【正文】 畢業(yè)設(shè) 計(jì)貫穿了大學(xué)四年所學(xué)的大多數(shù)專(zhuān)業(yè)課程，它不僅提高了我計(jì)算機(jī)繪圖 能力，還為今后熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪圖打下了良好的基礎(chǔ)。 總之，在陳老師的指導(dǎo)與幫助下，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，必定對(duì)以后的 工作與 學(xué)習(xí) 起到十分重要的作用。設(shè)計(jì) 過(guò)程中 的 任何 一點(diǎn)失誤， 都可能 對(duì)加工造成很大的影響， 有時(shí) 甚 至 是 無(wú)法彌補(bǔ) 的； 設(shè)計(jì) 過(guò)程中 的一點(diǎn) 點(diǎn) 改進(jìn)，就 可能 大幅度提高效率，降低加工難度，節(jié)約 加工費(fèi)用 ， 提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性 能 。若精度很高，采用高精度絲杠和螺距自動(dòng)補(bǔ)償措施后仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可考慮采用全閉環(huán)進(jìn)給伺服系 統(tǒng)。再加上某些次要因素，將不會(huì)超過(guò)要求的定位公差，能滿(mǎn)足定位精度 。因而絲杠最大距離為lmax=+=。 Ke 是伺服電機(jī)的反向電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，是伺服 電機(jī)單位角速度所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)（ V）。 為了保證其使用壽命，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧? ⑴ 采用密封端蓋和密封底片，以防止塵埃、雜物進(jìn)入滑塊內(nèi)部。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 30 頁(yè) 共 36 頁(yè) 6 機(jī)床的潤(rùn)滑與防塵 潤(rùn)滑方式 機(jī)床中潤(rùn)滑是必不可少的，在此次的設(shè)計(jì)中潤(rùn)滑主要是絲杠螺母副之間的潤(rùn)滑和直線(xiàn)導(dǎo)軌副之間的潤(rùn)滑。 底座的設(shè)計(jì)主要是一個(gè)箱體的設(shè)計(jì)。 電機(jī)步距角 θb： 。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。由于步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。安裝形式如圖 34 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 23 頁(yè) 共 36 頁(yè) 導(dǎo)軌長(zhǎng)度： X 向?qū)к墸?1450mm Y 向?qū)к?： 1050mm 導(dǎo)軌負(fù)荷的計(jì)算：在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)軌負(fù)荷由于受許多因素影響而發(fā)生變化，如：工作臺(tái)重心位置、切削力的變化等，在選擇時(shí)應(yīng)充分考慮上述條件，從而確定系統(tǒng)負(fù)荷。為了提高工作臺(tái)的移動(dòng)精度，滾針的尺寸應(yīng)按直徑分組。 根據(jù)滾動(dòng)體的類(lèi)型，滾動(dòng)導(dǎo)軌有下列三種形式： ⑴ 滾珠導(dǎo)軌 這種導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低。適用于高剛度、重載荷的傳動(dòng)，目前應(yīng)用最廣泛。 其特點(diǎn)為： ⑴ 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)； ⑵ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，兩端軸承均調(diào)整預(yù)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(duì)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(zhǎng)的絲杠安裝。 ⑻ 計(jì)算預(yù)緊力 pF 當(dāng)最大軸向工作載荷 maxF 能確定時(shí) , pF = maxF /3=3000/3=1000N ⑼ 行程補(bǔ)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(chǔ)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(dòng)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(jī)床、印刷、輕紡、模具等制造行業(yè)。 2) 工作平臺(tái) 工作臺(tái)主要有臺(tái)面和泡沫墊片組成，每完成一層成型，工作臺(tái)便下降一個(gè)高度。 5) 機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng) 機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)是對(duì)機(jī)床 一些必要的開(kāi)關(guān)量，如強(qiáng)電開(kāi)關(guān)量、加熱器開(kāi)關(guān)量、調(diào)試開(kāi)關(guān)量、上門(mén)開(kāi)關(guān)量等，進(jìn)行的控制，以達(dá)到機(jī)床特定的輔助功能。 FDM 系統(tǒng)采用的是一種三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡。 缺點(diǎn)是： 成型精度相對(duì)國(guó)外先進(jìn)的 SLA 工藝較低，最高精度 成型表面光潔度不如國(guó)外先進(jìn)的 SLA 工藝； 成型速度相對(duì)較慢 適用范圍：這種工藝方法適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模以及產(chǎn)品的功能測(cè)試。 4)熱塑性塑料到達(dá)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(lái)給成型過(guò)程提供一個(gè)恒溫的環(huán)境。如此反復(fù)進(jìn)行即可得到實(shí)體零件。 Srezelec Rebecca Varreck Andrew 2020 年年會(huì)報(bào)告中，就 FDM 技術(shù)在機(jī)電工程技術(shù)教育中的應(yīng)用、 FDM 的操作、優(yōu)點(diǎn)和局限性及 FDM 教學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行了討論 [18]。研究結(jié)果表明，工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置能大幅度改善原型件的質(zhì)量 [11]。 在 FDM 工藝的基礎(chǔ)上，蘇格蘭 Glagow Caledonian 大學(xué)（ 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(biāo)準(zhǔn)顏色，包括：白、藍(lán)、黃、黑、紅、綠色，允許客戶(hù)定制。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(yè) 共 36 頁(yè) 礎(chǔ)，最多可同時(shí)裝備 4 個(gè)噴頭。 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。 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(guò)開(kāi)刀就可觀(guān)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。 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(lái)，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。如下圖所示 : 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè) 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(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(yè) 共 36 頁(yè) 疊層實(shí)體制造法（ LOM）等。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。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁(yè) 共 36 頁(yè) 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(chēng) RP 技術(shù)），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡(jiǎn)稱(chēng) RPM。 快速成型技術(shù)的基本原理 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁(yè) 共 36 頁(yè) 傳統(tǒng)的零件加工過(guò)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(chēng)為材料去除制造。 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。材料在噴頭內(nèi)被加熱融化?？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。這些技術(shù)在很多專(zhuān)科如顱外科、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。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(zhuān)利技術(shù)。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。 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(kāi)發(fā)了一種用于 FDM 設(shè)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(shù)脂 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 填充外殼，重復(fù)制作直至完成。 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。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(kāi)設(shè) Senior Capstone Course，此外還專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了一門(mén)“ CAD for Artists”課程。 （ 2）送絲機(jī)構(gòu)。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(kāi)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。 5)近年來(lái)發(fā)展迅速，廣受用戶(hù)青睞。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(xiàn)消毒，特別適用于醫(yī)用。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。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)帶光電隔離功能的數(shù)字量輸入卡和數(shù)字量輸出卡 來(lái)完成他們的控制。 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。 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。 ul — 滾珠絲杠副有效行程， mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè) 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。 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(yè) 共 36 頁(yè) 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(guò) 1 與 2 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到預(yù)緊的目的。 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。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。滾針導(dǎo)軌適用于導(dǎo)軌尺寸受限制的機(jī)床上。Y 向受力較大，按 Y 向?qū)к売?jì)算，作用于導(dǎo)軌上的負(fù)荷計(jì)算如下： 其中， nW ：所受負(fù)荷； F：絲杠推力； Rn：外力； Pn ：所受負(fù)荷（徑向 ）； PnT ：所受負(fù)荷（水平方向）； Ln ：力臂長(zhǎng)度； Vn ：速度 ① 外力的計(jì)算 銑削圓周力0f f fffx y uF p f wZ F Z