【正文】 g operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Noncircular Geary to obtain those stroketime behaviorisms we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotationalangledependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new WA rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of fing that the press drive mechanism with noncircular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations. Keywords: Press, Gear, Kinematics 1 introductive Increasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in fing, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending one39。例如支撐板材過(guò)熱會(huì)發(fā)生形變，從而導(dǎo)致了加工過(guò)程中對(duì)刀的誤差以及加工誤差。直接的方法就是減小流道高溫區(qū)的容積，希望絲材只在噴嘴前端的過(guò)渡 區(qū)熔融，這樣壓力可以直接傳遞到噴嘴處。圖 。 圖 圖 絲材在流道中的熔融擠出過(guò)程示意圖 加熱腔入口溢料問(wèn)題的分析 當(dāng)加工做成中，送絲突然中斷過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，處于流道口上的所以絲材會(huì)因受熱，距離入口處溫度較低不至于融化，但 會(huì)因受熱而膨脹，直徑變大，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象；距離入口 31 較遠(yuǎn)處溫度高而導(dǎo)致融化，使得再加工時(shí)出現(xiàn)熔漿溢出現(xiàn)象。計(jì)算得： 231 / msKNK P ?? ，最后計(jì)算獲得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。所以擠出頭設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足出絲口定徑功能的前提下應(yīng)盡量減小噴嘴出口段的長(zhǎng)度，這對(duì)減小擠出頭中的總體流動(dòng)阻力效果最為顯著。當(dāng)流率從 0開(kāi)始增加時(shí)，在最初階段，壓力會(huì)有急劇的上升，但流率增加到一定值后，盡管流率有很大增加，但相應(yīng)壓力和驅(qū)動(dòng)力的變化卻比較小。熔體流動(dòng)包括連續(xù)變化的三個(gè)過(guò)程，整過(guò)擠出頭流道 中的總壓力差為三段壓力差之和，如公式 示： ? ? ?????? ?????????? ??? 132 3131 2131 1321 3 nDnnnP D LnKgD LD LQKPPPP ?????? ??? ?? 31321131 3 LKLngKLD QK nDDnnp (416) 其中：系數(shù) npPK ??????????0004????? ；無(wú)因次壓力梯度 nnp nn ?????? ??? ? 132 2? 29 0? 為參考粘度； 0? 為參考剪切速率； Q為熔體沿管道的體積流率；直徑縮小系數(shù)21DDKD? ； n為流體壓力梯度與流率系數(shù)，對(duì)于牛頓流體 1，對(duì)于高聚物等非牛頓流體 (如ABS熔體 )， n取 1/3；系數(shù) ? ? ? ?1 13? ?? DnDDD KKKKg。 到此，我們就可以得到擠出機(jī)構(gòu)的相關(guān)零件的所以參數(shù)了。 3. Ⅲ Ⅳ軸段齒輪，該齒輪在軸上，相關(guān)參數(shù)如表 5所示，所以直徑為齒輪齒頂圓，則 dⅢ Ⅳ =，分度圓直徑為 。 則小齒輪齒數(shù)為 171?Z 大齒輪齒數(shù)為 682?Z 幾何尺寸計(jì)算 如下表 表 擠出機(jī)構(gòu)直齒輪 參數(shù) 擠出機(jī)構(gòu)直齒輪相關(guān)參數(shù) 齒輪參數(shù) 小齒輪 大齒輪 軸齒輪 模數(shù) m 1 1 齒數(shù) z 17 68 120 壓力角ɑ 20 20 20 分度圓直徑 d=m 17 68 齒頂高 ha=1*m 1 1 齒根高 hf=*m 齒全高 h=*m 齒頂圓直徑 da=(z+2)*m 19 70 齒根圓直徑 d=(z22*)*m 基圓直徑 db=Coosada 齒距 p=*m 齒厚 s=p/2 齒槽寬 e=p/2 標(biāo)準(zhǔn)中心距 a=m*(z1+z2)/2 傳動(dòng)比 i=z2/z1 4 有了該對(duì)齒輪組的尺寸數(shù)據(jù)，就可以設(shè)計(jì)噴頭擠出機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而可以完成擠出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 和應(yīng)力校正系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。初選齒輪模數(shù)為 1，壓力角為 20度，小齒輪 17齒，傳動(dòng)比選擇 4，則大齒輪齒數(shù)為 68。在設(shè)計(jì)擠出機(jī)構(gòu)過(guò)程中，我們先定下設(shè)計(jì)方案，然后初定設(shè)計(jì)參數(shù)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的校核，看看是否滿足要求。 