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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 B070203班 姓 名 黎 波 學(xué) 號 B07020309 外文出處 Wear 266 (2009) 1091–1097 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年3月 1 磨料水射流車削韌性材料的沖蝕模型 摘要 本文提出嘗試建立一種磨料水射流車削過程模型，模擬旋轉(zhuǎn)柱狀工件的材料去除過程。該方法采用芬妮的侵蝕理論來計算在磨料顆粒的作用下材料的去除量。該模型考慮噴射角對工件表面的影響來說明工件曲率。與早期工作不同，該模型考慮了由于工件直徑變化引起的局部射擊角的連續(xù)變化。工件材料的流動應(yīng)力的測定是由一個新穎的試驗實現(xiàn)的，該實驗使用了相同磨料與工件材料。在不同工藝參數(shù)的組合下，對磨料水射流車削試驗表明，該模型可以勝任，由模型確定的最終直徑與試驗結(jié)果吻合良好。 關(guān)鍵詞：磨料水射流；車削；建模；侵蝕；流動應(yīng)力測定 1.引言 磨料水射流（AWJ）的加工是一個多用途多功能的加工過程，幾乎可以加工任何材料的表面光潔度，這一進程的主要特征是極低切削力和極小的熱效應(yīng)[1]。最近的成果包括包括磨料水刀車削圓柱形零件沿旋轉(zhuǎn)工件的徑向和軸向射流中穿越的應(yīng)用。嘗試提出AWJ車削包括車削較長的小直徑零件和和對難加工材料如陶瓷，復(fù)合材料，玻璃等[2]生產(chǎn)線。由印度大麻和同事在采用車削各種材料的高速加砂水刀努力是值得的[3-7]。從可視化進行研究，了解AWJ的宏觀力學(xué)[4]車削加工，據(jù)報道，該材料去除發(fā)生在工件的表面，而不是在工件的圓周的地方。安薩里和大麻進行實驗研究，研究了各種參數(shù)對AWJ去除車削量[5]的影響。結(jié)果表明，AWJ材料去除量做到了轉(zhuǎn)向類似的AWJ切割。與AWJs車削精度的研究表明，車削零件的精度是受噴氣偏轉(zhuǎn)[6,7]的影響。 高進給率射流不穩(wěn)定的原因是表面粗糙，條紋標(biāo)志，圓度，在實現(xiàn)直徑上不一致。最近，中、韓[8]研究了玻璃的一部分，磨料水刀轉(zhuǎn)向質(zhì)量的工藝參數(shù)的影響。 這項研究表明，低速噴射流和工件轉(zhuǎn)速高進給速度車削零件表面的結(jié)果是粗糙度和波紋度值較低?？梢栽谖墨I中發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)AWJ韌性金屬材料 [9-13]和脆性陶瓷材料[14-17] 切割的例子。最近，AWJ切割已進行了使用單位事件模擬方法[18,19]和有限元技術(shù)[20]。然而，在AWJ車削過程建模的非常有限。一個經(jīng)驗的方法來預(yù)測回歸模型，利用轉(zhuǎn)動的切深是由曾等人開發(fā)的 [21]。在參數(shù)預(yù)測回歸模型的基礎(chǔ)上得到弗勒曼分析模型。該指數(shù)，得到了回歸轉(zhuǎn)入檢驗分析的數(shù)據(jù)。該模型使用一個AWJ可加工數(shù)量轉(zhuǎn)向為材料的抗侵蝕性。重疊指數(shù)介紹了工件之間的轉(zhuǎn)速，噴射直徑和進給速度的關(guān)系。一個重疊指數(shù)值越小意味著更大的重疊的觀察，該值應(yīng)小于或等于0.5，以避免穿透。在實證方法，亨寧[22]模型AWJ帶來轉(zhuǎn)折，他提出假設(shè)AWJ車削加工去除材料是由量的累積效應(yīng)影響，取消了對單個粒子在工件的周長的影響。用這種關(guān)系以確定切口面積，切口性能，燒蝕率和消除材料的數(shù)量。實證方法[21,22]使用該關(guān)聯(lián)程序變量的處理結(jié)果的相關(guān)數(shù)學(xué)關(guān)系。實證模型沒有提供任何了解該過程的機制。此外，他們依靠的參數(shù)多是由回歸分析確定指數(shù)。 試圖由安薩里和大麻[23]提出一個分析模型，相關(guān)的卷掃率材料去除率。該模型可以預(yù)測一個直徑AWJ工藝參數(shù)給定轉(zhuǎn)向的最后部分。這種模式本質(zhì)上是一個大麻的線性模型適應(yīng) AWJ切割[9]。它認(rèn)為從旋轉(zhuǎn)工件材料去除面，是根據(jù)假設(shè)，即削減總深度兩部分組成。