中北大学毕业设计开题报告.docx

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中北大学毕业设计开题报告

中北大学

毕业设计开题报告

学生姓名：

许兆璐

学号：

0802014136

学院、系：

机械工程与自动化学院

专业：

机械设计制造及其自动化

设计题目：

功率超声振动拔丝机的设计

指导教师:

祝锡晶教授

2012年3月13日

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；

2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；

4．学生的“学号”要写全号（如**********），不能只写最后2位或1位数字；

5.有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；

6.指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一、课题研究的背景和意义

随着现代社会的不断进步和科学的不断发展，经济的发展对制造业的要求越来越高，机床是制造业发展的根本所在，因此，随着工业的迅速发展，对各类机床的性能要求也提出了新的挑战。

金属线是一种常见的产品形式，包括丝、线和杆。

随着经济的不断发展，需求和生产也空前的繁荣【1】。

现在拉丝机床制造业方面，无论国内国外都有了很成熟的技术也形成了一定的规模，但在竞争越来越激烈的时代，以最低的成本和最高的效率生产出让顾客满意的产品是当前对生产厂商提出的新的挑战，因此我们需要引进一项新的的技术来提高现有传统拉丝机床的性能，使其能够更高效更低成本的生产出更高质量的产品【2】。

功率超声振动拉丝技术在今年应用越来越广泛，此课题是对功率超声振动拉丝机床的研究和设计，利用超声振动技术提高拉丝机床的性能，以适应当前发展的需要。

超声振动加工技术可以提高加工的效率，关键是加工的质量好、精度高，明显提高表面加工质量。

因此，此课题研究的重要性不言而喻，将成为未来机床制造业的一个发展方向【3】。

二、功率超声振动加工技术的研究与发展

超声振动加工技术，是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工或者利用超声振动使工件相互结合的加工方法。

超声加工系统，一般由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成【4】。

这种技术大约成形于二十世纪四十年代，是一种发展迅速的特种加工技术。

几十年来，超声振动加工技术的发展十分迅速，比如在超声振动系统、深孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果【5】【6】。

1927年，美国物理学家伍德和卢米斯做了超声振动加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。

当时超声振动技术并未应用到工业上，直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工工艺技术描述以后，超声加工一直吸引了极大的关注，并且逐渐步入相当广泛的工业领域。

1951年，科恩研制了第一台实用的超声加工机，为超声加工技术的发展奠定了基础【7】。

1960年前后，包括英国、德国、美国、苏联、日本和中国已经研制了各种用途、各种类型和加工尺寸的超声加工设备与机床，先后开展了超声车削、钻孔、磨削、研磨、拉管、焊接、镗孔、光整加工和复合加工等方面的技术研究和生产实践，取得了良好的效果。

我国超声加工技术的研究始于50年代末60年代初，哈尔滨工业大学应用超声振动加工技术，加工了一批飞机上的铝制细长轴。

1973年上海超声波电子仪器厂研制成功CNM-2型超声研磨机。

1982年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备。

1985年，清华大学进行了45号钢制成的超声砂带研抛的实验研究【8】【9】。

超声加工技术在硬脆等难加工材料加工方面有较大的优势,同时这些硬脆材料具有普通材料无法比拟的特点,使其在工程上有着越来越广泛的应用,国内外学者纷纷对超声加工技术的理论和工艺进行深入研究,不断扬弃传统超声加工过程中所出现的缺点,使超声加工这一技术的优点更为突出【10】。

超声加工技术发展所取得的成果是可喜的。

一方面,脆硬材料加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展。

另一方面,超声加工技术提供的强有力的加工手段又促进了新材料的发展。

随着硬脆材料应用范围不断扩大,超声加工及其复合加工技术的研究不断深入,其工艺必将日趋完善,展望未来,超声加工技术的发展前景是美好的【11】。

三、拉丝机的行业现状与发展

目前国内金属制品行业的总体技术水平和装备水平，与工业发达国家相比仍有较大的差距，在拉丝机主机、辅助设备、润滑技术、线材生产、拉丝模质量等方面还比较落后;面对我国金属制品行业的实际情况，单纯追求先进的大型、高速拉丝机是不切合实际的.也不可取;对于拉丝机的设计者和制造厂家来说，工作的重点应放在设计、制造运行可靠、操作、维护简单、生产效率较高的拉丝机。

