【正文】 目 錄 1 緒論……………………………………………………………………………1 ……………………………………………1 ……………………………………………1 …………………………………………………2 ………………………………………………2 SLS快速成型技術(shù)的特點及應(yīng)用………………………………………………3 ………………………………………………3 ………………………………………………3 國內(nèi)外現(xiàn)狀快速成型技術(shù)的現(xiàn)狀…………………………………………………3 ………………………………………………………………3 國外RP 技術(shù)的最新發(fā)展…………………………………………………………4 快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢…………………………………………………………5 2方案選擇………………………………………………………………………6 設(shè)計的目的和要求…………………………………………………………………6 設(shè)計的目的………………………………………………………………………6 本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 ……………………………………………7 對本畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求 …………………………………………………7 機械部分設(shè)計………………………………………………………………………8 …………………………………………………………8 …………………………………………………………9 電氣部分設(shè)計………………………………………………………………………9 3設(shè)計計算…………………………………………………………………………11 …………………………………………………………………11 小車速度的確定………………………………………………………………11 小車鋪粉過程的受力分析…………………………………………………12 同步帶輪的設(shè)計…………………………………………………………14 缸體部分設(shè)計……………………………………………………………………15 缸體的設(shè)計…………………………………………………………………15 滾珠絲杠副的計算……………………………………………………………18 蝸輪蝸桿的計算……………………………………………………………20 4 電氣部分設(shè)計……………………………………………………………………22 控制系統(tǒng)整體設(shè)計…………………………………………………………………22 步進電機簡介……………………………………………………………………23 感應(yīng)子式步進電機……………………………………………………………24 步進電機的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語……………………………………………………24 步進電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語………………………………………………24 步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)組成理論簡介……………………………………25 控制系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………27 工控機的簡介………………………………………………………………27 工控機的設(shè)計…………………………………………………………………29 工控機的選擇…………………………………………………………………30 固態(tài)繼電器………………………………………………………………………31 溫度控制卡………………………………………………………………………32 檢測原件的選擇…………………………………………………………………32 傳感器的選擇……………………………………………………………32 光電傳感器的選擇……………………………………………………………34 行程開關(guān)………………………………………………………………34 結(jié)束語……………………………………………………………………………………36 致謝……………………………………………………………………………………37 參考文獻…………………………………………………………………………………381 緒論 選擇性激光燒結(jié)概述 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展1986年美國Texas大學(xué)的研究生Deckard提出了選擇性激光燒結(jié)成型（Selective Laser Sintering，SLS）的思想，并于1989獲得了第一個SLS技術(shù)專利。這是一種用紅外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料成型的快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping，RP）。同其它快速成型技術(shù)一樣，SLS技術(shù)采用離散/堆積成形的原理，借助于計算機輔助設(shè)計與制造，將固體粉末材料直接成型為三維實體零件，不受成型零件形狀復(fù)雜程度的限制，不需任何工裝模具[2，3]。1992年美國DTM公司推出Sinterstation2000系列商品化SLS成型機，隨后分別于1996年、1998年推出了經(jīng)過改進的SLS成機Sinterstation 2500和Sinterstation2500plus，同時開發(fā)出多種燒結(jié)材料，可直接制造蠟?zāi)＜八芰稀⑻沾珊徒饘倭慵?。