1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 螺杆三维建模技术研究及数控加工技术研究 一本课题的目的及研究意义 研究目的： 三维建模是许多研究与应用领域的关键技术。通过建立正确的模型来描述和表现事物的各种属性，是现代科学探索事物本身发展、运行规律的一个普遍而且重要的方法。随着三维建模在各个领域研究与应用的不断扩大和深入 ,有必要对现有的建模方法进行细致的比较和探讨。三维建模技术在企业中的应用在 CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。从 20 世纪 80 年代开始，其中 CAD 二维绘 图技术在企业应用情况较好 ,经过四十多年的发展，已经有很大进步，虽然与发达国
2、家还有很大的差距。 对于数控加工来说，加工程序是非常必要的，它要确保加工刀具能够加工出合格的零件，所以，数控加工十分必要仿真验证。过去我们仿真验证一般用试切的方法来解决。这种检测方法可以直接地看出加工过程，故而实际生活中能满足程序检测的需求。随着科技的发展，这类检测方式不再适合：如加工精度满足不了现代工艺的要求，检测很繁琐时间太长，；加工参数无法得到验证，这类成本加工太高等。所以，国内外各个专家学者在致力于研究可以代替这种老式 方法的道路上不曾放弃。今天计算机件技术发展迅猛，科学家们已经探索出一种靠计算机来模拟数控加工的过程，本文研究的是基于 solidwork 的 Camworks 数控模拟
3、加工，其优势是不用真正物理材料来试验、同时也不需要真正存在的机床设备，就可以模拟切削零件、检验数控程序，分析零件的可操作性和工序安排的合理性。这不仅仅能大大缩短零件的研发时间，使降低成本，保证零件加工精度。螺杆在许多方面都起着重要作用，所以研究其结构特点和加工方法显得尤为重要。有些小企业由于经济实力不足、技术人员缺乏 ,CAM模拟加工技术还不能够完全应 用到生产实践中。 研究意义： 目前，国内针对螺杆泵螺杆的三维建模已有所研究，但尚未实现螺杆的参数化建模。为了实现对三螺杆泵螺杆的快速、高效、正确的三维建模，开发了螺杆泵螺杆参数化建模系统。我国三维建模技术及模拟加工技术经过几十年的发展，先后走过
4、大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的 CAD/CAM 软件。现在，工作站和微机平台 CAD/CAM 软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。 三维建模技术在企业中的应用在 CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、 装配造型、有限元分析和优化设计等。从 20 世纪 80 年代开始，其中 CAD 二维绘图技术在企业应用情况较好 ,经过四十多年的发展，与发达国家还有很大的差距。有些小企业由于经济实力不足、技术人员缺乏 ,CAM 模拟加工技术还不能够完全应用到生产实践中。 论文主要研究注塑机螺杆，通过大学四年中所学的知识，包括机械设计及其制造、机械控制等
5、基础理论知识，加强 AutoCAD、 Solidworks、 CAMworks等 CAD/CAE/CAM 软件的实际应用。使自己扎实基础理论知识；综合应用四年所学；加宽知识面；成为具有较强的实践 能力、创新能力和分析问题、解决问题的能力合格大学毕业生。也为今后走上社会，能更快的适应自己的工作，并在自己的岗位上做出成绩打下基础。 二本课题研究现状 国外研究现状： 过去国内的注塑机厂或螺杆专业厂，多延用国外螺杆设计，经验设计，且多为泛用型螺杆，对专精螺杆设计技术普遍欠缺，特别是工程塑料之专用螺杆。在过去 50 年最重大的挤出技术进展就是双螺杆技术。第一个开发成功双螺杆挤出机的是意大利和德国的工程师
6、，其中包括异向旋转和同向旋转。二次世界大战后， LMP 授权法国的 Creosot-Loire（现在的Clextral）公司、英国的 R.H.Windsor 和日本的 Ikegai Iron 制造双螺杆挤出机。东芝机器公司（ Toshiba Machine Co.）在 1955 年率先制造成功全啮合的反向旋转双螺杆。 目前韩国公司的真空泵都使用多头转子型线，为适应市场需求，许多公司都已经开始开发单头等螺距转子型线，日本的大晃株式会社和荏原株式会社也开发了具有知识产权的单头螺杆转子型线。里奇乐凯尼和莱宝公司也在单头等螺距转子型线基础上开发出单头变螺距转子型线，并已经将产品投放市场。目前德国生产的
7、大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直 径达700mm，产量为 36t/h。 国内研究现状： 中国虽作为制造大国，制造技术却为国外掌握，我国尚处于起步阶段。国内较早研究螺杆的学者的是东北大学的刘春姐张世伟，他们对单头变螺距型线、双边对称圆弧型线、单头螺距型线做了一定的研究，并申请了专利。台湾中正大学的冯展华教授与汉钟精机合作，研发出螺杆真空泵，并在 2004 年成功申请了专利。去年在真空泵的基础上，还提出了螺杆爪式型线，并与一般形式的螺杆进行了多重对比。通过塑化过程的有限元数值模拟及优化设计，进行了优化螺杆和标准螺杆的性能比对实验，验证了优化 螺杆的性能已优于标准螺杆。 截至 2010 年 12 月底
