【正文】 荷 10000N CP ：計(jì)算負(fù)荷 24000N Tf ：溫度系數(shù)，取 1 Cf ：接觸系數(shù)，取 Wf ：負(fù)荷系數(shù)，取 得 C=? = 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 27 頁 共 36 頁 查《博特產(chǎn)品系列》，選擇 JSALG45C 即可，并且 AM 、 BM 、 CM 均滿足要求。預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌適用于顛覆力矩較大和垂直方向的導(dǎo)軌中，數(shù)控銑床常采用這種導(dǎo)軌。滾針導(dǎo)軌適用于導(dǎo)軌尺寸受限制的機(jī)床上。但對(duì)于安裝的偏斜反應(yīng)大，支承的軸線與導(dǎo)軌的平行度偏差不大時(shí)也會(huì)引起偏移和側(cè)向滑動(dòng)，這樣會(huì)使導(dǎo)軌磨損加快或降低精度。為了避免在導(dǎo)軌面上壓出凹坑而喪失精度，一般常采用淬火鋼制造導(dǎo)軌面。優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高，動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)相差甚微，因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速移動(dòng)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，重復(fù)定位精度可達(dá) ，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，精度保持好，壽命長(zhǎng)。 導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算 機(jī)床導(dǎo)軌按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三種。圖 33（ e）是一種類似過盈配合的預(yù)緊方式，采用安裝直徑比正常大幾個(gè) μm的鋼球進(jìn)行預(yù)緊裝配。 滾珠絲杠副預(yù)緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一般滾珠絲杠副調(diào)整軸向間隙的預(yù)緊方式有以下六種，如圖 33 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁 共 36 頁 圖 33（ a）在雙滾珠螺母 1 和 2 的凸緣上切制出外齒輪 ,其齒數(shù)差為 1,分別與內(nèi)齒 3和 4 嚙合 ,3 與 4 用螺釘鎖緊與螺母座 5 中 ,通過 1 與 2 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到預(yù)緊的目的。 p? — 絲杠軸許用拉壓應(yīng)力， N/mm 滾珠絲杠支撐的選擇 在絲杠的安裝方式中有 ⑴ 支撐－游動(dòng)式 ⑵ 固定－游動(dòng)式 ⑶ 固定－固定式。 ul — 滾珠絲杠副有效行程， mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁 共 36 頁 ⑽ 預(yù)拉伸力 tF (N) tF =△ t 22d =2402 = 2d — 絲杠螺紋底徑， mm ⑾ 系統(tǒng)剛度 K 計(jì)算 (N/μm) ???? RKKK bs 1111 7861 +2611 +11381 = 則 K=357 N/μm sK — 滾珠絲杠副的拉壓剛度， N/μm 當(dāng) 一 端固定 一端游動(dòng) 時(shí)， sK =165 22d L/a(La) =)6001362(600 1362401652?? ??=786 N/μm bK — 軸承剛度， N/μm bK = 0BK =231 5m a x2 60s in ?aQ FZd =231 52 )23(3 00 0177 ??? =261 N/μm R— 軸向接觸剛度，得 R=1138 a— 滾珠螺母中點(diǎn)至軸承支點(diǎn)距離， ⑿ 滾珠絲杠副精度選擇 選擇精度，并校合系統(tǒng)剛度 K 值，進(jìn)行必要的驗(yàn)算。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁 共 36 頁 取 2d =40mm。 X、 Y 向進(jìn)給系統(tǒng)絲杠的選取與計(jì)算 滾珠絲杠副按循環(huán)方式分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種， 本設(shè)計(jì) 選用了內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲杠副，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：滾珠循環(huán)鏈最短，反向靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，使用可靠，工作壽命長(zhǎng)，螺母配合外徑 較小。 5) 加熱工作室 加熱工作室用來給成型過程提供一個(gè)恒溫環(huán)境。 3) 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) X— Y 軸的聯(lián)動(dòng)掃描完成 FDM 工藝噴頭對(duì)截面輪廓的平面掃描， Z 軸帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度發(fā)行的進(jìn)給。主噴頭工作時(shí)，副噴頭遠(yuǎn)離工作臺(tái) 。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過帶光電隔離功能的數(shù)字量輸入卡和數(shù)字量輸出卡 來完成他們的控制。 