DTM公司擁有多項SLS技術(shù)專利，無論是在成型設(shè)備還是在成型材料方面均處于領(lǐng)先地位，該公司于2001年被3D公司收購，因此3D公司擁有了最先進的SLS技術(shù)。SLS技術(shù)在新產(chǎn)品的研制開發(fā)、模具制造、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)等方面均顯示出廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)已成為技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。世界上另一個在SLS技術(shù)方面占有重要地位的是德國的EOS公司。EOS公司成立于1989年，1994年EOS公司先后推出了三個系列的SLS成型機，其中EOSINTP用于燒結(jié)熱塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模鑄造和真空鑄造的原型；EOSINTM用于金屬粉末的直接燒結(jié)，制造金屬模具和金屬零件；EOSINTS用于直接燒結(jié)樹脂砂，制造復(fù)雜的鑄造砂型和砂芯。EOS公司對這些成型設(shè)備的硬件和軟件進行了不斷的改進和升級，使得設(shè)備的成型速度更快、成型精度更高、操作更方便，并能制造尺寸更大的燒結(jié)件。國內(nèi)從1994年開始研究SLS技術(shù)，引進了多臺國外SLS成型機。北京隆源公司于1995年初研制成功第一臺AFS激光快速成型機，隨后華中科技大學(xué)也研制出了HRPS系列的SLS成型機，這兩家單位的SLS成型設(shè)備均已產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)研究SLS技術(shù)的還有南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和中北大學(xué)等單位，其中中北大學(xué)研制成功變長線掃描SLS設(shè)備。此外,目前國內(nèi)還有多家企業(yè)和高等院校在進行SLS技術(shù)的研究及應(yīng)用工作。文獻[11]列出了國內(nèi)外生產(chǎn)激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備的主要制造商及其燒結(jié)設(shè)備型號與主要性能參數(shù)。可以看出，按燒結(jié)用材料的特性，SLS技術(shù)的發(fā)展可分為兩個階段：1）用SLS技術(shù)燒結(jié)低熔點的粉料來制造原型。目前的燒結(jié)設(shè)備和工藝大多處于這一階段，所用的材料是塑料、尼龍、覆膜金屬粉、覆膜陶瓷粉及覆膜樹脂砂。2）用SLS技術(shù)直接燒結(jié)金屬等高熔點的粉料來制造零件。此方面，國內(nèi)外設(shè)備、工藝、材料均不成熟，仍處于研究的初級階段。 選擇性激光燒結(jié)的工藝原理 SLS工藝原理可參考文獻[20,21]，首先由CAD產(chǎn)生制件的三維模型，用分層切片軟件對其進行切片處理，獲得各截面形狀的信息參數(shù)，作為激光束進行二維掃描的軌跡。其次，將SLS成型機粉床上的粉末材料預(yù)熱至材料熔融溫度以下2℃～3℃，然后根據(jù)制件幾何形體各層截面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在計算機的控制下，激光以一定的掃描速度和能量密度有選擇地對材料粉末分層掃描，使粉末材料粘結(jié)化。一層燒結(jié)完成后，電機驅(qū)動工作臺，使粉末固化層下降一個層厚高度，用鋪粉輥將新粉末材料均勻地鋪放在前一固化層上，再進行下一層掃描燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起，如此層層疊加，最終生成所需要的三維實體制件。 選擇性激光燒結(jié)的工藝特點 SLS成型技術(shù)開辟了不用刀具、模具等迅速制作零件的途徑，并為用傳統(tǒng)方法不能或難于制造的零件或模型提供了一種嶄新的制造手段，SLS技術(shù)的特點如下。 （1）成型過程與零件復(fù)雜程度無關(guān)，是真正的自由制造，傳統(tǒng)方法無法比擬。 （2）技術(shù)的高度集成，它是計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)與材料技術(shù)的綜合集成?？蓪崿F(xiàn)快速鑄造、快速模具制造。 （3）生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品的單價幾乎與批量無關(guān)，從零件CAD到CAM完成只需幾小時到幾十小時，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和小批量零件的快速生產(chǎn)。 （4）材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。特別是可以制造金屬零件，這使SLS工藝頗具吸引力。 （5）應(yīng)用面廣，由于成型材料的多樣化，使得SLS適合于多種應(yīng)用領(lǐng)域，如原型設(shè)計驗證、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等。 （6）高精度，依賴于使用的材料種類和粒徑、產(chǎn)品的幾何形狀和復(fù)雜程度，該工藝一般能夠達到工件整體范圍內(nèi)177。（～）mm的公差。，成型后的原型精度可達177。1%[2]。 SLS快速成型技術(shù)的特點及應(yīng)用：（1)其工藝材料選擇廣泛，如尼龍、塑料、金屬、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物均可作為加工材料。SLS可根據(jù)不同的用途選擇不同的材料，如用覆膜砂燒結(jié)精密鑄造用砂型(或芯)，用石蠟粉或塑料粉燒結(jié)熔模鑄造用的母模，用陶瓷粉燒結(jié)陶瓷模殼，或用金屬粉直接成形金屬模具或零件。