8、，在国内已经拥有空气压缩机生产许可证（或者已经通过国家压缩机制冷设备质量监督检验中心检验）的企业已经由 20 世纪 90 年代只有 100 多家发展到目前的有将近 400家，这 400家企业中在生产螺杆空压机的有 100多家（其中单螺杆的有 8 家），生产微型往复活塞式空压机的有 300 家左右。我国至今已有近百种螺杆，常见的有屏障型、剪切型、分离型、波状型与分流型等。单螺杆塑料挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展 。 本课题研究现状 （ 1）通过塑化过程的有限元数值模拟及优化设计，进行了优化螺杆和标准螺杆的性能比对实验，验证了优化螺杆
9、的性能已优于标准螺杆。注塑机塑化理论的研究及其应用（戴晓静）等； （ 2）注塑机螺杆目前普遍存在的 磨损问题，试验了二组不同配方的激光合金化，分析了处理层的微观组织、 XRD、硬度和耐磨性 :激光合金化对注塑机螺杆使用寿命影响的研究（骆芳 丁建波 孙东跃 姚建华）等； （ 3）注塑螺杆的塑化能力及塑化系统能耗研究：注塑机螺杆塑化能力及能耗评价方法的研究等； （ 4）基于遗传算法的注塑机螺杆优化设计 -机械制造 2003 年 09 期 三本课题的研究内容和方法 研究内容： 本文首先研究螺杆的规格，材料以及各参数，通过将已开发的基于 SolidWorks 的参数化的螺杆三维实体模型和单螺杆挤出仿真
10、平台搭接，可以完成螺杆挤出动态模拟，得到一些挤出过程的后处理曲线来指导普通螺杆的设计，在 SolidWorks 中螺杆（螺杆段）造型及参数化方法。 研究方法： 本文采取模拟法，模拟法是先依照原型的主要特征，创设一个相似的模型，然后通过模型来间接研究原型的一种形容方法。 根据模型和原型之间的相似关系，利用 SolidWorks 三维软件模拟其主要特征并实现参数化生成，以及利用 CAMwork 模拟加工过程。 研究展望： 近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，螺杆国内的研究还处在起始阶段，很多技术难题还没有解决。 塑料原料种类的不断增多，产品要求的提高，改性的工程塑料应用越来越广泛，对
11、螺杆的要求也相应提高。普通螺杆一统天下的局面已经不存在了，针对各种改性的、新性能的塑料原料，设计制造出相应的专用螺杆，以提高成型的质量和效率以及螺杆的使用寿命，是未来注塑螺 杆设计的发展方向。同时，不断加强对新型合金材料在螺杆上的应用研究试验，以及对螺杆表面镀铬等表面处理工艺的研究试验，将是螺杆制造业需要坚持不懈地努力探索的工作。一些具有完整开发实力的注塑机整机制造企业也将螺杆技术研究列为企业技术部门重要研究方向，通过对螺杆的持续研究试验，并针对各种新原料、新工艺进行相应改进，不断提高塑化性能。通过螺杆制造厂家和注塑机制造厂家的共同努力，设计、生产出高效、稳定、耐用的螺杆将会越来越多。 四已查
12、阅参考文献： 1陈胜，张玉莲， 章海 . 螺杆三维参数化分段拼装设计 . 中国科技成 果， 2009 年 5 期 2陈胜，顾平灿，章海 . 波状螺杆 J.CAD/CAM 与制造业信息化， 2009 年 3陈胜，王春涛，陈毓 . 螺杆零件的简化表达 J.温州大学学报， 2008 年 4邱建雄 , 赵跃龙 , 杨瑞元 .基于图像的建模和绘制技术综述 .小型微型计算机系统 , 2004 5王永康 .变螺距螺杆加工方法 .食品与机械， 1987 6杨涛，张光辉 .差速双螺杆挤出机螺纹元件及刀具设计 .现代制造工程 ,2006 第 8 期 7梁基照 .挤出机螺杆加料段几何参数的优化设计 .轻工机械， 1
13、994 年 9曾锋，牛鸣岐 .蜗轮齿面的三维仿真造型 J .水利电力机械， 2007 年， 29（ 6） 10熊小丽，黄冬明 .用 solidwork 复摆甄式破碎机进行三维模型图设计 J.江西有色金属，2003（ 3） 11成基华，范玉青 .CAD/CAM 开发平台及其发展趋势 J.计算机辅助设计与图形学学报 .2000 年 12李军霞，史荣，姚云峰，高静娜 .异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模 .机械设计与制造， 2010，第 8 期 13吴桂权 .简易变螺距螺旋线的设计与加工 J.包装与食品机械， 2004，第 2 期 14曹永强 ,张世荣 .CAD/CAPP/CAM 集成环境下螺杆
14、分件供送机构 CAD 系统 J.粮油加工与食品机械 .2002，第 10 期 15 Mimmi G.and pennacchi， P.Determanation of tool profile for the milling of three scren pump rotors J.Meccanica,1997(4) 16 TAN Bin， CAO Ping.Analysis on Choosing Knife and the Dosage of Cutting in CNC Operation J. .Mechanical Management and Development， 2009(1) 五本课题的实行方案、进度及预期效果 方案、进度： 2010 年 12 月 2011 年 1 月初：收集资料。重读作品，确定论文题目，查阅相关资料。 2011 年 1 月 2011 年 3 月中旬：在老师的指导下，拟定写作提纲和开题报告。 2011 年 3 月 2011年 5 月：论文修改。听取老师意见，撰写论文初稿，并交指导老师评审。 2011 年 5 月 2011 年 6 月：定稿。 预期效果： 本文利用 SolidWorks 三维软件模拟其主要特征并实现参数化生成，以及利用 CAMwork模拟加工过程。
