[机械设计自动化精品] 药筒环焊缝自动检测装置数字样机设计 毕业论文任务书与开题报告.doc

毕业设计任务书学 院、系：机械工程与自动化学院 机械工程系专 业：机械制造及其自动化学 生 姓 名：学 号：设计题目：药筒环焊缝自动检测装置数字样机设计起 迄 日 期: 2011年2月21日 2011年6月20日设计地点:机械工程与自动化学院指 导 教 师:系 主 任:发任务书日期: 2011年2月21日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在系的负责人审查、系领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或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，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“学院、系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），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/T 740894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”。( 1 )药筒焊缝超声检测的意义（2）超声自动检测的发展现状及趋势（3）机械设计技术（工具）的发展（数字样机）（4）参考文献毕 业 设 计 任 务 书1毕业设计课题的任务和要求：该同学承担“药筒环焊缝自动检测装置数字样机设计”的任务。设计要求：能实现药筒环焊缝相对于探头做周向扫描运动，超声的耦合采用水浸耦合方式。2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：具体工作内容：（1）制定总体方案；（2）设计三维装配图；（3）选取步进电机及驱动电源；（4）设计重要非标零件；（5）翻译外文资料。技术要求： 根据产品线设计要求（1）年生产任务6万件（2）年有效工作天数为250天（3）每班有效工作小时为6小时设计检测系统节拍为：每班产品量60000/250240件，每小时生产产品为240/6=40件，则每个产品生产时间3600/4090秒为此设计系统的检测速度为：90秒/件。设每件产品的辅助检测时间为：30秒，直焊缝最大长度为：600mm，则每秒检测速度为20mm/秒。被检工件：图1 工件运动方式：探头相对与工件旋转耦合方式：水浸耦合，要考虑防锈问题。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等)：（1）三维装配图 1张（2）二维工程装配图 1张（3）零件工程图 5张（4）设计说明书 1份（5）英文翻译资料 1份 4毕业设计课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2010年1月22日 3月01 日3月01日 3月30 日4月01日 5月31 日6月01日 6月10 日6月 11日 6月20 日收集资料，学习相关知识撰写开题报告，确定技术方案完成具体设计撰写设计说明书毕业设计答辩学生所在系审查意见：系主任： 年 月 日 毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：机械工程与自动化院专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：药筒环焊缝自动检测装置数字样机设计指导教师: 2011 年 3 月 10 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GB 771487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0201140102），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/T 740894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1.1药筒焊缝超声检测的意义由于大口径自行火炮用药筒的技术要求高，设计难度大，使药筒的使用环境更为恶劣，以至于西方国家另辟溪径寻找药包替代药筒，但是这种方式又给火炮的密封等诸多环节带来了难以克服的技术难题，致使火炮发展举步艰难。由于我国基础工业薄弱，在火炮的密封技术上，关键密封件难以达到设计使用寿命要求，同时传统的引伸药筒的制造技术难以达到火炮对药筒的技术要求而止步。一段时期使系统研究陷于停滞状态，制约了系统的研制，影响了系统的总体进度。经过几年的方案论证和试验，最终又以焊接钢质药筒取代了药包的装填方案。焊接钢质药筒作为现代炮弹药筒家族中的重要组成之一，由于其在制造上的优良特点：焊接钢质药筒是一种不需要大型的压力设备，制作工艺比较简单的钢质药筒，成本低，效益好，最适宜大中口径高膛压火炮的弹药的应用。 