切削磨損深度車削變形和磨損深度。 該模型使用的侵蝕芬妮的理論[24]，一般在沖擊磨料顆粒切割角度撞擊區(qū)的淺層的侵蝕[25,26]理論來計算變形穿地區(qū)深度磨損深度。由此計算的總深度削減用于預(yù)測最終轉(zhuǎn)向半徑。 該模型假定在切割磨損區(qū)（淺角度撞擊區(qū)）的影響角度，是常數(shù)，等于在工件的上邊緣的影響角度。假設(shè)逐步形成類似AWJ切割正的原因是沖擊角度逐漸下降到零。換句話說，現(xiàn)有的AWJ分析模型，在不考慮沖擊角，這是在工件的直徑的減小而不斷變化。在變形磨損區(qū)（高角影響區(qū)），該射流是被假定為影響切削磨損機理形成的正常步驟。這是不可能存在兩個不同的區(qū)域，是由兩個獨立的影響角度值的特點。此外，關(guān)于AWJ可視化研究轉(zhuǎn)向[4]無法提供在淺角度沖擊侵蝕形成的過程的確鑿證據(jù)。根據(jù)材料從工件面去除的概念為基礎(chǔ)，模型無法解釋的情況下，機床開槽?？紤]到一種不同的做法不同角度對方案的影響是用來預(yù)測中的車床開槽[27]的最后直徑。目前沒有系統(tǒng)的研究人員嘗試實驗驗證預(yù)測的結(jié)果。此外，現(xiàn)有的理論無法解釋，例如持續(xù)負(fù)直徑誤差的一些意見[6,7]，而嘗試使用AWJs直徑在大量減少。 因此，目前的工作目標(biāo)是開發(fā)和實驗驗證AWJ轉(zhuǎn)向模型的全面過程。 圖1 磨料水射流車削一個旋轉(zhuǎn)圓柱顯示射流沖擊的原理圖 圖2磨料水射流車削一個旋轉(zhuǎn)圓柱試樣射流軸向運動的過程 2．方法 在AWJ轉(zhuǎn)向，速度與射流'V'是假設(shè)從d的初始直徑工件的邊緣，在每分鐘'n的速度旋轉(zhuǎn)。工件之間的中心線及射流沖擊點的距離被稱為作為射流徑向位置，'X'號。 如圖所示.1，在撞擊點，噴射，使一個'a'隨著向表面切線角[22,23,27]。相對于當(dāng)時的影響工件表面噴射角度可以計算如下： （1） 這相當(dāng)于一個射流沖擊以相對速度等于工件的旋轉(zhuǎn)表面切向速度[28]在傾斜相應(yīng)的局部沖擊角到平面上，。此外，噴射移動沿旋轉(zhuǎn)部分，以延長沿切削作用的部分軸向長度方向。結(jié)果為可接受的轉(zhuǎn)動，軸向距離應(yīng)該是一個分?jǐn)?shù)的射流直徑[21]。在工件表面上的結(jié)果受到了切削時間的推移，在一定數(shù)目單位的射流軸向移動的距離[29]。擬議的過程模型的目標(biāo)是預(yù)測最終轉(zhuǎn)向直徑AWJ下取得一組給定的工藝參數(shù)。該方法涉及估算通過采用合適的侵蝕模型中的粒子撞擊研磨材料去除量。在目前的工作范圍僅限于AWJ韌性轉(zhuǎn)折材料在低角度的影響?？紤]工件材料為鋁6063 - T6的。該模型的有效性進行了驗證，通過一組實驗的磨料水射流車削模型。 3．磨料水射流車削模型 3.1．估計磨料粒子的速度 3.1.1．高速射流速度 高速水射流形成時的壓水通過一個小孔出口一定量。伯努利原理的應(yīng)用給出了水射流理論速度為 （2） 其中'p'是水的壓力。水的密度'ρ'是采取為1000 kg/m3的。在實踐中，效率系數(shù)（系數(shù)速度孔板）'的簡歷介紹給帳戶的勢頭造成的損失壁的摩擦，流體流動的干擾和水的可壓縮性。因此，水射流出口速度變得 (3) 3.1.2.磨料水刀速度 磨料水射流形成為動量之間的高速水射流變化與磨料粒子，這種粒子以水刀夾帶轉(zhuǎn)移的結(jié)果?？紤]集中在噴嘴入口之間的磨料和水刀勢頭平衡，磨料水射流速度給出 （4） 其中'mp'和'mw'是磨料和水的質(zhì)量流率分別和'?'是動量傳遞系數(shù)為特征的混合和加速過程中的損失。水的'MW'質(zhì)量流量估計使用表達式有關(guān)水射流直徑孔'd0'，水刀速度'VW'，水密度水'ρ'和速度孔口用'Cd'系數(shù)為 （5） 用'Cv'和'Cd'的典型值被發(fā)現(xiàn)有0.98，0.70和0.80，分別從實驗研究，文獻報道[30,31]。 3.2．工件每轉(zhuǎn)后的工件直徑預(yù)測 局部的射流影響中'k'th工序的角度給出了 （6） 如果噴射流被認(rèn)為是在任何徑向位置固定量的材料在每個工序可以刪除估計其外矩形帶的長度等于工件寬度等于射流直徑和周長 深度為滲透在那個特定的公轉(zhuǎn)徑向深度。 因此，射流穿透深度的徑向 'k'th給出 （7） 其中'到Qk'是在材料的數(shù)量和k'th公轉(zhuǎn)'和Dk是在最初的工件直徑'k'th和射流直徑。