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                    汽車模具高速切削工藝參數數據庫開發

                    添加時間:2018/11/16 來源:華中科技大學 作者:宮愛紅
                    但由于目前缺乏實用的高速切削數據,高速切削加工技術的推廣應用受到了一定的限制。建立高速切削工藝數據庫,可為生產企業提供系統可靠的高速切削數據,是推廣高速切削加工技術的重要途徑之一。
                    以下為本篇論文正文:

                    摘要

                      高速加工技術是一項先進的制造工藝,已成為切削加工的重要發展方向,在航空航天、汽車、模具等行業得到越來越廣泛的應用,并逐漸向其它行業擴展。推廣應用高速切削加工技術,可以提高制造業的綜合效益和競爭力。研究和建立高速切削參數數據庫,為生產企業提供迫切需要的高速切削加工數據,對推廣高速切削加工技術具有非常重要的意義。

                      目前,國內有關模具高速切削加工的實用工藝參數還十分缺乏,針對模具高速切削的數據庫系統的研究和開發也報道的很少。而由于切削工藝參數選擇不當而影響零件的加工質量和加工效率以及造成刀具嚴重磨損的情況還普遍存在,大量實例數據和經驗數據的流失又造成了資源的嚴重浪費。本文的主要目標就是構建一個模具高速切削工藝參數數據庫的系統,將模具制造企業在實際生產中結合刀具、工件、機床與企業自身的實際情況積累得高速切削加工實例、工藝參數和經驗等數據有選擇地存儲到高速切削數據庫中,不但可以節省大量的人力、物力、財力,而且可以指導高速加工生產實踐,達到提高加工效率,降低刀具費用,獲得更高的經濟效益。

                      在綜合分析高速切削加工技術的領域知識及信息需求與處理需求的基礎上,1.

                      提出了模具高速切削工藝參數數據庫的系統結構,并以Microsoft SQL Server 2000為數據庫管理系統的平臺、以VC為應用程序開發工具建立了數據庫系統;2.利用VC編寫了UG接口程序將系統集成到UG中,CAM編程者所有對數據庫的操作都在UG環境下直接通過接口程序進行,不需要在程序間切換,提高編程效率;3.研究了基于實例的推理(Case-Based Reasoning—CBR)在高速切削加工中的應用。在目前缺乏大量系統適用的高速切削加工數據的情況下,應用基于實例推理解決問題的思想和方法,為建立高速切削數據庫、推廣高速切削加工技術,提供了一條切實可行的途徑。

                      實例改寫算法的深入研究、高速切削用量的優化以及系統功能的完善等將是今后繼續研究的方向。

                      關鍵詞:高速切削加工 數據庫 基于實例推理 UG

                    Abstract

                      The high-speed machining technology allures most manufacturers for its great increases in material removal rate, machining accuracy, surface quality, and decreasing in machining cost. Thus, the HSM technology can increase the profitability and competitiveness of a machine shop. It is very imperative to develop high-speed cutting database to provide appropriate cutting parameters for the manufacturing industry.

                      Until now there are short of HSM parameters used in practice, and Auto Die High-speed Cutting Database Systems are hardly used too. And the situations such as influence processing quality and process efficiency of the part and leading to the cutter is worn and torn generally exist because of cutting the craft parameter to choose improperly, the running off of a large number of instance data and experience data has caused the wasting seriously of resources again. The main goal of this paper is to structure a database system of craft parameter of auto die high-speed machining. The mould manufacturing company have accumulated HSM cases, cutting parameters and experience combining cutter, work piece, lathe and enterprise's own actual conditions in producing actually. By utilizing data chosen from the above resources, not only can save  large amount of material resources, financial resources but also can supervise production practices at a high speed in order to improve the efficiency of processing, reduce the cutter expenses, obtain higher economic benefits.

                      In this dissertation, First of all, the systematic structure of a high-speed craft database of mould cuts has been developed. It is based on Microsoft SQL Server 2000 as a data base management system. Secondly, UG interfaces are provided by programming with VC++, in this way users can transfer data in UG directly. Users do not need to switch over among the procedures, so can improve programming efficiency; Thirdly Case-Based Reasoning as a problem-solving approach of the artificial intelligence to solve a new problem by using the solutions of the old problems is presented. CBR is also an incremental and sustained learning approach. It enables the system learn from storing new case and experience.

                      There are many matters to in-depth research, for example research of the case of rewriting, optimizing of HSM parameters and perfection of system and so on.