1 但是因为技术操作等原因，在焊接时难免会出现这样或那样的焊接缺陷，如出现气孔、横裂纹、焊偏、虚焊等瑕疵。而这些表面完好的内部瑕疵很难被人们发现。然而，在炮弹发射时，药筒主要承担了闭气、承压等功能，焊缝中的疵病可能导致炸壳、开裂等严重的后果。在过去，面对这样的问题我国工作人员只能通过抽样检测的方法，将炮筒沿焊缝锯开来检查炮筒是否符合，这种检测方法效率低，同时还有很大的可能漏检。因此，我们需要一种高效，高质的焊缝检测装置，来保证我们的生产要求。而水浸超声检测正是符合生产线自动批量检测的低成本检测方法。1.2 超声检测的发展现状及趋势无损检测(Nondestructive Testing , NDT ) 是指不破坏和损伤受检物体，对其性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。无损检测技术是提高产品质量，促进技术进步不可缺少的手段，特别随着新材料、新技术的广泛应用，各种结构零件向高参量、大容量方向发展，不仅要提高缺陷检测的准确率和可靠性，而且要把传统的无损检测技术和现代信息技术相结合，实现无损检测的数字化、图像化、实时化、智能化 2 。工业上常用的无损检测方法有五种：超声检测(UT)、射线探伤(RT)、渗透探查(PT)、磁粉检测(MT)和涡流检测(ET)。其中超声检测是利用超声波的透射和反射进行检测的。超声波可以穿透无线电波、光波无法穿过的物体，同时又能在两种特性阻抗不同的物质交界面上反射，当物体内部存在不均匀性时，会使超声波衰减改变，从而可区分物体内部的缺陷。因此，在超声检测中，发射器发射超声波的目的是超声波在物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，发射和接收器可对反射波进行分析，精确地测出缺陷来，并显示出内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等 3 。Sokolov于20世纪30年代提出了超声波检测的早期研究,在40年代出现的脉冲回波探伤仪器成为超声波检测技术的重要标识。20世纪50年代初,真正用于医学诊断的超声装置问世。60年代末,由于电子技术、计算机技术和信号处理技术的飞速发展，声成像研究恢复了生机。70年代形成了几种较成熟的方法，大量商品化设备上市，在医学诊断中得到极其广泛的应用，在工业材料超声检测中也逐渐得到应用 4 。当今世界很多国家都越来越重视无损检测技术在国民经济各部门中的作用，超声无损检测成像技术大多有自动化和智能化的特点，超声成像是定量无损检测的重要工具，在各种探伤手段中，应用超声手段来检测缺陷是目前各国正在探索的一个重点。目前，人们仍在致力于很多方面的研究，如声逆散射理论、新成像机制、神经网络、模式识别等信号处理理论、优质超声探头和其他超声成像元件等。而超声无损检测技术伴随材料与工业技术的发展而发展，并随着人们对产品质量与安全性的不断重视而得到进一步提高 5 。1.3 虚拟设计与数字样机近年来，为了缩短产品的开发周期，降低生产成本，人们提出了各种各样的制造模式。计算机技术的发展为这些制造模式的应用提供了有力的支持，“虚拟现实”(Virtual Reality，简称VR)技术的引入更是加快了各种敏捷制造模式的实现 6 。虚拟现实技术与已经高度发展的CAX(CAD、CAM及CAE等)系统的有机结合,为产品的创意、变更以及工艺优化提供了虚拟的三维环境。设计人员借助于这样的虚拟环境可以在产品的设计过程中，对产品进行虚拟加工、装配和评价，进而避免设计缺陷，有效地缩短产品的开发周期，同时降低产品的开发成本和制造成本。越来越多的人已经认识到这种技术是一种可靠的、行之有效的辅助设计技术。初步的实践证明：这项技术对产品的概念设计、装配设计和人机工程学评价特别有益。目前，人们对这项技术的界定不很一致，命名方法也不尽相同，一般文献称其为“虚拟设计” 711 。虚拟设计系统大体可分为两大类，增强的可视化系统和基于虚拟现实的CAD系统。增强的可视化系统，用现行CAD系统进行建模，在对数据格式进行适当的转换后输入虚拟环境系统。在虚拟环境中便可利用三维交互设备(如数据手套，三维显示监视器等)在一个“真实”的环境中对模型进行不同角度的观察。增强的可视化系统通常采用空间球、飞行鼠标等进行导航，并采用带有光闸眼镜的立体监视器来增强产品的真实感。基于虚拟现实的CAD系统：利用这样的设计系统用户可以在虚拟现实中进行设计活动。与纯粹的可视化系统相反，这种系统不再使用传统的二维交互手段进行建模，而直接进行三维设计。它们提供各种输入设备(数据手套、三维导航装置等)与虚拟环境进行交互。另外，它们也支持其他的输入方法，如语音识别、手势跟踪等。这样的虚拟设计系统不需要进行系统的培训就可以掌握，一般的设计人员稍加熟悉后便能成功地利用这样的系统进行产品设计。前投入使用的虚拟设计系统大都属于增强的可视化系统，这是因为基于虚拟现实的建模系统还不够完善，相比之下现行的CAD建模技术比较成熟，可以利用 12 。而数字样机作为虚拟设计中的一门新兴的综合性技术，是现代新产品数字化设计与管理的重要手段之一，受到了国内外的普遍重视与应用。