工件直徑的'（k+1）'的可為 （8） 3.3．估計的材料去除量 該材料在加工過程中去除AWJ機制以及自由運動接納為磨料粒子[1,2]侵蝕。各種理論的侵蝕已經(jīng)在過去的幾十年里被提出[24-26,32-35]。芬尼的侵蝕[24]理論在這一領(lǐng)域的先驅(qū)作品之一，并已形成了許多研究的基礎(chǔ)工程后。本工作采用芬妮的侵蝕理論估計的物質(zhì)粒子撞擊體積去除。該理論的主要限制是在大角度沖蝕其無法解釋的影響，。不過，大多采用低AWJ轉(zhuǎn)向角度的初步影響逐漸減小到零作為實現(xiàn)理想的最終直徑。此外，控制穿透深度，同時采用一個正常的沖擊角度旋轉(zhuǎn)的方法從而取得最后的直徑是困難的。粗糙的表面AWJ獲得鋁合金試件轉(zhuǎn)動角度是正常的影響可能是因為韌性材料往往流（變形磨損）材料相比，微切割，這是在低角度的影響主要去除。因此，目前的建模范圍企圖影響是有限的低韌性材料的角度轉(zhuǎn)向，這是合理芬尼作為侵蝕模型的理論選擇。 3.3.1磨料水射流材料去除量 芬妮[24]提出了估算材料去除由于粒子的影響在不同的角度影響的模型。它是基于一個單一的運動剛性磨料以速度'弗吉尼亞'移動粒子撞擊表面，并以一定角度的公式'α'。據(jù)推測，該粒子的角與正面均勻的寬度單位。在這方面，目標(biāo)材料的彈性變形忽視，磨料粒子被假定為一個球的方式消除了材料的塑性流動孤單。對于材料去除量結(jié)果表達式'q'的質(zhì)量由單一的米'和速度為[24]： （9） （10） 其中'p'是物質(zhì)流的壓力，'K'的比例是垂直與水平分力，和'ψ'是的接觸深度比'l'的切削深度的'yt'。從實際考慮，為'k'和'ψ'值分別取為2 [24]。當(dāng)多個粒子的影響考慮顆粒之間的相互作用導(dǎo)致在物質(zhì)的預(yù)測量偏離理想情況下刪除?？紤]到這一點，一個因素的'C'推出時，其值是由芬尼采取任意等于0.5。對于沖擊磨料顆粒的總質(zhì)量等于為'm'，為方程受侵蝕去除的材料可以改寫為 （11） （12） 3.3.2．流動應(yīng)力測定 公式（11）和（12）為流動應(yīng)力，'p'的材料。大麻[10]發(fā)現(xiàn)與預(yù)測值與實驗穿透深度良好的相關(guān)性時，流動應(yīng)力值被假定為E/14，其中E是在政府采購協(xié)定的楊氏模量。由于侵蝕涉及非常高應(yīng)變率及總株大，流動應(yīng)力值獲得常規(guī)拉伸或壓縮測試可能不適用的侵蝕情況。芬妮[24]認(rèn)為可以從流變應(yīng)力腐蝕涉及相同的磨料和工件材料試驗確定。 在目前的工作，一AWJ車削試驗，以確定的流動應(yīng)力值可在建議的過程模型中使用。該實驗的目的是確定材料的數(shù)量角度的沖擊下，磨具磨料粒子的速度和總質(zhì)量已知的集合中移除。從材料的去除量測值，流量，壓力可能是計算公式。（11）或（12）取決于角度值的影響。 3.4．達到預(yù)期的直徑需要的轉(zhuǎn)數(shù)估計 由于高之間的磨料水射流速度和旋轉(zhuǎn)工件相互作用，材料去除發(fā)生在表面的一部分，在一個淺槽的形成產(chǎn)生的，其深度是由約束的工藝參數(shù)組合。此外，射流沿著軸向零件的方向，以延長沿切削作用的部分的長度。 結(jié)果為可接受的轉(zhuǎn)動，軸向距離由射流提出在一個工件的直徑應(yīng)該是射流直徑一小部分。在工件表面上的結(jié)果受到了切削時間的推移，在移動裝置的射流軸向距離確定的數(shù)目。換句話說，持續(xù)時間是噴射流由每轉(zhuǎn)進給對任何對工件表面的接觸點。 3.4.1．轉(zhuǎn)速（NP） 考慮在一個無窮小寬度'的‘dx’，如圖2所示帶一個直徑‘dj ’通過噴射。 沿工件，使工件軸的'ü'毫米/分鐘（進給速度）的速度'東經(jīng)'轉(zhuǎn)每分鐘和噴射動作。這架客機已經(jīng)旅行了‘dx + dj ’軸向距離完全覆蓋的寬度‘dx’的'帶。因此，花費的時間的‘td’來彌補距離‘dj + dx’的'是給予'（dj+dx）/ u'的。由工件在這段時間內(nèi)作出轉(zhuǎn)數(shù)由下式給出 （13） 由于這距離'的DX'是非常小的直徑相比，噴射'的‘dj ’，‘dx’的'在方程忽視。 因此，通過削減數(shù)量由噴氣以上的寬條變成無窮 （14） 因此，它是假定工件的整個表面暴露在對NP次噴射。 3.5.