摘要： 按照应用型人才培养目标，毕业设计过程是大学生进行科学教育，强化创新意识和工程意识，进行工程基本训练和提高工程实践能力的重要培养阶段。本文结合“基于仿生自修复的钻头结构设计与开发”这个毕业设计，提出前期调研实习阶段、创新设计阶段和总结与答辩阶段，并对相关创新提出自己的看法。
Abstract： According to the applied talents training target， the process of graduation design is the science education for college students， which can strengthen the awareness of innovation and engineering consciousness， improve the basic training ability and engineering practice. Based on the graduation design of "Design and development of drill structure based on bionic self repair"， the research internship stage， innovation design stage， and summary and defense stage are put forward， at the same time some views on innovation are suggested.
关键词： 毕业设计；培养目标；创新设计
Key words： graduation design；training target；innovation design
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）08-0239-02
0 引言
毕业设计教学过程是大学生进行科学教育，强化创新意识和工程意识，进行工程基本训练和提高工程实践能力的重要培养阶段；是对大学生进行综合素质教育，培养严肃认真的科学态度、优良的思维品质和严谨求实的工作作风的重要途径。大多数机械设计制造类专业毕业设计为工程设计。工程设计是将技术原理转化为生产力的桥梁，是实现科研成果设计价值的创新活动。下毕业设计从大的进程来看，通常分为三个阶段，包括：前期调研实习阶段、创新设计阶段和总结与答辩阶段。下面以“基于仿生自修复的钻头结构设计与开发”这个毕业设计的三个阶段为例，介绍下机械设计制造专业毕业设计的选题与指导策略。
1 前期调研实习阶段
毕业设计前期调研实习阶段的主要任务是通过调查实习，查阅中英文文献、收集资料和现场考察，了解国内外相关技术的发展情况。有条件的学习可以通过工厂的现场参观实践，以便使毕业设计更好地接近工程运用领域。这个阶段要确定好毕业设计题目、设计要求、毕业设计任务书和指导书，并收集好相关资料。
“基于仿生自修复的钻头结构设计与开发”毕业设计的主要研究内容：
①仿生自修复的钻头结构方案的总体设计；
②仿生自修复的钻头结构的建立及相关参数确定；
③仿生自修复的钻头结构参数的创新性优化；
④基于三维软件的仿生自修复钻头结构模型的生成与二维图纸出图。
毕业设计的主要任务及数量：
①分析题目和设计技术要求，查阅20篇以上的相关文献资料；
②说明书字数不少于2万字，图纸总量不少于3张A0；
③英文翻译一篇（0.3-0.4万字）、毕业论文一本（2-3万字）、开题报告一份。
毕业设计的进度计划：
第1-2周：借阅相关资料、文章，完成开题报告；
第3-6周：熟悉运动仿真的相关软件，达到灵活运用的程度；
第7周：基于仿生自修复的钻头结构总体设计；
第8-12周：仿生自修复的钻头结构的建立及相关参数确定及优化；
第13-14周：编制设计说明书做答辩前的准备。
前期调研实习阶段的毕业论文简介：
科学技术发展到今天，由于超硬材料在物理力学方面有着良好的表现，超硬材料也在不断地扩大它的应用领域，尤其是在地质的勘探和在石油钻井等方面有着重要的作用。而在二十世纪的七十年代，在海外就已经开始把眼光放在了聚晶金刚石复合片（PDC）上，将这种材料作为了一种切削工具，而他们所研发的这种聚晶金刚石钻头在某些地层有着显著的效果。聚晶金刚石钻头的工作层在工作的时候会逐步磨损，工作层与岩石的接触面会变为平面或者是一个弧面，这在钻压不发生改变的前提下，岩石上受到的压强会变弱，这样就会使得整个钻头的工作效率降低，这在石油钻探的过程中会使得整个钻探的成本增加施工的周期也会延长。聚晶金刚石钻头在坚硬复杂的地层进行破碎的时候，PDC齿由于受到较大的冲击就会使得钻頭的金刚石层发生破裂、脱层等不正常的磨损现象，而这些现象的产生就会大幅度的降低钻头的工作效率和使用寿命。
因此，本设计目的是为了解决聚晶金刚石钻头在坚硬复杂的地层磨损比较大工作效率比较低的现象。通过引入仿生学的理论使得所设计出来的仿生聚晶金刚石钻头能够根据地层硬度的变化自动调节合适的工作角度从而减少了钻头的磨损、延伸钻头的工作寿命以及增加钻头的出产效率。
2 创新设计阶段
机械毕业设计的本质是创造和革新。现代机械零件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
创新设计阶段的毕业论文简介：如图1所示这就是设计出来的仿生自适应钻头结构三维模型。当聚晶金刚石复合片进入岩石的时候，它会受到来自岩体反作用力，钻头基体与切削齿柱体之间有圆柱销进行连接，使得切削齿柱体能够在一定范围内自由转动，切削齿柱体之间装有两个弹性体，分别是第一弹性体和第二弹性体，两者都有一定的预紧力。当钻头遇到比较坚硬的岩石的时候，岩石作用在切削齿柱体上的作用力大于第一弹性体的预紧力时，切削齿将会自动向后转动，挤压第一弹性体，使后倾角增大，降低在钻头工作过程中受到来自岩层的冲击力，降低了PDC切削齿的磨损，增进了使用生命，降低工作成本。当遇到较软的岩石时，岩石的反作用力将会驱使切削齒柱体向前转动，压缩第二弹性体，减小了钻头的后倾角大小，能够让钻头更加容易进行破碎，提高了工作效率。
3 总结与答辩阶段
总结阶段的毕业论文简介：
通过对自然界各种生物的研究，初步选择了老虎爪趾，鼹鼠爪趾以及兔爪作为仿生原型。最终选择了老虎爪趾作为仿生原型。结合了仿生自适应理论，将老虎爪趾的结构运用在了常规PDC钻头上，制造出了仿生自适应PDC钻头。这种钻头能够适应复杂地层的钻进。这种钻头可以根据钻头收到的来自岩石的反作用力，自动调节后倾角的大小，当遇到硬度较大的岩层的时候，它会增大后倾角，减小PDC齿受到的打击力，降低它的磨损，提高PDC钻头的寿命。遇到硬度较低的岩层的时候能够降低后倾角大小，从而使钻头更加容易破碎岩石，提高了工作效率，降低生产成本。归功于上述的这种结构功能，使得这种PDC钻头的适用范围相较于常规的钻头更加广泛。
答辩阶段的毕业论文简介：
①钻头的结构分为几部分？
答：钻头基体、切削齿、钻头刀翼等部分组成。
②钻头刀片部位如何进行设计，用什么材料？
答：我们需要预测接触区的形状，以及它们的尺寸如何随载荷的增加而增加通过分析接触区接触应力的大小和分布来计算变形分量和应力分量。材料采用的是聚晶金刚石复合片、硬质合金齿。
③刀片结构的几何参数如何定？
答：通过SolidWorks中的Stimulation进行分析从而了解刀片的几何参数。
4 小结
机械设计制造专业的毕业设计是一项集学习、实践、探索和创新相结合的综合教学环节，这不仅是培养学生综合素质和工程实践能力的重要载体，也是离校前对学生知识、能力、素质的一次全面检验、总结和提高。高等院校已经成为科技创新和技术创新的骨干力量，所以毕业设计的选题与指导一定要注意教育功能和社会功能相结合，既能使教学质量得以提高，又能使学生在设计中得到全面锻炼。
参考文献：
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