【0105】5jx繞絲篩管纏繞機(jī)(論文+DWG圖紙)
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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 繞絲篩管纏繞機(jī)的有關(guān)理論及工作原理
目前篩管生產(chǎn)所參照的技術(shù)主要是卷繞成形技術(shù)。卷繞成形將是一種很有前途的加工方法,能夠制造功能性零件,特別是金屬零件,效率高、成本低可直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。卷繞成形可以作為零件的最終成形手段,也可以作為零件的粗加工手段。在鑄模制造等方面有其它材料添加制造加工方法無法比擬的優(yōu)越性。
卷繞成形是一種能夠制造功能性零件、效率高、成本低可直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的材料添加制造方法;其原理是通過一根或數(shù)根具有一定廓形的帶材的卷繞形成零件主體部分;卷繞成形工藝的適用材料范圍廣,可以是金屬、塑料、紙、纖維織物等;給出了卷繞成形加工的定義及工藝過程、適用范圍、信息模型、高效的加工設(shè)備及應(yīng)用實(shí)例。
目前競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,如何快速地開發(fā)出新型產(chǎn)品以響應(yīng)市場(chǎng)的需求是生產(chǎn)廠家,也是科技工作者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。零件的成形可分為材料去除、材料變形和材料添加3種方式。材料添加制造因其非傳統(tǒng)的成形思想(將材料單元按照一定方式堆積、疊加成零件所需形狀)和優(yōu)于傳統(tǒng)加工方法的性能潛力而倍受矚目。材料添加制造方法是一種先進(jìn)的成形技術(shù),主要應(yīng)用于模型或原型的制造或某些特定的產(chǎn)品,極少應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。究其原因主要有：
成形材料的物理性能不能滿足產(chǎn)品的要求;成本高;效率低。根據(jù)“Rapid Prototyping Report”對(duì)其讀者調(diào)查,材料問題是現(xiàn)有的材料添加制造方法中存在的主要問題。目前用于材料添加制造的成形材料的成形性能大多不太理想,成形件的物理性能一般不能滿足功能性、半功能性零件的要求。特別是在制造傳統(tǒng)的功能零件金屬零件方面,雖然已有了很大的進(jìn)步(如,DTM公司推出了RapidSteel2.0新型燒結(jié)材料,Op-tomec公司推出的LENS系列金屬直接沉積成形機(jī)等),但與實(shí)際生產(chǎn)尚有一定的距離。而且成形材料的價(jià)格一般都比較高,造成高生產(chǎn)成本。將現(xiàn)有的材料,特別是功能材料進(jìn)行改造或預(yù)處理,使之適合于材料添加制造的工藝要求,是降低材料成本的一個(gè)有效方法。而開發(fā)可以直接應(yīng)用現(xiàn)有功能材料的工藝方法則能根本地解決成形材料問題,也只有這樣才能有效地拓寬材料添加制造的應(yīng)用范圍。
成本高一方面來自于昂貴的成形材料,另一方面則是設(shè)備價(jià)格的不菲,實(shí)質(zhì)是設(shè)備的性能價(jià)格比不理想。若開發(fā)出一種成形設(shè)備能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的性能價(jià)格比要求,價(jià)格將不是問題。由于現(xiàn)有材料添加制造工藝自身的限制,如LOM需要進(jìn)行廢料切碎,SLS、SLA、FDM等點(diǎn)積成形工藝需要進(jìn)行截面掃描等加工過程,致使加工效率較低。清華大學(xué)精密儀器系制造工程研究所開發(fā)的卷繞成形加工工藝是一種能夠制造功能性零件(特別是金屬零件),可直接采用現(xiàn)有材料而無須開發(fā)專用成形材料,效率高、成本低,是一種可直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的新型加工工藝方法。
一 卷繞成形的定義及工藝過程
卷繞成形加工方法工藝(rolling shaping process, RSP)是指通過一根或數(shù)根具有一定廓形的帶材卷繞形成零件主體部分的加工方法(見圖1),該帶材稱為芯帶(roll lam inated strip, RLS)。各點(diǎn)法線方向均垂直于卷軸W的型面稱為零件的周型面,若一周型面在卷軸W方向上的投影為該零件投影的外廓線,則將該周型面稱為最大周型面;其余型面稱為零件的端型面。如圖所示的零件是由一根寬窄連續(xù)變化的芯帶卷繞而成,所示零件由3根芯帶卷繞而成。