最后工件直徑預(yù)測 在每個工序工件直徑變化，這反過來又改變了當(dāng)?shù)氐挠绊懡嵌取＿\用公式.（2） - （12），拆除的材料，徑向深度和直徑的工作后，每個革命量才能確定。通過重復(fù)了中‘np’倍以上程序，如式給出（14），最后工件直徑在任何給定的工藝參數(shù)，達到規(guī)定可估計。 圖4 加強對驗證測試零件幾何形狀 4. 試驗 目前的工作將實驗設(shè)置為兩個不同的部分。第一組的實驗以確定工件的材料，它是用于AWJ轉(zhuǎn)向流動應(yīng)力值的模型。在第二組實驗是為AWJ基本轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動提出的模型試驗。實驗，通過每分鐘2.2升額定排出的水在60-360MPa壓力范圍內(nèi)的能力注射式磨料水射流切割6063 - T6鋁合金試樣。水射流直徑為0.25mm，聚焦噴嘴直徑0.76毫米，1.2毫米和1.6毫米聚焦噴嘴口受雇于切割頭。80目尺寸石榴石被作為研磨材料。所有的實驗進行在水壓力250MPa，5克/ S和一站開距離為2mm磨料流量。 實驗使用專門設(shè)計的AWJ對25.4毫米轉(zhuǎn)彎直徑圓柱形試樣安裝。安裝程序利用一個四爪卡盤來夾緊工件?？ūP連由一個步進電機驅(qū)動軸驅(qū)動。驅(qū)動軸上具有兩個球軸承。步進電機和傳動軸安裝在鋼架上。整個目的是防止水濺入透明外殼封閉實驗過程中。一個合適的控制器是用來改變8至250轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和步進電機的轉(zhuǎn)速。在圖.3，機器上進行實驗的設(shè)置與AWJs轉(zhuǎn)向安排所示。 在進行實驗之前，對有關(guān)的步進馬達轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸同心，確保了樣品中心通過一個千分表確定四爪卡盤標(biāo)本。此外，軸之間的平行對標(biāo)本和橫向方向旋轉(zhuǎn)射流，確保了觸摸標(biāo)本的旋轉(zhuǎn)與周邊低壓水刀，然后再沿試樣軸向方向旋轉(zhuǎn)。這樣做是為了盡量減少錯誤，可以形成由于射流之間的錯位和旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)的工件。 4.1.流動應(yīng)力測定 為了計算流動應(yīng)力，材料去除量的影響下，角度，速度和磨料磨具組已知粒子的總質(zhì)量是待定。撞擊角度決定噴射方面的圓柱形零件表面的徑向位置。進行低角度與射流沖擊的考驗，射流被定位在一個1.7毫米的距離從標(biāo)本的邊緣。這種噴氣特殊位置對應(yīng)至30°沖擊角為25.4毫米有一個初始直徑的一部分。速度取決于磨料水壓力，運用公式.（4）。磨料顆粒的總質(zhì)量是磨料質(zhì)量流量和曝光時間的產(chǎn)物。曝光時間由所用的時間噴射覆蓋試樣，可作為試樣的長度比射流軸向進給速度計算長度。 在實驗進行13轉(zhuǎn)，25轉(zhuǎn)，37轉(zhuǎn)和50轉(zhuǎn)工件轉(zhuǎn)速，以達到約1000，2000，3000和4000，分別表面速度。實驗重復(fù)使用三種不同噴嘴直徑分別集中。，0.76毫米，1.2毫米和1.6毫米。射流的沿試樣軸向進給速度被選為對工件轉(zhuǎn)速，使得移動的距離比噴氣射流直徑較大的工件的時間內(nèi)使一個公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。在試樣表面上的螺旋槽形成這樣的結(jié)果。這是要保持角度的影響，確保噴射不影響以前加工表面不變。軸向?qū)Ь€就業(yè)率分別為39mm/min，75mm/min，111mm/min和150mm/min，分別對應(yīng)于13轉(zhuǎn)，25轉(zhuǎn)，37轉(zhuǎn)和50轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。 加工后的螺旋槽，將標(biāo)本切成需要的長度。原來體積的計算是由機加工試樣的尺寸。 然后把試樣稱重，最終確定使用量之間的質(zhì)量，體積和密度的關(guān)系。因此，該拆除用于計算量估計使用的材料流動應(yīng)力方程.（12）。 4.2.模型驗證 為了驗證最后直徑預(yù)測，使用該模型進行試驗，，使用的25.4毫米專門設(shè)計的AWJ轉(zhuǎn)彎安裝直徑圓柱形試樣。有一個加強的部分，如圖所示的幾何形狀。四是開啟的驗證測試。