擠出裝置的組成 擠出裝置結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 擠出裝置分別由擠出機(jī)構(gòu)，導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)，噴嘴組成。 4)加熱腔和噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)的阻力盡量小。 在進(jìn)行擠出頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)遵守工藝優(yōu)化的要求以及其他特殊要求等，具體包括以下方面 [27]： l)在合適的加熱功率下按一定速度送入加熱腔的材料經(jīng)過(guò)熔化充分均勻，在加熱腔中處于合適的熔融區(qū)間 (靠控溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) )。 19 8)出絲應(yīng)能根據(jù)路徑掃描要求及時(shí)起停，以保證高質(zhì)量的成形路徑，尤其在路徑起停處，簡(jiǎn)稱(chēng)出絲起?？刂乒δ?。 4)提供熔融態(tài)材料穩(wěn)定流動(dòng)的通道，簡(jiǎn)稱(chēng)流道功能。送絲速度要與掃描速度相匹配，以形成均勻一致的材料堆積路徑，滿足成形工藝要求。 18 4 擠出裝置的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外成熟 3D桌面打印設(shè)備的的尺寸比例，進(jìn)行機(jī)器人的初步尺寸選定，選定后可根據(jù)后面分析得到的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的尺寸修改，下面為擠出裝置的設(shè)計(jì)。單位： kgm2將負(fù)載質(zhì)量換算到電機(jī)輸出軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與公式如下： 負(fù)載 步距角 靜轉(zhuǎn)矩 修正 電流 矩頻特性曲線 15 (32) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的負(fù)載為 w=2kg，減速比 GL=1，小齒輪直徑 D=17mm 所以： 28222 104 4 )101721(2 mkgJ ??????? ? cmg?? 2. 加速度計(jì)算 控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動(dòng)必須有加減速過(guò)程，如下圖所示。 3. 電機(jī)力矩選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。 2. 電機(jī)定位精度的選擇 由于噴頭擠出機(jī)構(gòu)的擠出速度很低，是在步進(jìn)電機(jī)的低頻區(qū)域內(nèi)，因此容易出現(xiàn)振動(dòng)和爬行等不良現(xiàn)象，故選擇擠出機(jī)構(gòu)的減速比為 4： 1， Byz 軸的步進(jìn)電機(jī)減速比為 1：1。 Y 軸 X軸 Z 軸 13 3 電機(jī)方案的選擇及選型 電機(jī)方案的比較 由上述 3D打印設(shè)備的結(jié) 構(gòu)示意簡(jiǎn)圖我們可以知道， Byz 軸各需要一個(gè)電機(jī)，加上噴頭的電機(jī)，總共就需要 4 個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)，該設(shè)備才能正常的運(yùn)動(dòng)。 12 圖 修改后 3D 打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖 圖 型機(jī)床結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖，有結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖可以看出，該熔融沉積成型機(jī)床主要由步進(jìn)電機(jī)，同步齒形帶，光桿，滑塊和噴頭等部件組成。 總體設(shè)計(jì)要求 本文研究的 熔融沉積成型機(jī)床 屬于家庭桌面電器領(lǐng)域，涉及多軸聯(lián)動(dòng)，且設(shè)備的主要運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用直線元件驅(qū)動(dòng)，形成相互聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，具有成型速度高，材料使用效率好，精度可 控，消耗功率低而制造成本低的特點(diǎn)。 （ 8）該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高新產(chǎn)品的第一次投入市場(chǎng)就十分成功的可能性，也可以快速實(shí)現(xiàn)反求工程。這些軟件有快速高精度直接切片軟件，快速造型制造和后續(xù)應(yīng)用過(guò)程中的精度補(bǔ)償軟件，考慮快速成型原型制造和后續(xù)應(yīng)用的 CAD 等。目前即使是最快的快速成型機(jī)也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。 （ 2）隨著成型工藝的進(jìn)步和應(yīng)用的擴(kuò)展，其概念逐漸從快速成型向快速制造轉(zhuǎn)變， 9 從概念模型向批量定制轉(zhuǎn)變，成型設(shè)備也向概念型、生產(chǎn)型和專(zhuān)用型三個(gè)方向分化。 由于快速成型技術(shù)的巨大吸引力，現(xiàn)在，不僅工業(yè)界對(duì)其十分重視，而且許多其他的行業(yè)都紛紛致力于它的應(yīng)用和推廣，在其技術(shù)向更高精度與更優(yōu)的材質(zhì)性能方向取得進(jìn)展后 .