开题报告-冷滚打机床多功能夹具设计

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1、本科毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目冷滚打机床多功能家具设计学生姓名 学号 指导教师1、 研究本课题的目地和意义 1.研究目地高速冷滚打技术是一种非常具有代表性的绿色、高精密、高效加工技术。该技术具有生产效率高、材料消耗少、加工成本低等优点，而且能较大程度上提高表面性能、延长产品使用寿命。在高速冷滚打成形过程中，表面微观形貌是影响成形工件表面质量的一个重要因素。目前为止，人们对高速冷滚打成形过程中的表面微观形貌行程机理尚未探明，致使冷滚打成形工件表面质量难以达到高精度的需求。本设计中主要针对冷滚打机床进行多功能夹具设计，尤其是对冷滚打机床成形齿类零部件的特点，对冷滚打机床夹具进行设计，

2、适用于多种零件的定位与夹紧，保证加工表面稳定的位置精度；夹具的设计缩短了辅助时间，提高了生产夹具的使用，提高了生产效率。根据设计绘制出冷滚打机床多功能夹具三维图。2.研究意义本设计的主旨在于设计一种冷滚打机床多功能夹具，设计此系统需要对冷滚打机床成形技术的基本原理有所理解，并对三维软件有熟悉的运用。其意义有：保证加工精度弓箭的加工过程通过夹具进行定位与夹紧、定位，保证了加工便面的位置精度。缩短辅助时间，提高生产率家具的使用，提高了生产效率。减轻工人的劳动强度，降低了对工人技术水平的要求，保证了安全生产。通过设计本课题，要清楚冷滚打成形基本原理。例如在设计设计多功能夹具时，要根据零件的不同和冷滚

3、打机床的原理，对零件进行定位与夹紧。2、 国内外的高速冷滚打机床发展状况1.国内的高速冷滚打机床发展现状及前景国内进行高速冷滚打成形技术的研究起始于20世纪70年代中期，主要研究内容集中在高速冷滚打加工方法，滚打轮的设计理论、滚打轮运动分析、滚打轮弹塑性修正等方面。天津市汽车传动轴厂在1972年研制出一台LDY 700型花键轴冷滚轧机床。但由于该型号的滚轧机床很大程度上属于仿制产品，设计者并没有完全掌握原机床的关键技术，因此生产出的设备稳定性差，致使其在应用推广方面比较迟慢。目前，国内绝大多数的生产厂家在渐开线花键生产中仍采用花键轴铣床铣削加工等方法，仅有少数几家大型企业如一汽、一拖、重汽、济

4、汽等引进了国外的设备进行花键的高速冷滚打加工。在引进技术、设备的同时，这些工厂的技术人员也对花键的高速冷滚打加工工艺进行了一定的研究，主要研究内容集中在冷滚打机床的基本结构、冷滚打运动的基本形式、冷滚打工艺的经济效益分析、基于传统加工原理的滚打轮设计以及冷滚打运动实验等方面。近几年，国内相关研究人员通过现代数值仿真方法对高速冷滚打的塑性成形过程进行了研究。在花键的成形仿真研究方面。崔克天最早采用刚塑性有限元法对花键高速冷滚打过程进行了模拟，通过后处理对其成形过程进行了简单的描述，分析了花键轴在冷滚打成形过程中容易产生前端塌陷等缺陷，并从力学角度分析了缺陷产生的原因。但是崔克天对花键冷滚打在具体

5、的加工环境中金属流动规律认识，仍然停留在经验上。全建辉在此基础上，通过使用弹塑性有限元法对花键冷滚打成形过程进行了有限元仿真，对冷滚打成形过程中的金属流动规律以及应力应变变化情况进行了推理分析，并通过节点跟踪的方法揭示了花键高速冷滚打中金属流动趋势，得到金属流动遵循最小阻力定律的结论，同时还进行了弹性恢复量的计算研究等。崔凤奎分析了渐开线花键高速冷滚打过程，研究了渐开线花键高速冷滚打运动关系及数学模型，高速冷滚打过程的动态响应及其应力波;从宏观的角度揭示了渐开线花键高速冷滚打过程中的金属流动规律和变形机理。徐永福对高速冷滚打花键金属组织变形、残余应力分布和齿面质量等进行了深入研究，并得出高速冷

6、滚打加工能够改善花键表层金属组织及残余应力分布状况，使花键强度、齿面质量和完整性得到明显提高的结论。在冷滚打丝杠研究方面，何选景等建立了滚珠丝杠冷滚打的运动关系模型，揭示了滚珠丝杠的成形原理，优化了加工工艺参数，得到了在合理参数下，应力应变和成形面的变化规律。李纷等建立了滚珠丝杠冷滚打的运动关系数学模型，得到了滚打轮的轴向轮廓曲线，并进一步建立了丝杠冷滚打的应力波和有限元模型，获得了高速冷滚打过程中应力波的传播规律及传播速度，验证了金属流动最小阻力定律。赵智渊等建立了基于ABAQUS的有限元模型，在此基础上对丝杠单次滚打正应力、切应力进行了仿真，进而获得了变形力及其分力随时间的变化情况。在滚打

7、轮设计方面，崔凤奎等根据高速冷滚打成形过程中滚打轮和制件之间的运动关系，基于啮合原理，运用等升距螺旋面的形成理论，建立了滚打轮的理论廓形设计模型，根据该模型制造了滚打轮，进行了花键加工实验。针对高速冷滚打成形过程中制件弹性恢复对滚打轮理论廓形设计模型的影响，运用实验计算法对滚打轮的理论廓形设计模型进行了修正，得到了符合实际生产要求的滚打轮廓形设计模型，并对渐开线花键滚打轮CAD系统及滚打轮磨削仿真系统进行了开发，研究了其中的主要算法。通过实际生产验证了所建立的滚打轮廓形设计模型及其弹塑性修正方案的正确性和所开发的滚打轮CAD系统及滚打轮磨削仿真系统的实用性，解决了高速冷滚打成形技术中函待解决的