此次與關(guān)于對部分中心線的位置決定了射流沖擊角和徑向切深。為了定位在某一特定位置的徑向射流，射流最初是為觸摸工件的邊緣，然后提出通過對零件的中心線必需的距離。為了達到預(yù)期的加強幾何，該射流是沿著路徑所需要的數(shù)控程序執(zhí)行。每個標(biāo)本在一個特定的進給速度和因加強幾何，正切值的不同深度可以在一個單一的標(biāo)本觀察。表1列出了工藝參數(shù)，射流徑向位置和軸向進給雇用率步轉(zhuǎn)向試驗。每次實驗完成后，部分被解除了設(shè)置和各部分的步驟打開直徑游標(biāo)卡尺測量使用的0.02mm的至少有一計數(shù)。表1 試驗采用的車削工藝參數(shù) 表1 試驗采用的車削工藝參數(shù) 圖5 流動應(yīng)力狀態(tài)標(biāo)本測定試驗，聚焦噴嘴直徑：0.76mm，速度（a）1000;(b)2000;(c)3000;(d)4000 表2 實驗確定的流動應(yīng)力值 圖6 從驗證測試標(biāo)本，軸向進給速度（a）2;（b）2.5;（c）10;（d）20 圖7 比較預(yù)測值與實驗取得最后車削直徑 5.結(jié)論與討論 表二列出流動應(yīng)力值采用計算公式。 （12）假設(shè)一個多粒子相互作用因子的'C'0.5。流應(yīng)力值取得所有實驗涉及三個不同的側(cè)重噴嘴直徑被發(fā)現(xiàn)有一個874MPa和215MPa平均標(biāo)準(zhǔn)差。然而，由于使用了0.76毫米集中噴嘴直徑車削試驗，相應(yīng)的平均流量1000MPa應(yīng)力值被選定為在預(yù)測模型的使用。在流動應(yīng)力差值在目前的工作其外價值估計早些時候報道[10]可能是由于侵蝕機制/模式，在切割和轉(zhuǎn)彎的差異。在AWJ切割，在經(jīng)過最初的切削磨損區(qū)，材料去除拉住變形磨損模式，這是在韌性材料不是很有效的地方。在低沖擊AWJ角度轉(zhuǎn)向，材料去除發(fā)生完全由微切削。此外，據(jù)估計，磨料粒子的速度可能有所不同的實際值和由于噴射蔓延;個人的磨粒的實際影響可能會有所不同角度的幾何定義在當(dāng)?shù)氐挠绊懡嵌取? 由于流動應(yīng)力值已經(jīng)從一個計算涉及相同的材料和磨料與工件車削實驗裝置實驗測試使用目前的工作甚至可能會被認(rèn)為是一個經(jīng)驗常數(shù)的物質(zhì)屬性和所有不適合在分析模型等功效占賬戶。 該模型是用來預(yù)測最終變成直徑用人的過程中實現(xiàn)表1中列出的參數(shù)。這架客機的分歧，因而忽略了0.76毫米射流直徑補償申請。從選定的標(biāo)本照片驗證測試圖所示.6。最終直徑比較，該模型所預(yù)測的實現(xiàn)和實驗顯示在圖. 7。預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果的相關(guān)性非常好，由相關(guān)系數(shù)為0.97所示。在預(yù)測誤差發(fā)現(xiàn)地區(qū)在為1.3mm到-1.7毫米的范圍內(nèi)，平均-0.2mm的偏差和標(biāo)準(zhǔn)0.62毫米。然而，為了使本可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測最后的直徑，射流發(fā)散效應(yīng)，而要考慮采用射流直徑補償。 6.結(jié)論 通過實驗驗證，提出了一種新的分析模型為AWJ車削加工，考慮材料去除其外圓周旋轉(zhuǎn)的一部分。 對材料去除機理的侵蝕，在一夾帶磨料顆粒引起高壓水射流。材料體積的磨料顆粒去除是在使用芬妮的侵蝕理論，這需要對工件材料的流動應(yīng)力的知識有很好的理論基礎(chǔ)。從標(biāo)準(zhǔn)試驗確定材料的流動應(yīng)力不涉及侵蝕場合。因此，一種新的實驗使用相同的AWJ轉(zhuǎn)向設(shè)置涉及相同磨料與工件材料是設(shè)計確定工件材料流動應(yīng)力的保證。該模型采用實驗確定流動應(yīng)力值可以成功地預(yù)測鋁合金取得標(biāo)本時轉(zhuǎn)為AWJs最后的直徑組合工藝參數(shù)不同。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 題目：磨料水射流二坐標(biāo)工作臺設(shè)計 系 別 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2011年3月13日 撰寫內(nèi)容要求（可加頁）： 1. 