随着社会的进步和科学技术的高速发展，经济全球化已成为世界经济发展的主潮流，同时这也意味着企业面临着日趋激烈的市场竞争；产品消费结构向多元化和个性化方向发展；多品种小批量生产已逐渐成为企业主要的生产模式，这就使得传统的产品研发过程无法满足不断变化且难以准确预测的市场需求。在产品设计初期，特别是对于那些复杂程度大，成本高的产品，一旦出现难以弥补的设计缺陷，往往需要重新建立一个等同于真实产品的物理样机，重新进行各种试验，这导致了研发成本的增加并延长了设计周期，不利于企业的市场竞争。作为现代数字化开发技术核心的数字样机（Digital MockUP，DMU）技术，并不是要取代传统的物理样机，而是要减少物理样机的数量和过程。根据全球优秀企业的统计数据，使用数字样机技术平均可以缩短开发周期58天，降低制造成本46%，且DMU技术有助于企业提升产品的研发能力，快速响应市场多变的需求，提高企业的市场竞争力。 1315 参考文献：1 何清 焊接钢制药筒设计理论与研究 中北大学博士学位论文 2005-7-5 2 陈文革，魏劲松 超声无损检测的应用研究与发展 J . 无损探伤，2001(4) : 133 朱晓恒，高晓蓉，王黎，王泽勇，周小红，彭建平 超声探伤技术在无损检测中的应用A . 测控技术，20104 刘超 超声层析成像的理论与实现D . 杭州：浙江大学，2002.5 李小娟，王黎，高晓蓉，王泽勇 超声无损检测成像技术A . 西南交通大学：光电工程研究所，20106 张茂军 虚拟现实系统M . 北京：科学出版社，2001. 1107 王成国 铁道车辆虚拟样机技术的应用研究C . 北京：气象出版社，2001. 13168 林忠钦，连军 薄板类产品制造偏差建模C . 北京：气象出版社 ,2001. 49569 杨晓光，段海波 航空推进系统转子结构虚拟设计系统研究C . 北京：气象出版社；2001. 828710 雷雨成 知识工程与汽车虚拟设计 C .北京：气象出版社，2001. 11912411 童志远等 虚拟工程在 “挑战者” 车型开发中的应用C .北京:气象出版社，001. 13313912 袁名松，迟毅林，张淼 虚拟设计发展现状及未来发展方向A . 昆明理工大学学报，2002. 513 李佳新，张翔 数字样机与模态分析T . 机电技术2009年增刊，200914 谭建荣，刘振宇 数字样机：关键技术与产品应用M . 北京：机械工业出版社，2003：7-815 高利，迟毅林，曾谢华 虚拟产品开发中的虚拟样机技术和数字样机技术J . 机械研究与应用，2005，18(5)：6-7 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 设计任务与技术要求承担课题：“药筒环焊缝自动检测装置数字样机设计” 设计要求：能实现药筒环焊缝相对于探头做周向扫描运动，超声的耦合采用水浸耦合方式。2.2 设计方案2.2.1 方案一由已给题目及设计要求，我设计了如下设计方案：送货板两个：送货板1、送货板2，可向右抬起；挡板两个：挡板1、挡板2，可向左抬起；转轮两个，上导轨一条进货出货步骤：（1）：初始药筒为于最左端，送货板1位于“一”号位；挡板1落下锁死；送货板2位于“二”号位，落下锁死；挡板2落下锁死；转轮不断转动（2）：挡板2解锁抬起；送货板2右移至“三”号位；（3）：挡板2落下锁死；挡板1解锁抬起；送货板1右移至“二”号位，将药筒推至转轮上直至挡板2；（4）：转轮转动带动药筒转动，超声焊缝检测装置开始检测环焊缝；挡板1落下锁死；送货板1、送货板2解锁抬起，分别左移至“一” 、“二”号位；（5）：送货板1、送货板2落下锁死。至此，一个周期结束。如图1所示。图1 药筒环焊缝自动检测装置送货装置图（方案一）图2 药筒转轮旋转示意图但是方案一因为药筒转动全部靠它与转轮之间的摩擦力来带动，因此有很大的可能性打滑，因此无法准确的旋转一周。2.2.1 方案二根据方案一的缺陷现在得到了如下的送货装置设计。图3 药筒环焊缝自动检测装置送货装置图（方案二）如图3所示。两个转轮，一个是“卍字型转轮”，一个是“X字形转轮”。这两个转轮在每个送货周期各旋转了90°，避免了来回作业，只需要单向旋转。减少了工作强度及设计复杂性。但是此时出现了一个问题在“卍字型转轮”进货转动时，药筒会不会在转轮转动时从“卍字型转轮”与右侧待检置货台之间的空隙中掉下？图4 药筒环焊缝自动检测装置送货装置图（方案二）由图4可知，在工作周期中，药筒不会掉下送货台，因此此设计足以保证货物送货稳定性。图5 药筒环焊缝自动检测抓紧固定装置（未抓紧）图5 药筒环焊缝自动检测抓紧固定装置（已抓紧）图5、图6为药筒抓紧装置。当药筒置于“X字形转轮”上时，为图5是的状态。此时于药筒左端施加一个向右的推力，在力的作用下三抓闭合，抓紧药筒，锁死药筒的径向及轴向自由度。而后整个卡盘带动药筒旋转开始检测。综上所述，方案二比方案一更加成熟。因此选用方案二作为设计定案。 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