8、问题，为滚打轮的设计和制造提供了可行的技术和工艺方案。杨建玺等采用范成法建立了滚打轮轮廓设计的数学模型，并对该模型进行了实验验证。针对制件的弹塑性变形问题，将实验测量数据反映到滚打轮坐标系中，获得了滚打轮轮廓的弹性变形修正量，实现了渐开线花键的高精度冷滚打成形加工。2.国外的高速冷滚打机床发展现状及前景国外开展高速冷滚打成形的研究比较早，在上世纪50年代，不少研究人员为了提高轮齿的成形质量，进行了很多齿轮滚压成形研究。到了上世纪70年代，波兰的马尔西尼亚克等人采用内啮合滚压成形的加工技术，创立了WPM方法，该方法是使用一对扇形的齿轮作为成形工具，通过两个旋转的轴带动扇形滚刀运动，将零件的齿形包

9、络出来。在加工过程中，刀具与零件之间的接触弧增大，相对滑移的速度减小，从而使工具的使用寿命得到了显著的增加。瑞士的Ernst. Grob和Krapfenbauer.建立了高速冷滚打花键和齿轮的Grob公司，到20世纪60年代外国其他国家将该项技术应用到花键的加工中。Smirnov-Alyaev.G A等提出了基于实验数据研究花键冷滚打的可行性。通过实验数据分析验证了高速冷滚打成形过程中变形程度以及应力分布的不均匀性和复杂性。ErnstGrob等针对滚打轮的安装倾角问题进行了研究，采用在滚打轮与滚压头的联结处增加一个止推环形成一个倾斜平面的方法，使滚打轮按照预先合适的安装倾角固定在滚压头上，提高

10、了零件的加工精度。aleck. Mils等对高速冷滚打成形产品和切削加工产品进行了比较，指出了由于高速冷滚打成形产品的表面有一定的硬化层，其抗疲劳强度提高了25%-35%o Krapfenbauer. H等对采用高速冷滚打成形技术大批量生产零件进行了研究，探讨了冷滚打加工工艺并对加工零件的精度进行了分析。 Kurz. N等基于有限元理论对高速冷滚打过程中的塑性变形建立了仿真模型，并通过仿真与实验中的击打力、工件坯料的应力值和应变值相对比，验证了仿真模拟的可靠性。Zella. L. Kahn-Jetter等进行了不同加载条件下高速冷滚打的接触分析，形象描述了在扭矩不断增大时应力、应变的变化情况和

11、应力集中分布情况，为花键高速冷滚打过程中应力、应变的求解提供了一种新的方法。目前，国外已有高速冷滚打机床设备，对高速冷滚打成形技术也有一定的研究成果，但是对其核心技术的报道不多。3、 研究内容本课题研究的主要内容有：1.熟悉冷滚打机床的原理，为设计多功能夹具打下基础 。2.根据冷滚打机床的原理设计多功能夹具。3.用三维软件设计多功能夹具三维图。4.对夹具主要零件进行有限元分析。5.对夹具零件进行三维模型组装与运动仿真。4、 研究方案及步骤经分析，本课题的设计可分为以下阶段：第一阶段：1)查阅相关资料，记录所需的信息，确定可行性方案。 2)理清研究思路，学习其他设计产品的优秀方法。 3)设计初期

12、方案，初步计算夹具各部分所需承受载荷。第二阶段：1)分析方案，对其进一步优化。 2)初步确定方案，再次并对其可行性以及性能分析并改进。3)对改进后的结构进行分析，确定设计方案。 第三阶段：1)使用三维软件对夹具进行设计和运动仿真。 2)最后根据分析结果，仿真结果，对其最后进行改进并反思总结。5、 论文提纲1 摘要2 课题研究的意义及国内外的发展2.1 目的和意义2.2 国内外的发展2.2.1 国内发展2.2.2 国外发展2.3 主要内容3 冷滚打机床的介绍3.1 冷滚打机床的工作原理3.2 冷滚打机床成形零件表面微观形貌的介绍3.3 冷滚打机床在实际中的应用4 冷滚打机床夹具设计 4.1三维软

13、件Creo2.0的介绍 4.2 多功能夹具的组成及三维模型 4.3 夹具各零件的载荷分许与计算 4.4 夹具主要部位的有限元分析与研究 4.5 夹具的三维组装与运动分析5 模型的验证与结果分析6 结论与展望7 总结参考文件附件参考文献1 谢家瀛.组合机床设计简明手册M.第一版. 北京:机械工业出版社,1994. 2 机械工业出版社.机械原理M.第一版.机械工业出版社，2001.3 徐锦康机械设计M.北京：机械工业出版社，2001.4 陈秀宁、施高义机械设计课程设计M.杭州：浙江大学出版社，1995 5 徐灏主编.机械设计手册M.第二版. 北京:机械工业出版社,2002.6 李庆寿.机床夹具设计M.第一版.机械工业出版社,1984.7 大连理工大学工程画教研室机械制图M.北京：高等教育出版社，19938 白成轩.机床夹具设计新原理.北京：机械工业出版社，1997指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）：指导教师签名： 年 月 日毕业论文工作组意见及建议毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。 2.此表随毕业论文装订并由学院存档。