設(shè)計（論文）進展?fàn)顩r 自開題答辯以來，經(jīng)過對本畢業(yè)課題的深入了解和學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)資料和擬定畢業(yè)設(shè)計工作計劃，基本上對本課題的完成有了更加深入的了解。通過兩個月的不懈努力，我查找的大量的相關(guān)資料，到目前為止成功的的將一篇外文通篇翻譯成中文形式。 我根據(jù)對開題報告中提出的方案，畫出了工作臺的裝配草圖。另外，我還對機械部分進行了一些計算：滾動導(dǎo)軌的計算、滾珠絲杠的計算、步進電機慣性負(fù)載的計算等。 2. 存在問題及解決措施 2.1存在的問題： （1）滾動導(dǎo)軌的選擇 （2）滾珠絲杠的選擇 （3）步進電機的選擇 2.2解決措施： （1）根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌。初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷驗算導(dǎo)軌的工作壽命是否滿足任務(wù)要求。通過查閱相關(guān)資料選擇合適的滾動導(dǎo)軌。 （2）通過對傳動精度、工作方案選擇、計算滾珠絲杠運行中的載荷等因素的綜合考慮，查閱相關(guān)資料選擇合適的滾珠絲杠。 （3）通過減速器中齒輪的轉(zhuǎn)動慣量、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量得到步進電機的慣性負(fù)載，算出步進電機的最高工作頻率，查閱相關(guān)資料初選合適的步進電機。 3. 后期工作安排 （1）對所確定的實施方案進行全面的、系統(tǒng)的設(shè)計與分析。 （2）修改完善裝配圖，并取其中兩個零件分別畫出零件圖。 （3）撰寫說明書，完成畢業(yè)設(shè)計的其余部分。 （4）完成論文的錄入排版，準(zhǔn)備答辯。 （5）畢業(yè)答辯，裝訂論文。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號字，行距22磅；標(biāo)題：加粗 宋體四號字 2. 中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 系 別 機電信息系 專業(yè) 班 姓名 學(xué)號 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 磨料水射流二坐標(biāo)工作臺設(shè)計 2.題目背景和意義：本課題是精密加工研究所承擔(dān)省教育廳科研項目09JK499“基于人工智能的磨料水射流工藝參數(shù)優(yōu)化方法研究”的子內(nèi)容，主要研究磨料水射流加工機理和工藝規(guī)律，設(shè)計相關(guān)的實驗裝置，探尋最佳切割加工工藝參數(shù)，便于根據(jù)不同加工需要實現(xiàn)智能化選擇合理最優(yōu)的工藝參數(shù)。該課題主要是實驗裝置設(shè)計的一部分，為后續(xù)的工藝研究提供基礎(chǔ)。 3.設(shè)計(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 一個二坐標(biāo)工作臺，用于磨料水射流加工工件的承載和運動，要求采用步進電動機驅(qū)動，工作臺定位精度0.01mm，有效行程Lx=400mm，Ly=400mm，工作臺大小420x400，快進2000mm/s. 4.設(shè)計的基本要求及進度安排（含起始時間、設(shè)計地點）： 遵守紀(jì)律，遵守學(xué)術(shù)道德規(guī)范；進實驗室前須做好相關(guān)準(zhǔn)備。 1—3周 調(diào)研，查閱科技文獻和書籍，理解課題，進行英文翻譯； 4—7周 設(shè)計方案討論確定，進行總體裝配圖設(shè)計。 8-11周 裝配圖修改、零件圖部件圖設(shè)計。 12-14周 圖紙的修改、論文撰寫。 15-17周 論文修改及提交終稿。 5.畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作量要求 不少于１.5萬字 ，其中包括3000字左右的文獻綜述 ① 實驗（時數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： A0幅面3張。 ③ 其他要求： 翻譯的中文字?jǐn)?shù)不少于3000。