下可以一次加工出來，并且加工速度可以和電流密度成比例增加，有時(shí)電解去毛刺的生產(chǎn)率可以比機(jī)械加工加工去毛刺的效率提高數(shù)倍。第三：加工零件材料的硬度，強(qiáng)度，韌性不影響電解加工的速度。電解加工的速度是可以通過設(shè)置參數(shù)來控制的。第四：加工過程，加工工具（陰極）理論上沒有消耗的，可以無限次使用。這既可以節(jié)約成本也可以提高生產(chǎn)效率。第五：電解加工去毛刺的整個(gè)電解加工裝置簡單，操作方便，不需要等級高的操作工人。但是電解加工也有局限性：第一：對于型腔的去毛刺加工，其陰極設(shè)計(jì)制造的工作量大，在加工復(fù)雜形狀零件時(shí)，陰極的制造周期較長。第二：被加工材料的金相組織要求均勻，否則不能獲得良好的光潔度。對共 8 頁 第 2 頁于普通鑄鐵和滲碳 加工后的表面質(zhì)量就很不好。第三：電解加工的電解液對于機(jī)床設(shè)備往往具有腐蝕性。而對機(jī)床設(shè)備的防腐蝕設(shè)備要求較高，這樣便導(dǎo)致了加工機(jī)床的造價(jià)比較昂貴。通過上面我們可以知道，電解去毛刺既有自己的優(yōu)勢也有不少自己劣勢，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我要設(shè)計(jì)的是多工位內(nèi)孔毛刺電解去除機(jī)床，實(shí)現(xiàn)方便快速地大批量去除內(nèi)孔毛刺，解決套筒類零件的內(nèi)孔毛刺手工處理成本高的問題。3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢3.1 國外電解去毛刺機(jī)床現(xiàn)狀在國外 EDM 與 ECM（又稱：ECAM——英國，EDCM——日本）進(jìn)行了多年的試驗(yàn)研究，取得了較大的發(fā)展，但是對于其控制問題仍仍然存在困難，他們對于三維復(fù)雜型面，型腔的電解加工，包括尺寸加工和光整加工在內(nèi)仍在不斷的研究之中。目前國外在電解加工設(shè)備控制系統(tǒng)上已經(jīng)采用 CNC 系統(tǒng)，但是控制方案仍局限在分別控制單一參數(shù)恒定模式上。在工具電極的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法上，國外又將有限元法用于陰極設(shè)計(jì)研究，并且開始嘗試著將電解加工納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一體化以及 FMS 的系列。從當(dāng)今電解加工的水平上來說，英國 R.R 公司電解加工葉片全自動(dòng)生產(chǎn)線，荷蘭飛利浦公司電解加工電動(dòng)剃須刀的自動(dòng)生產(chǎn)線，美國 GE 公司的五軸數(shù)控電解加工機(jī)床代表了當(dāng)今電解加工設(shè)備的水平。利用模塊化設(shè)計(jì)的可重構(gòu)制造（RMS）系統(tǒng)，可不斷的調(diào)整系統(tǒng)的制造過程，制造功能，和制造能力有利于實(shí)現(xiàn)制造柔性化。3.2 國內(nèi)電解去毛刺機(jī)床現(xiàn)狀在國內(nèi)，90 年代出現(xiàn)了高頻和窄脈電流加工，經(jīng)過工藝實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其可行性和顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，有望將電解加工提高到精密加工的水平上，擴(kuò)大到細(xì)微加工領(lǐng)域，而展成電解加工法又克服了全形復(fù)制法電解成型加工的缺點(diǎn)，較大程度的提高了電解加工的柔性，有利于縮短生產(chǎn)周期，近年來又較深的入全面的進(jìn)行了成型規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，并且開始了產(chǎn)品的加工，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)扭曲交截面，整體葉輪加工以及直升機(jī)旋翼座架型面加工，并開發(fā)了柔性電解加工單元以及計(jì)算機(jī)控制的多坐標(biāo)機(jī)床，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用到電解加工領(lǐng)域。我國電解加工發(fā)展的具體階段是：最早研究并且成功應(yīng)用的電解加工技術(shù)是原兵器工業(yè)部西安昆侖機(jī)械廠的深孔和膛線加工，從 1958 年建立第一個(gè)研究基地到 1965 年全國首屆電解加工學(xué)術(shù)會議召開，電解加工在航空，航海，航天以及民用工業(yè)迅速推廣。20 世紀(jì) 70 年代進(jìn)出“爬坡”階段，為了解決加共 8 頁 第 3 頁工精度問題國內(nèi)外先后提出混氣電解加工，鈍性電解液，工頻脈沖電流，震動(dòng)進(jìn)給等工藝措施。