可以考慮加入生物醫(yī)學(xué)、考古、文物、藝術(shù)設(shè)計(jì)、建筑成型等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，形成高效率、高質(zhì)量、高精度的復(fù)制工藝體系。 3． 軟件問(wèn)題 目前，快速成型系統(tǒng)使用的分層切片算法都是基于 STL 文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的， 就是用一系列三角網(wǎng)格來(lái)近似表示 CAD模型的數(shù)據(jù)文件，這種數(shù)據(jù)表示方法存在不少缺陷，如三角網(wǎng)格會(huì)出現(xiàn)一些空隙而造成數(shù)據(jù)丟失，還有由于平面分層所造成的臺(tái)階效應(yīng)，也降低了零件表 面質(zhì)量和成形精度，目前，應(yīng)著力開(kāi)發(fā)新的模型切片方法，如基于特征的模型直接切片法、曲面分層法，即：不進(jìn)行 STL 格式文件轉(zhuǎn)換，直接對(duì) CAD 模型進(jìn)行切片處理，得到模型的各個(gè)截面輪廓，或利用反求工程得到的逐層切片數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)快速成型系統(tǒng)，從而減少三角面近似產(chǎn)生的誤差，提高成形精度和速度。發(fā)展全新的 RP 材料，特別是復(fù)合材料，例如納米材料、非均質(zhì)材料、其他方法難以制作的材料等仍是努力的方向。 熔融沉積成型技術(shù)存在問(wèn)題及發(fā)展方向 熔融沉積成型技術(shù)的現(xiàn)狀 目前熔融沉積成型技術(shù)還是面臨著很多問(wèn)題，問(wèn)題大多來(lái)自技術(shù)本身的發(fā)展水平，其中最突出的表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。 輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、裝配，市場(chǎng)宣傳， 玩具 、 鞋 類(lèi)模具的快速制造。 快速成型技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用： 汽車(chē) 、摩托車(chē)：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)、改型、裝配試驗(yàn)， 發(fā)動(dòng)機(jī) 、汽缸頭試制。該項(xiàng)應(yīng)用對(duì) 航空 、 航天 及 國(guó)防工業(yè) 有特殊意義。比如為客戶(hù)提供產(chǎn)品樣件，進(jìn)行市場(chǎng)宣傳等，快速成型技術(shù)已成為并行工程和敏捷制造的一種技術(shù)途徑。如果不進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證而直接投產(chǎn)，則一旦存在設(shè)計(jì)失誤，將會(huì)造成極大的損失。對(duì)某些以 塑料結(jié)構(gòu) 為主的產(chǎn)品還可以進(jìn)行小批量試制，或進(jìn)行一些物理方面的功能測(cè)試、 裝配驗(yàn)證 、實(shí)際外觀效果審視，甚至將產(chǎn)品小批量組裝先行投放市場(chǎng)，達(dá)到投石問(wèn)路的目的。 根據(jù)切片處理的截面輪廓，在 計(jì)算機(jī) 控制下，相應(yīng)的成型頭（ 激光頭 或 噴頭 ）按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地堆積材料，然后將各層相粘結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。 根據(jù)被 加工模型 的特征選擇合適的加工方向，在成型高度方向上用一定間隔的平行 6 面切割近似 后的模型，以便提取截面的輪廓信息。它是用一系列的小 三角形 平面來(lái)逼近原來(lái)的模型，每個(gè)小三角形用 3個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè) 法向量 來(lái)描述，三角形的大小可以根據(jù)精度要求進(jìn)行選擇。 熔融沉積成型技術(shù) 工藝過(guò)程 1) 產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建 由于 RP 系統(tǒng)是由三維 CAD 模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維 CAD模型。 (3)高度柔性 若要生產(chǎn)不同形狀的零件模型，只需改變 CAD 模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可，成型過(guò)程中不需要專(zhuān)門(mén)的夾具和工具，成型零件與 CAD 模型具有直接關(guān)聯(lián)，零件可隨時(shí)修改，隨時(shí)制造。隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)和現(xiàn)代制造技術(shù)的迅速發(fā)展，該技術(shù)迅速在工業(yè)制造、建筑、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛良好的應(yīng)用。同年 ,Charles W. Hull 和 UVP 公司合作建立了 3D System公司 ,許多關(guān)于快速成形的概念和技術(shù)在 3D System 公司中逐步發(fā)展成熟。在這個(gè)商業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，商品更新?lián)Q代越來(lái)越快的時(shí)代，快速成形技術(shù)對(duì)制造業(yè)的發(fā)展起著巨大