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊，一份教師自留。 2 帶*項可根據(jù)學(xué)科特點選填。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題目：磨料水射流二坐標(biāo)工作臺設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2010 年 11 月 15日 6 1. 畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述 1.1課題背景 該課題是精密加工研究所承擔(dān)省教育研究項目09JK499，基于人工智能的磨料水射流切割機的工藝參數(shù)優(yōu)化方法研究。 1.2課題研究意義 磨料水射流是在較低的壓力下向水射流中添加一定數(shù)量的固體顆粒（石榴石、石英砂或者鋼砂）就可以成功地切割鋼材、混泥土和巖石等材料，這種添加了一定數(shù)量固體顆粒的射流稱為磨料水射流[1]。磨料水射流切割技術(shù)作為一種新興的技術(shù)它對材料具有極強的沖蝕作用，并且在沖蝕過程中不改變材料的力學(xué)、物理化學(xué)性能，適用于加工各種功能材料和結(jié)構(gòu)材料[2]。磨料水射流是一種冷態(tài)的單點能源，具有獨特的沖蝕效果和顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益，目前，磨料水射流主要以切割作業(yè)應(yīng)用最為廣泛[3]。磨料水射流切割機其工作原理是：普通水經(jīng)過高壓泵，將水壓增至幾十至幾百MPa，在噴頭與磨料(如石英砂、金剛砂、石榴石、碳化硅等)混合后，經(jīng)通過特殊設(shè)計的、孔徑極小的砂噴管小孔射出一能量集中的，幾百m／s的高速磨料水射流，當(dāng)射流能量大于被切割工件強度時，通過沖擊、剪切破壞和氣蝕作用來分割工件，達到切斷工件的目的，而不會改變材料的物理和化學(xué)性能[4]。磨料水射流切割物料時，有降溫、消塵潤滑作用，實現(xiàn)無火花切割加工，對被切割的材料能夠降低產(chǎn)生的溫度，可防止加工熱變形，水射流具有沖運切屑的功能等特點。磨料水射流切割加工雖然有很多優(yōu)點，但是，利用其切割工件時，并不是像其他剛性刀具，刀具到之處，工件就被加工，它在加工中存在滯后、回?fù)?、切縫等問題，必須通過控制切割工藝參數(shù)解決[5]。 1.3國內(nèi)外研究的相關(guān)情況 早在上世紀(jì)60年代，意大利、英國、美國、前蘇聯(lián)、日本等國家就投入大量人力和物力去研究開發(fā)水射流切割技術(shù)。真到1971年美國終于制造出了世界上第一臺超高壓力純水射流切割機．簡稱純水射流切割機，并在家具制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用[6]。磨料水射流技術(shù)自20世紀(jì)80年代應(yīng)用于切削加工以來，得到了迅猛的發(fā)展[7],被廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、石材、淬火鋼、高溫合金及層狀復(fù)合材料[8-9]。我國也于1993年設(shè)計制造了磨料水射流切割機，投入實踐生產(chǎn)中，取得了令人矚目的成就。沈陽大學(xué)趙永贊利用高壓磨料水射流切割設(shè)備對工程陶瓷進行切割實驗，分別對三氧化二鋁、碳化硼、碳化硅等工程陶瓷材料進行切割，分析了壓力、噴嘴橫移速度、靶距等切割參數(shù)對其切深的影響.結(jié)果表明:磨料經(jīng)沖蝕工程陶瓷以后，如石榴石磨料經(jīng)沖蝕作用之后,可重復(fù)利用價值很小[10]。2006年，汪慶華、李福援進行了三相磨料水射流實驗工作臺的研制。試驗表明，通過調(diào)整工藝參數(shù)，該磨料水射流實驗工作臺可對材料實現(xiàn)表面拋光、去毛刺、清洗、剝層、切割等加工和實驗[11]。 2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1課題研究內(nèi)容 磨料水射流二坐標(biāo)工作臺運動傳動系統(tǒng)的確定，選擇合適的步進電機、齒輪減速器、傳動絲杠及導(dǎo)軌。 