                      Keywords: High-speed machining Database system Case-based reasoning Unigarphics

                      在當前制造環境中,高速切削工藝參數的選擇和使用已成為困擾零件加工的一個大問題。為此人們也做了大量的工作,由于種種原因至今效果并不明顯。因此目前由于切削工藝參數選擇不當而影響零件的加工質量、加工效率和刀具磨損的情況還比較嚴重。就東風汽車模具有限公司而言,雖然擁有國際領先水平的高速加工機床,但相應的工藝技術卻相對落后,致使硬件資源不能得到充分利用。通過現場調研發現存在如下主要問題:

                      1)空刀過多,零件有效切削的時間較少,從而延長了零件的加工周期;2)加劇了機床和刀具的振動,降低了零件的表面質量;3)在零件轉角處拉刀,造成零件過切;4)在加工零件緣條或輪廓時,由于拉刀或讓刀造成厚度尺寸和輪廓形狀不準確;5)切削力過大,造成零件變形或定位狀態改變;6)刀具磨損劇烈,從而降低了刀具耐用度;7)工時定額不準,使得高速切削加工的管理水平難以進一步提高;8)在數控加工中心,由于切削參數選擇不當而造成的零件超差報廢現象十分普遍,以至于目前大多數工藝人員依然依靠工作經驗,或是通過查詢有關的資料來選擇加工參數。

                      基于上述等等原因,對高速切削加工中工藝參數的優化和整理研究已勢在必行。我們將針對東風汽車模具有限公司制造車間實際的高速加工對象和加工過程,對涉及高速加工過程中的機床、刀具、零件及其相配套的工藝參數等數據進行科學整理、歸納和完善,并結合有限元模擬技術、基于實例推理的人工智能技術的優點以及 UG二次開發技術設計了本系統(有限元模擬技術主要用于參數優化,由課題組另外成員完成),對東風模具有限公司的 CAM 加工工藝進行了優化和管理。

                      本課題的主要研究目的,一方面是通過對高速切削加工中工藝參數實施優化策略,不但能夠縮短生產周期,降低制造成本,提高加工精度,延長刀具壽命,而且依據優化了的工藝及刀具參數,可以建立或完善高速切削工藝數據庫,將切削工藝實踐中積累的合理選擇切削參數與刀具的經驗和數據收集起來,為現場加工提供準確及優化的高速切削數據,從而更大程度上提高切削加工水平,獲取更大的經濟利益;另一方面是在 UG 環境下通過開發的 UG 接口程序來調用高速加工工藝數據庫系統,針對不同零件的加工特征給出優化的工藝參數,從而改進 CAM 編程效率,提高生產效率和產品質量。

                      以高切削速度、高進給速度、高加工效率和高加工質量為基本特征的高速切削技術是近 20 年來當今世界制造業中一項快速發展的高新技術,它極大的提高了生產率和推動了制造業的發展[1-2]。該技術在美國的航空航天工業中首先得到應用,因為其多數零件是從原材料中切除 80%的多余材料而制成的(即所謂“整體制造法”)[3],現在高速切削加工已廣泛的應用于航空航天[4-5]、汽車[6-7]、模具[8-11]、機床[3]等工業,展現了它巨大的活力和潛力。

                      美國空軍于 1958~1960 年實施了第一個高速切削加工技術研究計劃,由美國洛克希德飛機公司進行具體試驗研究[3]。但最初的目的并沒有取得真正意義上的成功。

                      接著,人們的研究興趣轉向改善工件的加工精度和表面質量,并取得了一定的成功。二十世紀七十年代后期,對高速切削加工的研究集中到了一個更為實用的目的,就是利用高速切削加工大幅度提高生產率、加工精度和表面質量。這引起了各國政府部門和研究機構的極大興趣,紛紛投入大量人力、物力進行高速切削加工的各項研究工作。

                      1979 年,美國國防高技術研究總署(DARPA)發起了一項為期 4 年的“先進加工研究計劃”(AMRP)[5],旨在為高速切削加工金屬材料提供科學依據。這是迄今為止最為系統的有關高速切削加工的研究計劃之一,其重點放在鋁合金、鎳基合金、欽合金、鋼與鑄鐵及其合金的高速車削和銑削加工的研究上。研究計劃取得了豐碩的成果,證明高速切削加工時隨著切削速度升高切削力降低,加工精度和表面質量提高等[12]。1979~1988 年,德國國家研究技術部撥款支持高速切削加工的研究工作,由達姆斯達特工業大學 (Technical University Darmstadt)的生產工程與機床研究所(PTW)聯合 41 家公司,實施了兩項研究計劃,全面系統地研究了黑色及有色金屬材料的高速銑削加工,以及高速切削機床、刀具及主要部件的相關工藝技術[13]。英國、韓國、意大利、日本等國也相繼進行了大量的研究工作。