目前国际上拉丝机的设计制造主要有两大指导思想;一个是以意大利、德国、瑞典等欧洲工业发达国家为代表，主张拉丝机向大型、高速的活套式、直线式方向发展;另一个是以日本为代表，主张拉丝机有较高的速度，结合先进的辅助设备，向组合式拉丝机方向发展【12】【13】。

欧洲国家以先进的机械、电气工业体系为依托，首先在拉丝模及其润滑技术和卷筒水冷系统上取得突破，使钢丝的拉拔速度和质量大大提高，其拉丝机主力是活套式、直线式和水箱拉丝机。

日本在拉丝机设计制造方面，与欧洲国家相比稍有差距，但在辅助设备、简化电气控制系统等方面作了大量工作;它的指导思想是拉丝机首先应做到操作、维护简单、方便，用先进高效的辅助设备来提高拉丝生产效率。

它首先在交流变频调速方面取得突破，使拉丝机电气系统变得比较简单、可靠、操作、维护都较方便;另一特点是它主张利用组合式拉丝机，在保证钢丝质量的前提下，尽量降低设备投资。

　组合式拉丝机充分利用了各种型式拉丝机的优势，钢丝质量有较大的提高，并且可以用交流变频调速的方法使该类组合拉丝机具有象活套式或直线式拉丝机一样的、具有较大的机器压缩率的调节范围，对各种工艺路线适应性强【14】【15】。

随着电线电缆行业的蓬勃发展,各种产品象雨后春笋一样出现,可供选择的产品及设备也越来越多。

线缆制造厂在选择设备时不再象以前仅仅只是从价格和功能两方面来考虑,而是从高效、低耗、高品质、实用、服务等方面对设备提出了更高的要求。

拉丝机也正是沿着上述几个方面进行不断地更新和发展【16】。

2002年4月,在德国多塞尔多夫举办的国际电线电缆展览会上有来自42个国家超过1100个展出单位展示了当今电线电缆行业最新的设备、材料、技术,其中也展出了许多新型的拉丝机。

欧洲设备整体水平（从设计思想、制造工艺、控制系统等方面）都比国内同行领先了一大步。

这些新型的拉丝机从整个设计理念上看,也正代表着拉丝机发展的方向和趋势【17】。

四、超声波加工机床及其发展

超声加工机床为实现旋转超声加工,一般要由机床本体、超声波电源、超声振动系统、主轴旋转系统、主轴轴向进给系统、轴向力反馈保护系统等组成。

超声振动系统是超声设备的核心。

以前普遍采用的超声振动系统多为纵向振动方式,并按“全调谐”工作。

近年来,对振动系统的工作方式、设计计算、振动方式及应用研究都取得新进展【18】。

陕西师范大学声学所丁大成等研制成一种纵弯型振动系统。

利用该振动系统制成的YP型超声车刀已获国家专利。

其特点是:

克服了以往通常采用的“纵2弯”型振动系统的某些不足,且结构简单,安装方便,节能。

日本还研制成一种“纵2扭”型超声复合振动系统,压电换能器采用两组压电陶瓷片,一组产生纵向振动,另一组产生扭转振动。

复合振动系统与四边形油石连接后,其纵向振动频率29.4kHz,扭转振动频率为19.4kHz【19】。

国内外研究表明,超声旋转加工是一种有效的加工方法,但有关设备、加工工艺相关技术正待研究开发。

传统的超声加工机床自动化程度低,操作麻烦。

随着计算机技术的不断发展,为了实现机床操作的自动化,现在清华大学已经开发了完全数控化的旋转超声加工机床,以工控PC为硬件基础,其数控系统由Z轴进给控制,旋转电机控制,自动频率跟踪控制等功能模块组成。

天津大学也在超声加工机床方面做了很多研究,对机床进行了模块化设计研究,有利于产品的更新换代,可缩短设计和制造周期,降低成本,性能稳定可靠,且给今后的维修带来方便。

超声加工技术是非常有效的加工手段,其发展和应用促进了超声加工机床的发展,且随着现代工业的需要,有进一步开发研究的必要【20】。

参考文献

【1】H.H.JO，S.K.Lee.Passscheduledesignsysteminthedrywire-drawingprocessofhighcarbonsteel.ProclnstnmechEngrs，Vol216