內(nèi)蒙古第二機(jī)械廠發(fā)表了《電解加工成型規(guī)律理論分析》小冊子。進(jìn)入 80 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始向電解加工滲透，西安年機(jī)械廠和原北京工業(yè)學(xué)院聯(lián)合進(jìn)行了炮管進(jìn)出口尺寸微機(jī)控制研究，雖然沒有用于生產(chǎn)，但是為后人的研究打下了良好的基礎(chǔ)。南京航空工業(yè)大學(xué)的展成法電解加工，大連理工大學(xué)的電解與機(jī)械混合，北工業(yè)大學(xué)的電解與電火花的復(fù)合研究也在這時(shí)期開展起來。許多單位還開展了工具電極的 CAD/CAM 研究。90 年代后，華南理工大學(xué)在近代功率電子技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研究的高頻率窄脈沖電解加工電源，進(jìn)一步強(qiáng)化了電解加工的非線性，西安昆侖機(jī)械廠和西安工業(yè)學(xué)院聯(lián)合研制的CNC 同步控制電解參數(shù)和陰極運(yùn)動(dòng)軌跡解決了大纏角混合膛線的加工難題。目前，電解加工已經(jīng)成為國防和部分民用工業(yè)的關(guān)鍵工序的定位工藝。但是由于加工間隙的電場，流場，磁場及陽極溶解動(dòng)力學(xué)因素交互影響，電解加工過程十分復(fù)雜，阻礙著該項(xiàng)技術(shù)向縱深發(fā)展。比如對其過程的監(jiān)測和控制非常困難，迄今為止，除了在個(gè)別應(yīng)用對象上有所突破外，還沒有通用的在線直接測量加工間隙的有效手段，不均勻的間隙分布使工具電極設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)困難度很大的工作，在對新的加工對象進(jìn)行陰極研制的過程中往往要對陰極進(jìn)行多次修改，工具陰極的 CAD/CAM 尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段（個(gè)別零件除外） 。此外，從綠色制造的角度，電解加工產(chǎn)生的大量產(chǎn)物和廢液需要處理。總之，對電解加工的研究處于多學(xué)科的交叉點(diǎn)，包括提高加工精度的有效措施，加工過程的監(jiān)測和控制技術(shù)，工具陰極設(shè)計(jì)，電解液處理以及電解加工的機(jī)理研究等。3.3 未來發(fā)展趨勢隨著 21 世紀(jì)信息，生物，微納米技術(shù)的發(fā)展及其對制造技術(shù)不斷增長的需求，微細(xì)加工將成為制造相應(yīng)設(shè)備的重要手段，電解加工進(jìn)行材料去除是以離子溶解的形式進(jìn)行的。這種去除方式使得電解加工具有微細(xì)加工的可能性。目前過內(nèi)外制造業(yè)都十分關(guān)注微細(xì)電化學(xué)加工的發(fā)展，將電解加工高速去除金屬理論用到傳統(tǒng)的電化學(xué)過程中去，是促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步的有效途徑，微細(xì)電化學(xué)加工就不僅僅是指在靜態(tài)的條件下的掩膜電化學(xué)刻蝕了。利用電化學(xué)測試技術(shù)中，使其與超短脈沖電流電源，間隙控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等技術(shù)集成，為實(shí)現(xiàn)亞微米級微細(xì)電化學(xué)加工提供一條途徑。此外，利用電解原理，在磨削過程中，不斷對粘結(jié)金屬砂輪中的結(jié)合劑進(jìn)行電解在線修形技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)對硬脆材料的納米表面加工。電解加工既具有高速加工大而復(fù)雜零件的實(shí)力，電化學(xué)離子級的蝕除機(jī)理又使之具有微細(xì)加工的潛質(zhì)，向精密，微細(xì)加工進(jìn)軍也是電解加工的發(fā)展方向。共 8 頁 第 4 頁電解加工高速去除金屬的實(shí)踐對電化學(xué)理論的發(fā)展有深遠(yuǎn)影響任重道遠(yuǎn)。4 主要研究內(nèi)容與研究目標(biāo)4.1 研究內(nèi)容根據(jù)機(jī)床加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可行的加工方案及機(jī)床專用夾具體，并設(shè)計(jì)了專用于深長孔加工的電極，完成了電解去毛刺的任務(wù)。經(jīng)過電解去毛刺后，基本上消除了由于相交孔處毛刺脫落造成卡死的現(xiàn)象，為機(jī)床整體清潔度的提高打下了良好的基礎(chǔ)，零件的合格率和可靠行都得到了提高。機(jī)床操作方便，加工效率高，加工精度好，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)要求在國內(nèi)具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值。