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

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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 protoyping／manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng) RP／M)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 RP／M 系統(tǒng)。但現(xiàn)有 RP／M 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。現(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 mm～0.10mm．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 mm～0.5 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) 2002[4] 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) 2005[6] 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)：43[10] 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) 2008[11] Obikawa T Rapid manufacturing system by sheet steel lamination. 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