【正文】 畢業(yè)設 計貫穿了大學四年所學的大多數(shù)專業(yè)課程，它不僅提高了我計算機繪圖 能力，還為今后熟練運用計算機繪圖打下了良好的基礎。 總之，在陳老師的指導與幫助下，這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，必定對以后的 工作與 學習 起到十分重要的作用。設計 過程中 的 任何 一點失誤， 都可能 對加工造成很大的影響， 有時 甚 至 是 無法彌補 的； 設計 過程中 的一點 點 改進，就 可能 大幅度提高效率，降低加工難度，節(jié)約 加工費用 ， 提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性 能 。若精度很高，采用高精度絲杠和螺距自動補償措施后仍達不到設計要求，可考慮采用全閉環(huán)進給伺服系 統(tǒng)。再加上某些次要因素，將不會超過要求的定位公差，能滿足定位精度 。因而絲杠最大距離為lmax=+=。 Ke 是伺服電機的反向電動勢系數(shù)，是伺服 電機單位角速度所產(chǎn)生的反電動勢（ V）。 為了保證其使用壽命，必須采用適當?shù)拇胧? ⑴ 采用密封端蓋和密封底片，以防止塵埃、雜物進入滑塊內(nèi)部。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 30 頁 共 36 頁 6 機床的潤滑與防塵 潤滑方式 機床中潤滑是必不可少的，在此次的設計中潤滑主要是絲杠螺母副之間的潤滑和直線導軌副之間的潤滑。 底座的設計主要是一個箱體的設計。 電機步距角 θb： 。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。安裝形式如圖 34 所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 23 頁 共 36 頁 導軌長度： X 向?qū)к墸?1450mm Y 向?qū)к?： 1050mm 導軌負荷的計算：在實際應用中，導軌負荷由于受許多因素影響而發(fā)生變化，如：工作臺重心位置、切削力的變化等，在選擇時應充分考慮上述條件，從而確定系統(tǒng)負荷。為了提高工作臺的移動精度，滾針的尺寸應按直徑分組。 根據(jù)滾動體的類型，滾動導軌有下列三種形式： ⑴ 滾珠導軌 這種導軌的承載能力小，剛度低。適用于高剛度、重載荷的傳動，目前應用最廣泛。 其特點為： ⑴ 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)； ⑵ 結構復雜 ，兩端軸承均調(diào)整預緊，絲杠 壓桿穩(wěn)定性比較高 ； ⑶ 軸向剛度 較大，絲杠有熱膨 脹的余地 ； ⑷ 適用于對剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠的安裝； ⑸ 適用于較長的絲杠安裝。 ⑻ 計算預緊力 pF 當最大軸向工作載荷 maxF 能確定時 , pF = maxF /3=3000/3=1000N ⑼ 行程補償值 C（ μm） C=△ t ul 310? =21300 310? = ul =行程 +（ 8～ 14） hP =1020+1420=1300mm △ t— 溫度變化值， 2～ 3C176。 立 式加工中心主要用于 各種中小 尺寸，各種基礎件、板件、殼體、模具等多品種零件的加工，工件一次裝夾后可自動高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜、鉸等多種工序的加工，適用于航空、機床、印刷、輕紡、模具等制造行業(yè)。 2) 工作平臺 工作臺主要有臺面和泡沫墊片組成，每完成一層成型，工作臺便下降一個高度。 5) 機床開關量控制系統(tǒng) 機床開關量控制系統(tǒng)是對機床 一些必要的開關量，如強電開關量、加熱器開關量、調(diào)試開關量、上門開關量等，進行的控制，以達到機床特定的輔助功能。 FDM 系統(tǒng)采用的是一種三軸步進電機運動控制卡。 缺點是： 成型精度相對國外先進的 SLA 工藝較低，最高精度 成型表面光潔度不如國外先進的 SLA 工藝； 成型速度相對較慢 適用范圍：這種工藝方法適合于產(chǎn)品設計的概念建模以及產(chǎn)品的功能測試。 4)熱塑性塑料到達較低溫度的工作環(huán)境平面后迅速冷卻固化。加熱成型室用來給成型過程提供一個恒溫的環(huán)境。如此反復進行即可得到實體零件。 Srezelec Rebecca Varreck Andrew 2020 年年會報告中，就 FDM 技術在機電工程技術教育中的應用、 FDM 的操作、優(yōu)點和局限性及 FDM 教學 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 10 頁 共 36 頁 應用項目進行了討論 [18]。研究結果表明，工藝參數(shù)的優(yōu)化設置能大幅度改善原型件的質(zhì)量 [11]。 在 FDM 工藝的基礎上，蘇格蘭 Glagow Caledonian 大學（ Glagow Caledonian University）提出了一種新的成形方法 SALM（ Shell Assisted Layer Manufacturing） 。此外，目前 Stratasys 公司推出的工程塑料 ABS 有六種標準顏色，包括：白、藍、黃、黑、紅、綠色，允許客戶定制。該型設備以清華大學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 計 第 8 頁 共 36 頁 礎，最多可同時裝備 4 個噴頭。 FDM 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前研究 FDM 最主要的是美國 Stratasys 公司。 3) 在醫(yī)學領域上的應用 RP 技術已經(jīng)運用于種植體原型、監(jiān)視系統(tǒng)和很多其他醫(yī)療設備原型的制作，運用生理數(shù)據(jù)采用 SLA、 LOM、 SLS、 FDM 等技術快速制作物理模型，對想不通過開刀就可觀看病人骨結構的研究人員、種植體設計師和外科醫(yī)生等能夠提供非常有益的幫助。 