4.2 研究目標(biāo)在主要功能上本機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)對所要求的零件進(jìn)行去毛刺加工，在加工間隙為0.6mm，加工精度基本能夠達(dá)到要求，并且由于采用氣動(dòng)夾緊，整個(gè)夾緊過程簡單方便，一次性加工的零件為 6 個(gè)，并且在加工的 同時(shí)可以清洗和安裝待加工零件，循環(huán)交替可以大大的提高加工效率，保證在加工過程中的加工精度和加工安全。并且在結(jié)構(gòu)上滾珠絲杠帶動(dòng)部分是整個(gè)機(jī)床比較輕巧的部分因此在電機(jī)帶動(dòng)陽極工作臺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也比較容易達(dá)到穩(wěn)定的移動(dòng)速度，在移動(dòng)中無論噪音和震動(dòng)上都比較小。在整個(gè)機(jī)床的安裝上也比較方便，整個(gè)電解去毛刺加工的陽極和陰極工作區(qū)域做好了充分的絕緣和防電解液沖擊的措施。4.3 技術(shù)方案4.3.1 電解去毛刺機(jī)床的布局選定總體布局的類型是指機(jī)床各部件之間（床身，立柱，工作臺，變速箱，夾具）相互配置的形式。總體布局中應(yīng)該考慮的主要問題是如何有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主要功能，滿足工藝要求，以最簡便的方式達(dá)到所要求的機(jī)床剛度，精度，同時(shí)還要可操作性好，便于維護(hù)，安全可靠，造價(jià)性能比低。本機(jī)床采用的是立式機(jī)床中的框型結(jié)構(gòu)。如下圖 1 所示:共 8 頁 第 5 頁圖 1 是立式機(jī)床中的框型結(jié)構(gòu)滑枕在上部向下進(jìn)給式，這種框架布局已經(jīng)被德國 AGE 公司使用，屬于重型機(jī)床，工作臺可以機(jī)動(dòng)，可用來加工大型工件，由于本機(jī)床要一次安裝 12個(gè)工件，一時(shí)間加工的工件數(shù)是 6，所以我們可以選用這種布局形式。本機(jī)床的一些主要參數(shù)列舉如下：機(jī)床尺寸： （長×寬×高） （1628mm×1184mm×2072mm）工作臺尺寸： （直徑） （580mm）最大工件尺寸：（直徑：D=40mm，高度：h=70mm,內(nèi)徑: d=30mm）陰極直徑為： LQKqI?主軸的最大載荷（絲杠的最大載荷：400N，使用三根絲杠的共同的共同載荷為 1200N）主軸的行程為 320mm，主軸的移動(dòng)速度為 40mm/s電解槽的尺寸為（1032mm×1080mm×1020mm）泵的流量為 Q=30L/min壓力為 200 2/Ncm,電解液過濾能力為 150L/min,排除電解沉淀能力為 10L/min。機(jī)床的主要主題結(jié)構(gòu)是焊接結(jié)構(gòu)，外面涂覆環(huán)氧樹脂用來防銹。主軸進(jìn)給系統(tǒng)采用三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過機(jī)械裝置以后輸入導(dǎo)滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)陽極工作臺，陽極工作臺由三根絲杠支撐，這樣可以保證整個(gè)支架運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均勻。所考慮的工藝方案大致分為兩種：陰極進(jìn)給式和陰極固定式。前者的好處是：柔性高，可以根據(jù)不同的工件設(shè)定不同的陰極進(jìn)給距離，相同孔徑、不同深度的工件無需更換陰極頭。此外，在發(fā)生短路時(shí)可由程序控制自動(dòng)退回微小距離，消除短路。缺點(diǎn)是工件與陰極的定位制造精度要求非常高，稍有偏差即可能出現(xiàn)陰極無法插入進(jìn)回油孔的現(xiàn)象，另外電解機(jī)床處于強(qiáng)腐蝕環(huán)境，對進(jìn)給的絲桿容易造成不利影響。而陰極固定式的好處在于可以使用陰極來直接定位，保證極間間隙基本一致，并且減少了絲杠等部件，簡化了床身，減少被腐蝕的可能，降低成本。其缺點(diǎn)在于出現(xiàn)短路情況無法調(diào)整，必須重新進(jìn)行預(yù)處理?？紤]到大規(guī)模生產(chǎn)的效率和環(huán)境對床身結(jié)構(gòu)的要求，選用陰極固定式作為電解去毛刺機(jī)床的加工方案。4.2.2 關(guān)于電解液的研究共 8 頁 第 6 頁影響加工精度的另一個(gè)重要因素是電解液。其中影響因素主要有電解液的成分、配比、濃度、壓力、流量等?，F(xiàn)在電解加工一般用 NaCl、NaNO 3、NaClO 3等中性鹽溶液。其腐蝕性較酸性及堿性溶液小，使用時(shí)較安全。使用 NaCl 溶液時(shí)，加工速度較快，但加工面易發(fā)黑，粗糙度較差。