4) 溫度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)是采用獨(dú) 立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由三組溫控器、可控硅及熱電耦組成。該卡能實(shí)現(xiàn)精確的 XYZ 位置控制、精確的旋轉(zhuǎn)控制，主要用于機(jī)器人設(shè)備、裝配設(shè)備，以及其他使用步進(jìn)電機(jī)的地方。它使用單臺(tái)工業(yè) PC 機(jī)完成上層數(shù)據(jù)處理和下層設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能，使用接口 板卡作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 與其他子執(zhí)行系統(tǒng)的接口。由于甲基丙烯酸 ABS（ MOBS）材料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，可采用伽瑪射線消毒，特別適用于醫(yī)用。 原材料以卷軸絲的形式提供 ，易于搬運(yùn)和快速更換。 5)近年來發(fā)展迅速，廣受用戶青睞。如 ABS 可以用來生成帶有結(jié)構(gòu)功能的模型。熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果驟然冷卻，容易造成翹曲和開裂，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度可最大限度的減小這種缺陷，以提高成型質(zhì)量和精度。運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)包括 X， Y,Z 三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。 （ 2）送絲機(jī)構(gòu)。 （ 1）噴頭。在他們的教學(xué)應(yīng)用項(xiàng)目中，在 Penn State Altoona 機(jī)電工程系的學(xué)生開設(shè) Senior Capstone Course，此外還專門開設(shè)了一門“ CAD for Artists”課程。他們還對(duì)這中合金材料的微觀組織及其在擠出和沉積過程中的流變力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了研究 [13]。 各應(yīng)用領(lǐng)域的研究 澳大利亞 Swinburne 大學(xué)的 Masood S. FDM 工藝直接噴射金屬制作注塑模嵌件。 丹麥科技大學(xué)（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 等人針對(duì) FDM的最新發(fā)展使得 FDM 工藝已經(jīng)用于直接快速制造零件，對(duì)擠出過程提出更高的要求的形式下，通過分析材料擠出階段的液化器動(dòng)力學(xué)（ Liquefier dynamics） ，提出了擠出過程的控制策略 [10]。該方法的每一層制作分為兩步：首先用 FDM 工藝做作制件外殼，然后用 UV 光固化樹脂 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁 共 36 頁 填充外殼，重復(fù)制作直至完成。他們的研究結(jié)論是：以氣壓作為擠壓動(dòng)力有效可行 ,系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單 ,成形材料選擇范圍廣泛 ,可完成傳統(tǒng) FDM的快速設(shè)計(jì)任務(wù) ,還可完成制造人工生物活性骨的模型加工。 新工藝、新材料和新方法的研究 丹麥科技大學(xué)（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 開發(fā)了一種用于 FDM 設(shè)備的新型擠出系統(tǒng) [5]。 1999年 Stratasys公司開發(fā)出水溶性支撐材料，有效地解決了復(fù)雜、小型孔中的支撐材料難除或無法去除的難題 [3]。該設(shè)備成形材料廣泛，可成形 PLLA、 PLGA、 PU 等多種人體組織工程用高分子材料。北京殷華公司對(duì)熔融擠壓噴頭進(jìn)行了改進(jìn)，提高了噴頭可靠性。該公司成立于 1990 年，總部位于美國(guó)明尼蘇達(dá)州，擁有 FDM 專利技術(shù)。 研究 FDM工藝的主要有 Stratasys公司和 Med Modeler公司。這些技術(shù)在很多?？迫顼B外科、神經(jīng)外科、口腔外科、整形外科和頭頸外科等得到了廣泛的應(yīng)用。即使是傳統(tǒng)的快速模具 ,也常常因?yàn)槟＞叩脑O(shè)計(jì)與制造中出現(xiàn)的問題無法改正 ,而不能做到真正的“快速”?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)恰到好處地彌補(bǔ)了產(chǎn)品 CAD 與 CAM 之間的這個(gè)縫隙。 LOM 工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照 CAD 分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓．然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過熱壓 裝置和下面已切割層粘合在一起。材料在噴頭內(nèi)被加熱融化。如下圖所示： 圖 1 選擇性激光燒結(jié) 原理圖 2） 光固化成型法 (Stereo lithography Apparatus, SLA)工藝 SLA 工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。 1) 選擇性激光燒結(jié)法 (Selective Laser Sintering, SLS)工藝 SLS 工藝是采用粉末狀材料成型的。 以上特點(diǎn)決定了 RP 技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計(jì)與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計(jì)檢查，裝配檢驗(yàn)和快速反求工程等。 