快速成型技術的應用 1） 在產(chǎn)品設計上的應用 一直以來，在 CAD 和 CAM 之間都存在著一個縫隙，即產(chǎn)品的 CAD 總不能在 CAM 之前盡善盡美。如下圖所示 : 本 科 畢 業(yè) 設 計 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。根據(jù)所使用的材料和建造技術的不同，目前應用比較廣泛的方法有選擇性激光燒結法（ SLS）、光固化成型法（ SLA）、熔融沉積制造法（ FDM）、 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 3 頁 共 36 頁 疊層實體制造法（ LOM）等。而基于噴射技術的熔融沉積成型（ Fused Deposition Modeling， FDM）正是當前最活躍使用最廣泛的 RP技術之一。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 1 頁 共 36 頁 立式加工中心 X、 Y 方向進給系統(tǒng)以及床身的設計 1 引言 快速成型技術 的產(chǎn)生和發(fā)展 ． 1 快速成型（ RP）技術簡介 快速原型 制造技術，又叫 快速成型技術， 英文： RAPID PROTOTYPING（簡稱 RP 技術），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡稱 RPM。 快速成型技術的基本原理 本 科 畢 業(yè) 設 計 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，從而達到設計所要求的形狀、尺寸和公差，這種方法統(tǒng)稱為材料去除制造。 1) 選擇性激光燒結法 (Selective Laser Sintering, SLS)工藝 SLS 工藝是采用粉末狀材料成型的。材料在噴頭內(nèi)被加熱融化。快速成型技術的出現(xiàn)恰到好處地彌補了產(chǎn)品 CAD 與 CAM 之間的這個縫隙。這些技術在很多?？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用。該公司成立于 1990 年，總部位于美國明尼蘇達州，擁有 FDM 專利技術。該設備成形材料廣泛，可成形 PLLA、 PLGA、 PU 等多種人體組織工程用高分子材料。 新工藝、新材料和新方法的研究 丹麥科技大學（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 開發(fā)了一種用于 FDM 設備的新型擠出系統(tǒng) [5]。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 計 第 9 頁 共 36 頁 填充外殼，重復制作直至完成。 各應用領域的研究 澳大利亞 Swinburne 大學的 Masood S. FDM 工藝直接噴射金屬制作注塑模嵌件。在他們的教學應用項目中，在 Penn State Altoona 機電工程系的學生開設 Senior Capstone Course，此外還專門開設了一門“ CAD for Artists”課程。 （ 2）送絲機構。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?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。 5)近年來發(fā)展迅速，廣受用戶青睞。由于甲基丙烯酸 ABS（ MOBS）材料具有很好的化學穩(wěn)定性，可采用伽瑪射線消毒，特別適用于醫(yī)用。該卡能實現(xiàn)精確的 XYZ 位置控制、精確的旋轉(zhuǎn)控制，主要用于機器人設備、裝配設備，以及其他使用步進電機的地方。計算機控制系統(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。 3) 運動機構 X— Y 軸的聯(lián)動掃描完成 FDM 工藝噴頭對截面輪廓的平面掃描， Z 軸帶動工作臺實現(xiàn)高度發(fā)行的進給。 X、 Y 向進給系統(tǒng)絲杠的選取與計算 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， 本設計 選用了內(nèi)循環(huán)浮動式滾珠絲杠副，其結構特點為：滾珠循環(huán)鏈最短，反向靈活，結構緊湊，剛性好，使用可靠，工作壽命長，螺母配合外徑 較小。 ul — 滾珠絲杠副有效行程， mm 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 18 頁 共 36 頁 ⑽ 預拉伸力 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 一 端固定 一端游動 時， 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— 滾珠螺母中點至軸承支點距離， ⑿ 滾珠絲杠副精度選擇 選擇精度，并校合系統(tǒng)剛度 K 值，進行必要的驗算。 滾珠絲杠副預緊機構的設計 一般滾珠絲杠副調(diào)整軸向間隙的預緊方式有以下六種，如圖 33 所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 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 的相對轉(zhuǎn)動達到預緊的目的。 導軌的選擇與計算 機床導軌按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌三種。為了避免在導軌面上壓出凹坑而喪失精度，一般常采用淬火鋼制造導軌面。滾針導軌適用于導軌尺寸受限制的機床上。Y 向受力較大，按 Y 向?qū)к売嬎?，作用于導軌上的負荷計算如下? 其中， nW ：所受負荷； F：絲杠推力； Rn：外力； Pn ：所受負荷（徑向 ）； PnT ：所受負荷（水平方向）； Ln ：力臂長度； Vn ：速度 ① 外力的計算 銑削圓周力0f f fffx y uF p f wZ F Z