                      1980 年以后,越來越多的高校、研究機構、公司投入對高速切削加工的研究,研究成果也更趨多樣化。如 H.K.Toenshoft[14]、A.Gatto[15]等人研究了高速切削加工時切屑的形成;T.D.Marusich[16]等人用有限元法分析了高速切削加工時切屑的形成;G.M.Kim、T.Ozel、S.Jayaram 等人[17-19]對高速銑削時的切削力、應力的預測及仿真進行了研究;其它的研究成果涉及高速切削加工時的毛刺控制、表面粗糙度、工藝參數優化、走刀路線切削方程等[20]。目前,高速切削加工技術己成為切削加工的主流和發展方向。

                      高速切削加工技術是建立在機床結構及設計制造技術、高速主軸系統、快速進給系統、高性能 CNC 系統、高性能刀具材料及刀具設計制造技術、高速切削加工機理、高速切削加工工藝等諸多相關技術均得到充分發展的基礎之上的。高速切削加工技術的推廣應用是建立在制造技術全面發展的基礎上的高速切削加工的關鍵技術包括刀具技術(刀具及刀具材料等)、高速機床及數控技術高速切削加工理論等[20]。

                      目前,高速切削加工在歐美、日本等發達國家的應用已比較普遍,但在我國的研究及應用起步較晚。

                      二十世紀八十年代以來,我國最早開展的是高速硬切削加工技術的基礎研究,其后陸續開展高速切削加工鋁合金、鋼鐵及其合金的研究,以及高速切削機床技術及刀具技術的研究。在“國家‘十五’重點領域技術預測研究”及“先進制造領域關鍵技術的分析論證”中,高速切削技術被列為重大綜合型項目和經濟與社會發展急需技術項目中的重要內容[21-22]。與國外相比,我們在高速切削機床及其數控系統、刀具技術方面的差距最大。目前國內使用的高速切削機床和加工中心主要是進口產品,但主軸轉速達 10,000~15,000r/min 的數控機床和加工中心也有自己的產品;刀具也以進口和外資在國內生產的產品為主,但通過引進技術的改造或合資生產的方式,國內也開始生產高速工具系統和高速切削刀具。在高速切削加工理論的研究方面,我國對高速硬切削加工的研究具有自己的優勢,但從整體上看,還沒有形成自己的高速切削加工理論系統,與國外還有差距。

                      汽車模具高速切削工藝參數數據庫部分功能演示:

                    系統啟動及登陸
                    系統啟動及登陸

                    工藝管理 A
                    工藝管理 A

                    工藝管理 B
                    工藝管理 B

                    實例推理對話框
                    實例推理對話框

                    實例修改對話框
                    實例修改對話框

                    加工參數查詢對話框
                    加工參數查詢對話框

                    設備資源信息對話框
                    設備資源信息對話框

                    目 錄

                      摘 要
                      ABSTRACT
                      1 緒 論
                        1.1 本課題的來源、目的及意義
                        1.2 課題背景及國內外研究現狀
                        1.3 本課題研究的主要內容
                      2 系統功能及總體結構
                        2.1 概述
                        2.2 系統功能
                        2.3 系統結構
                        2.4 小結
                      3 系統的數據庫部分的設計與實現
                        3.1 數據庫設計概述
                        3.2 數據庫的設計
                        3.3 小結
                      4 應用程序與 UG 接口程序設計
                        4.1 概述
                        4.2 應用程序設計
                        4.3 UG 接口程序的設計
                        4.4 小結
                      5 基于實例推理(CBR)在系統中的應用
                        5.1 CBR 概述
                        5.2 CBR 在高速切削工藝中的應用
                        5.3 知識庫的構建
                        5.4 小結
                      6 系統的應用及性能分析
                        6.1 應用概述
                        6.2 系統應用
                        6.3 性能分析與評價
                        6.4 小結
                      7 結論與展望
                        7.1 本文總結
                        7.2 將來展望
                      致 謝
                      參考文獻

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