【2】曹凤国，张勤俭.超声加工技术.北京：

化学工业出版社，2004

【3】A.B.Dove.TheCoolingofWireDuringDrawingSteelWireHandbook，Vol4.137

【4】《功率超声振动加工技术》，王爱玲，祝锡晶，吴秀玲，国防工业出版社2007-01-01

【5】GuzzoPL，RaslanAA，DeMelloJDB.ultrasonicabrasionofCuartzcrystals.Wear2003，255：

67~77

【6】曹凤国，翟力军，杨大勇，等.从第14届国际电加工学术会议看电火花加工技术的发展趋势.电加工与模具，2004（5

【7】何建文.连海山.郭钟宁.张永俊.赵文凤多功能数控超声加工机床设计[期刊论文]-机电工程技术2011

（1）

【8】AzarhoushangB,AkbariJ.Ultrasonic2assisteddrillingofInconel738-LC[J].MachineTools&Manufacture,2007（47）:

1027-1033.

【9】ReimundNeugebauer,AndreaStoll.Ultrasonicapplicationindrilling[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2004（149）:

633-639.

【10】［中国优秀硕士学位论文全文数据库］刘国东，中北大学硕士学位论文

【11】[中国期刊全文数据库]李亚明，中国高薪技术企业，2010年25期

【12】慕丽,张辽远.超声振动切削小孔的工艺研究[J].机械设计与制造,2002（6）:

【13】YongboWu,YufengFan,MasanaKato.Afeasibilitystudyofmicroscalefabricationbyultrasonic2shoecenterlessgrinding[J].PrecisionEngineering,2006（30）:

201-210.

【14】唐英.崔华胜.崔咏琴.周友来.张显斌微小孔加工技术现状及发展趋势[期刊论文]-新技术新工艺

【15】贾宝贤.边文凤.赵万生.王振龙微细孔超声加工关键技术[期刊论文]-机械工程学报2007（11）

【16】张俊超声振动拉丝加工技术的实验研究[学位论文]硕士2005

【17】范国良;陈传梁超声加工概况和未来展望

【18】ZhaoWansheng;WangZhenlong;DiShichunUltrasonicandelectricdischargemachiningtodeepandsmallholeontitaniumalloy[外文期刊]2002（1/3）

【19】刘中亮.拉丝机的新发展[C].绕组线用铜工艺技术研讨会.广东顺德:

中国电器工业协会电线电缆分会绕组线专委会,2001.

【20】谢涛,齐海群,张俊.超声振动拉丝实验研究.中国机械工程,2006

毕业设计开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

总方案设计

功率超声振动拉丝机的设计主要是为了体现生产效率高、工艺性能好的要求，根据国内外的新型研究，主要采用的装置和零部件如下：

1．功率超声振动系统部分：

换能器是其核心设备，超声波换能器在合适的电场激励下产生有规律的振动，根据大功率复合棒换能器的极限功率，一般受压电陶瓷片的电极限、力极限和热极限的限，本课题设计中，选取合适的参数，经过计算选择压电陶瓷换能器。

对于功率超声系统的另一重要零部件——变幅杆，其是一个无源器件，本身不产生振动，只是将输入的振动改变振幅后再传递出去，同时也完成了阻抗的变换。

由于工作时的负载情况，单一变幅杆能起到减小换能器与变幅杆之间的能量损耗，延长其使用寿命的作用，因此本课题设计的功率超声振动系统采用单一变幅杆。

2.振动方式选择

由于振动同时施加于内膜和外膜效果最好，因此本设计选择了正交复合超声振动方式，他能使拉丝机的张力调节周期有效延长3倍以上，使拉丝更趋于稳定，产品的表面质量更好。

3.拉丝机的结构：

拉丝机是金属制品企业用于线材拉拔的通用设备，应用范围广、品种多、数量大，拉丝机性能的高低直接影响铜丝产品的质量。

通过综合的比较，一种新型的卧式连续拉丝机的性能最好，能达到产品的工艺要求。

然后分别对卧室连续拉丝机的结构：

活套轮、模盒、卷筒及其冷却系统、速度反馈系统进行设计计算。

如图1，图2。

图1卧室连续拉丝机系统传动布局图

大皮带轮和小皮带轮由v带连接，皮带轮与减速器和电机之间、减速器与卷筒之间由轴连接，从而实现传动。

然后分别对卧室连续拉丝机的结构：

活套轮、模盒、卷筒及其冷却系统、速度反馈系统进行设计计算。

其冷却系统、速度反馈系统进行设计

计算

图2卧室连续拉丝机工作原理图

1.活套轮2.模盒3.卷筒

毕业设计开题报告

指导教师意见：

指导教师：

年月日

所在系审查意见：

系主任：

年月日