所以它的選材范圍廣。(2)它不需特殊支撐、多余材料易于清理、適合原型及功能零件的制造等優(yōu)點，而且材料可以重復(fù)使用，材料利用率高，粉末材料的利用率幾乎可以達到100%。（3）與其它原型制作工藝(如SLA,LOM等)不同，SLS成形無須研究專門的廢料清除工藝。所以工藝過程簡單。(4)SLS可以直接成形金屬或陶瓷制件，而快速原型與快速制模技術(shù)相結(jié)合是快速成形技術(shù)應(yīng)用的一個主要方面。從目前國內(nèi)外SLS技術(shù)的研究情況來看，覆膜砂、石蠟粉以及塑料粉這三種材料的激光燒結(jié)技術(shù)的研究比較成熟，已經(jīng)有商品化的設(shè)備推向市場。金屬粉末的激光燒結(jié)技術(shù)也逐漸成熟，而陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù)尚處在研究階段，陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù)屬當(dāng)今激光燒結(jié)技術(shù)的研究前沿和技術(shù)難點，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。 選擇性激光燒結(jié)的主要應(yīng)用 （1）原型制作 SLS 系統(tǒng)能快速制造出任意難度的原型，設(shè)計人員可以直觀地評估所設(shè)計產(chǎn)品的造型效果、結(jié)構(gòu)的合理性以及生產(chǎn)工藝的可行性；同時，原型有一定的強韌性，可以進行裝配實驗、功能測試。這樣快速成型技術(shù)的應(yīng)用對改善產(chǎn)品設(shè)計、加快研發(fā)進度、降低開發(fā)成本起到非常有效的作用。另外，SLS 除了做精度較高的薄壁件外，更適合做厚壁件、中大件。原型件變形小，強度高。 （2）快速鑄造 選區(qū)粉末燒結(jié)（SLS）技術(shù)有效地將快速成型技術(shù)和傳統(tǒng)的鑄造工藝相結(jié)合。它包含快速熔模鑄造與沙型鑄造 國內(nèi)外現(xiàn)狀快速成型技術(shù)的現(xiàn)狀 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 與快速成型設(shè)備的研究相比,我國快速成型材料及工藝的研究相對滯后,目前還處在起步階段,與國外相比存在較大差距。雖國內(nèi)有多家研究開發(fā)單位對SLS 材料和工藝進行了研究開發(fā)工作,但還沒有專門的成型材料生產(chǎn)和銷售單位。清華大學(xué)主要研究RP 方面的現(xiàn)代成型學(xué)理論和FDM工藝, 并開展了基于SLA 工藝的金屬模具的研究。 華中科技大學(xué)主要研究LOM 工藝, 推出了HRP 和RPS 系列成型機和成型材料。 西安交通大學(xué)開發(fā)出LPS 和CPS 系列的光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂。 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研制開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“納米晶陶瓷材料/零件的快速成型工藝與設(shè)備”, 已經(jīng)通過了國家863 計劃的考核驗收。北京化工大學(xué)針對目前成型機普遍采用的直角坐標(biāo)機構(gòu)在加工旋轉(zhuǎn)體薄壁零件時, 輪廓易失真的現(xiàn)象, 構(gòu)思設(shè)計了極坐標(biāo)機構(gòu)快速成型設(shè)備。另外, 國內(nèi)兩家比較知名的RP 專業(yè)機構(gòu)也研究并開發(fā)了實用的新技術(shù)并投入市場。北京隆源自動成型有限公司開發(fā)研制的AFS 320 和AFS 450 系列激光快速成型機已被廣泛應(yīng)用。北京殷華激光快速成型與模具技術(shù)有限公司開發(fā)了FDM 工藝設(shè)備(MEM 系列) 、激光固化樹脂RP 設(shè)備(AURO—350) 、分層實體RP 設(shè)備( SSM系列) 。另外, 有關(guān)RP 技術(shù)的組織和學(xué)術(shù)活動也紛紛出現(xiàn)。如1997 年中國機械工程學(xué)會特種加工分會成立了“快速成型技術(shù)委員會”,該委員會作為我國唯一代表, 出席了歷屆GARPA(全球快速成型協(xié)會聯(lián)盟)的高峰年會。 2003 年6 月,基于西安交通大學(xué)承擔(dān)的國家863 計劃項目“RPamp。M網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)集成系統(tǒng)”, 成立了全國快速成形網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)聯(lián)盟。 2004 年3 月16 日至19 日在昆明召開了“第三屆全國快速成型與快速制造學(xué)術(shù)會議”, 該會議每四年舉行一次。 2004 年11 月4 日至9 日在上海新國際博覽中心舉行的“第六屆上海國際工業(yè)博覽會”上, 多家國內(nèi)知名的RP 技術(shù)企業(yè)參展?？傊? 我國的RP 工業(yè)正緊跟國際先進技術(shù)的步伐, 迅速發(fā)展[3]。 國外RP 技術(shù)的最新發(fā)展SLS 技術(shù)起源于美國德克薩斯大學(xué)澳斯汀分校。1986 年，該校學(xué)者Carl Deckard 在其論文中首次提出了SLS 工藝原理，并申請了專利，于1988 年研制成功了第一臺SLS成形機，隨后由DTM 公司將其商業(yè)化，推出了SLS Model125 成形機，目前，DTM 公司與3D Systems 公司合并，成為全球影響力最大的公司，占有全球6