系統(tǒng)運動原理圖： 2.2研究方案及研究方法 可選傳動機構(gòu)和導(dǎo)向機構(gòu)列表： 減速器 傳動機構(gòu) 導(dǎo)軌 I級減速器 滾珠絲杠 滑動導(dǎo)軌 II級減速器 齒輪齒條 滾動導(dǎo)軌 III級減速器 同步帶 流體質(zhì)摩擦導(dǎo)軌 減速器的分析：I級減速器，齒輪直徑太大，減速器減速范圍有限且減速穩(wěn)定性差；II級減速器減速范圍較大，傳動精度較高且減速穩(wěn)定性較好；III級減速器傳動精度高但振動大，齒輪間嚙合難度大，造價高。 傳動機構(gòu)分析：滾珠絲杠，運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長；齒輪齒條，傳動時振動較大、齒輪與齒條之間存在嚙合間隙、精度不高；同步帶，傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高、傳動平穩(wěn)但安裝精度要求高、壽命短。 導(dǎo)軌的分析：滑動導(dǎo)軌，抗振性高、結(jié)構(gòu)簡單但靜摩擦系數(shù)較大，在低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；滾動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)基本相同，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象、可以預(yù)緊、剛度高、精度較高；流體質(zhì)摩擦導(dǎo)軌，精度高但成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 方案一： 采用步進電機進行驅(qū)動，通過齒輪I級減速器將運動傳遞給滾珠絲杠，經(jīng)滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，沿滑動導(dǎo)軌進行移動，從而驅(qū)動工作臺的縱向、橫向移動。 方案二： 采用步進電機進行驅(qū)動，通過齒輪II級減速器將運動傳遞給齒輪齒條，經(jīng)齒輪齒條將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，沿流體質(zhì)摩擦導(dǎo)軌進行移動，從而驅(qū)動工作臺的縱向、橫向移動。 方案三： 采用步進電機進行驅(qū)動，通過齒輪III級減速器將運動傳遞給同步帶，經(jīng)同步帶將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，沿滾動導(dǎo)軌進行移動，從而驅(qū)動工作臺的縱向、橫向移動。 方案四： 采用步進電機進行驅(qū)動，通過齒輪II級減速器將運動傳遞給滾珠絲杠，經(jīng)滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，沿滾動導(dǎo)軌進行移動，從而驅(qū)動工作臺的縱向、橫向移動。 根據(jù)方案的可行性和經(jīng)濟性及滿足設(shè)計要求，選擇方案四。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1本課題研究的重點及難點 1）滾珠絲杠螺母副的計算和選型：滾珠絲杠副的支撐方式，剛度驗算、穩(wěn)定性校核。 2）齒輪傳動比的計算 3.2前期已開展的工作 分析課題，查找與課題有關(guān)的資料，進行初期的規(guī)劃和整理，對課題研究的內(nèi)容有了充分的認(rèn)識。 4 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 第1-3周：查閱文獻、理解題目、準(zhǔn)備開題； 第3周：根據(jù)開題題目搜集相關(guān)資料并完成開題報告； 第4-6周：確定方案進行初步設(shè)計 第7周：結(jié)構(gòu)設(shè)計、相關(guān)校核 第8周：完成中期工作，提交中期報告； 第9-11周：圖紙的細(xì)化，完成零件圖、裝配圖； 第12-14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，準(zhǔn)備答辯； 第15周，進行畢業(yè)答辯。 5 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號字，行距22磅。 2. 開題報告由各系集中歸檔保存。 參考文獻 [1] 王明波，王瑞和，楊金瑩. 磨料水射流切割機制研究進展[J]. 潤滑與密封，2008 12-101-5. 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