而 NaNO3雖然加工速度較慢，但加工表面粗糙度較好。因此本機(jī)床選用 10%-13%的 NaNO3溶液作電解液。為了緩解腐蝕作用，可以添加適量的苯丙三氮唑或亞硝酸鈉，彈藥注意廢液的處理。電解液經(jīng)過一段時(shí)間的使用后應(yīng)使用比重計(jì)重新測量溶液比重，并將其保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。增加電解液的壓力，使得流速增加，流量增大，電解液在加工電極處離子析出充分，有利于帶走電解產(chǎn)物，電解效果好。而壓力過低容易使得電解產(chǎn)物不能被及時(shí)帶走，有可能造成短路現(xiàn)象。4.3.3 關(guān)于預(yù)處理的研究因?yàn)椴扇×岁帢O固定式的加工方案，因此相交孔處必須要預(yù)處理，即利用砂條先將大毛刺的尖角去除，否則一些毛刺或翻邊嚴(yán)重的工件將無法通過短路檢測，從而無法進(jìn)行加工。如果不加短路檢測電路，短路時(shí)電極與陽極接觸，有可能將電極管從根部溶解。在實(shí)際生產(chǎn)中，即使經(jīng)過預(yù)處理，也有少數(shù)工件仍然出現(xiàn)短路現(xiàn)象，可將這些工件放入單獨(dú)的周轉(zhuǎn)箱，返回進(jìn)行再一次預(yù)處理，經(jīng)過兩次預(yù)處理，基本上可以消除短路的現(xiàn)象。始終無法解決的工件一般是由鉆孔時(shí)位置度超差，屬于極個(gè)別現(xiàn)象。4.3.4 電解去毛刺工藝試驗(yàn)在生產(chǎn)實(shí)踐中隨機(jī)抽取工件并剖開檢查，結(jié)果表明：進(jìn)回油孔交接處毛刺去除干凈，形成光滑的圓弧，電解處粗糙度在 Ra1.6 以下。5 技術(shù)要求設(shè)計(jì)一電解去毛刺機(jī)床用來去除套筒側(cè)孔的毛刺，具體要求如下：1：實(shí)現(xiàn)上下件，電解去毛刺和清洗三道工序一次裝夾完成，設(shè)計(jì)出滿足需要的夾具，電極上電源的引入。2：加工工具陰極設(shè)計(jì)3：陽極縱向移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)所要加工的工件其具體尺寸如下圖 2 所示：共 8 頁 第 7 頁圖 2 是所要加工的工件及其具體尺寸6 進(jìn)度計(jì)劃3 月 9 日~ 3 月 13 日 查閱資料、調(diào)研3 月 16 日~ 3 月 20 日 外文翻譯、開題報(bào)告3 月 23 日~ 4 月 10 日 總體機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)4 月 13 日~ 4 月 24 日 繪制裝配圖草圖，參數(shù)計(jì)算4 月 27 日~ 5 月 8 日 繪制正式總裝圖及裝配圖5 月 11 日~ 5 月 22 日 繪制零件圖5 月 25 日~ 6 月 5 日 撰寫設(shè)計(jì)說明書6 月 8 日~ 6 月 12 日 評審論文6 月 15 日~ 6 月 19 日 答辯7 參考文獻(xiàn)[1] 何七榮.機(jī)械制造方法與設(shè)備.北京：中國人民大學(xué)出版社,2000[2]趙世華.金屬切削機(jī)床.北京：航空工業(yè)出版社,1996[3]王慧芳.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994[4]于駿一、鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004[5]鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004[6]韋彥成.金屬切削機(jī)床構(gòu)造于設(shè)計(jì).北京：國防工業(yè)出版社,1991[7]韓洪濤.機(jī)械加工設(shè)備及工裝.北京：高等教育出版社,2004[8]孔普禮.機(jī)械加工設(shè)備.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004[9]譚慶昌、趙洪、曾平. 機(jī)械設(shè)計(jì).長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社， 2000[10]寇尊權(quán).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1999[11]《組合機(jī)床》編寫小組.組合機(jī)床講義.北京：國防工業(yè)出版社，1975 年出版[12]陳塑寰、聶毓琴、孟廣偉.材料力學(xué).長春：吉林科學(xué)出版社，2000 年出版[13]機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程組主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 年 9 月 14 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