快速成型技術(shù)的基本原理 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁 共 36 頁 傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，然后經(jīng)切削加工，從毛坯上去除多余的材料，從而達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的形狀、尺寸和公差，這種方法統(tǒng)稱為材料去除制造。它是一種基于離散堆積成型思想的新型成型技術(shù)，是又 CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體零件制造的技術(shù)的總稱。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁 共 36 頁 立式加工中心 X、 Y 方向進(jìn)給系統(tǒng)以及床身的設(shè)計(jì) 1 引言 快速成型技術(shù) 的產(chǎn)生和發(fā)展 ． 1 快速成型（ RP）技術(shù)簡(jiǎn)介 快速原型 制造技術(shù)，又叫 快速成型技術(shù)， 英文： RAPID PROTOTYPING（簡(jiǎn)稱 RP 技術(shù)），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡(jiǎn)稱 RPM。 它借助計(jì)算機(jī)、激光、精密傳動(dòng)、數(shù)控技術(shù)等現(xiàn)代手段，將 CAD 和 CAM 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子技術(shù)及激光技術(shù)的技術(shù)集成以實(shí)現(xiàn)從零件到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。而基于噴射技術(shù)的熔融沉積成型（ Fused Deposition Modeling， FDM）正是當(dāng)前最活躍使用最廣泛的 RP技術(shù)之一。 （ 5）技術(shù)的 高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。根據(jù)所使用的材料和建造技術(shù)的不同，目前應(yīng)用比較廣泛的方法有選擇性激光燒結(jié)法（ SLS）、光固化成型法（ SLA）、熔融沉積制造法（ FDM）、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁 共 36 頁 疊層實(shí)體制造法（ LOM）等。所有層完成后，去除多余未燒結(jié)的粉末，再經(jīng)過打磨、烘干等后處理，便得到燒結(jié)后的零件。如下圖所示 : 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁 共 36 頁 圖 2 立體 光固化成型 工藝原理圖 3) 熔融沉積制造法 (Fused Deposition Manufacturing, FDM)工藝 FDM 工藝一般采用熱塑性材料。如下圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁 共 36 頁 圖 3 熔融沉積制造原理圖 4) 疊層實(shí)體制造法 (Laminated Object Manufacturing, LOM)工藝 LOM 工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。 快速成型技術(shù)的應(yīng)用 1） 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的應(yīng)用 一直以來，在 CAD 和 CAM 之間都存在著一個(gè)縫隙，即產(chǎn)品的 CAD 總不能在 CAM 之前盡善盡美。 傳統(tǒng)模具制造的方法工藝復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高、精度低、壽命短 ,很難完全滿足用戶的要求。 3) 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用 RP 技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用于種植體原型、監(jiān)視系統(tǒng)和很多其他醫(yī)療設(shè)備原型的制作，運(yùn)用生理數(shù)據(jù)采用 SLA、 LOM、 SLS、 FDM 等技術(shù)快速制作物理模型，對(duì)想不通過開刀就可觀看病人骨結(jié)構(gòu)的研究人員、種植體設(shè)計(jì)師和外科醫(yī)生等能夠提供非常有益的幫助。類似的工藝 還有 MJS（ Multiple Jet Solidification）、 MEM（ Melted Extrusion Manufacturing）等。 FDM 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前研究 FDM 最主要的是美國(guó) Stratasys 公司。 國(guó)內(nèi)，華中科技大學(xué)、北京殷華公司等單位也從事 FDM 方面的研究。該型設(shè)備以清華大學(xué)激光快速成形中心發(fā)明的低溫冷凍成形（ LDM）工藝為基 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁 共 36 頁 礎(chǔ)，最多可同時(shí)裝備 4 個(gè)噴頭。 1998年澳大利亞的 Swinburne工業(yè)大學(xué) 研究了一種金屬 塑料復(fù)合材料絲。此外，目前 Stratasys 公司推出的工程塑料 ABS 有六種標(biāo)準(zhǔn)顏色，包括：白、藍(lán)、黃、黑、紅、綠色，允許客戶定制。西安交通大學(xué)將傳統(tǒng) FDM 工藝中材料擠出過程作了改進(jìn)，將被加熱到一定溫度的低粘性材料 (該材料可由不同相組成 ,如