卷繞成形加工的工藝過程如下:
(1) 對(duì)零件進(jìn)行可制造性評(píng)價(jià) 若該零件可采用卷繞成形加工工藝,則進(jìn)行下一步,否則試用其它方法。
(2) 根據(jù)零件的實(shí)體模型計(jì)算芯帶的理論廓形 即以一定方式將零件的實(shí)體模型分層展開所得到的廓形,例如,從零件的最大周型面開始向內(nèi)做間距為芯帶厚度的等距面Pi,求各等距面與零件端型面的交集Ai,將上述等距面由內(nèi)至外依次展為平面并拼接,各等距面上的交集Ai所形成的集合ΣAi及其連接線即為芯帶的理論廓形。
(3) 計(jì)算芯帶的實(shí)際加工廓形 從實(shí)際生產(chǎn)的角度考慮,在滿足零件精度要求的前提下,可對(duì)芯帶的廓線進(jìn)行變形處理,以提高材料利用率和加工效率。
(4) 根據(jù)芯帶的實(shí)際加工廓形生成芯帶加工NC程序。
(5) 在芯帶加工設(shè)備上完成芯帶成形加工。
(6) 在芯帶卷繞設(shè)備上卷繞 該步驟可與上一步合并,在一體化的加工設(shè)備上一次完成。工件卷繞成形后,在芯帶的結(jié)束處施以焊接或粘接,保證工件取下后不致散開。
(7) 根據(jù)零件的不同要求進(jìn)行后續(xù)工藝 有些零件卷繞完成后不需要其它后續(xù)工藝,而有些零件必須通過其它工藝過程才能達(dá)到要求。典型的后續(xù)工藝有去應(yīng)力退火、精加工、去除型芯等。
二 適用范圍
卷繞成形加工方法對(duì)原材料沒有特殊的要求,現(xiàn)有的具有一定韌性的薄帶材均可應(yīng)用,無需使用昂貴的專用材料,可以是金屬、塑料、紙、纖維織物等。當(dāng)然,根據(jù)零件的性能要求可選用具有特殊涂敷層的原材料,如具有熱粘性的紙帶、涂有絕緣層的硅鋼帶等。卷繞成形的加工精度取決于帶材的厚度、芯帶廓形的計(jì)算誤差、芯帶的成形加工誤差和卷繞誤差等因素。它既可以作為零件的最終成形手段,也可以作為零件的粗加工工序。
芯帶加工時(shí),可根據(jù)零件的精度要求對(duì)理論廓形進(jìn)行變形處理,從而提高材料利用率,降低成本。芯帶成形時(shí),切割裝置僅需加工芯帶輪廓曲線,而無須進(jìn)行廢料切碎、截面掃描等其它加工,對(duì)于某些零件其有效加工路徑本身就短于其它的材料添加制造工藝,因而卷繞成形加工工藝具有很高的加工效率。由于卷繞成形工藝自身的限制,當(dāng)采用純卷法作為零件最終成形手段時(shí),對(duì)零件的形狀有一定的要求。
采用單一芯帶純卷法可以加工的零件形狀具有如下特征:
1． 具有最大周型面;
2． 最大周型面在卷軸W方向上的投影為連續(xù)光滑曲線,當(dāng)原材料未 涂敷粘接材料時(shí),該投影應(yīng)為連續(xù)光滑凸曲線;
3． 零件在卷軸W上投影的最小長(zhǎng)度不得小于加工設(shè)備所要求的最小寬度;
4． 芯帶的理論廓形應(yīng)為圖2所示拓?fù)湫问街械?種,或是幾種的組合;
5． 卷繞成形加工需要型芯,當(dāng)需要去除型芯時(shí),型芯的周型面應(yīng)為零件最大周型面的等距曲面。當(dāng)上述條件無法滿足時(shí),需要采用其它工藝輔助加工。
三 信息模型
卷繞成形加工工藝信息處理系統(tǒng)根據(jù)零件的信息以及可加工性知識(shí)、設(shè)備能力對(duì)零件的可加工性進(jìn)行判斷見圖3。若該零件可以采用卷繞成形加工工藝,則進(jìn)行下一步計(jì)算;若不可以則需試用其它方法。此時(shí)輸入的零件信息為零件的材料和零件的立體模型。零件的立體模型可以有2種表達(dá)方式:1描述零件的函數(shù),適合于等截面環(huán)形零件等一些簡(jiǎn)單的零件;2零件的STL文件,適合于形狀復(fù)雜的零件。
芯帶的理論廓形計(jì)算完畢后,卷繞成形加工工藝信息處理系統(tǒng)根據(jù)零件的精度要求信息、設(shè)備的能力、材料的性能和工藝規(guī)劃的知識(shí)進(jìn)行工藝規(guī)劃,確定芯帶的排料方式和走刀的順序,對(duì)芯帶的理論廓形進(jìn)行變形處理,計(jì)算芯帶的實(shí)際加工廓形。卷繞成形加工工藝信息處理系統(tǒng)根據(jù)芯帶的排料方式、走刀順序和芯帶的實(shí)際加工廓形計(jì)算芯帶的NC程序,并根據(jù)芯帶成形加工機(jī)床檢測(cè)到的帶材厚度變化反饋信息,以及芯帶卷繞加工機(jī)床檢測(cè)到的零件形狀變化反饋信息進(jìn)行調(diào)整,以保證成形零件的精度,其中對(duì)NC程序的調(diào)整可以實(shí)時(shí)進(jìn)行,也可以在生產(chǎn)一定數(shù)量的零件之后進(jìn)行[4]。
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