【正文】 性模量，對鋼 E＝ 1110 Pa； 1f 為絲杠支承方式系數(shù)。 所以， X 向： m?? 5 3 9 03 7 41 ??? ?? Y 向： m?? 5 3 9 03 4 41 ??? ?? 絲杠與螺母間的接觸變形量 c? 該變形量與滾珠列、 圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長度無關(guān)。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機床定位精度的一半。393??? ；額定動載荷 NCa 6000? ；額定靜載荷； NCoa 120xx? 。 NamF x ???? NamF y ???? 彎矩圖和扭矩圖 X 向滾珠絲杠 由于絲杠采用滾珠絲杠，并且所受的力不大，當激光器移動到絲杠中間位置時所f受的彎矩最大。本設(shè)計中， mmp 3101 ???? 。 Z軸升降系統(tǒng)如圖 所示： 圖 Z 軸升降系統(tǒng) 刮刀系統(tǒng)的設(shè)計 由于樹脂的粘性及固化樹脂的表面張力作用，如僅僅依賴樹脂的流動而達到液面平整的話，就會需要很長的時間，特別是在固化面積較大的零件時。 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動剛度和消除間隙。直線步進電機具有簡單的機械結(jié) 構(gòu)，最小的運動部件速度范圍寬，從微米 /秒到超過 10m/s ，加速度高，推力最大可達負載的 20G 比率，運動平滑，無需維護的電機，沒有任何內(nèi)部的運動部件。 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動剛度和消除間隙。當行程較長時容易發(fā)生同步帶抖動，使傳動不平穩(wěn)，影響成型精度。其設(shè)備自 1988 年推出 SLA250 機型以后， 又于 1997 年推出 SLA— 250HR、 SLA— 3500、 SLA— 5000 三種機型， 1999 年又推出了 SLA— 7000，隨后又推出了 Viper SLA 系統(tǒng)，在技術(shù)上有了長足的進步。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 SLA 工作原理圖 SLA 的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 SLA 是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型方法。 立體激光固化成型（ SLA）的成型原理 Stero Lightgraphy Apparatus 又稱激光立體造型、激光立體光刻或立體印刷裝置。成型過程中殘留在工件內(nèi)的殘余應(yīng)力也可能由于時效的作用而部分消失而導(dǎo)致誤差。在對三維 CAD 模型分層切片前，需作實體模型的近似處理，即用三角面片近似逼近處理表面，其輸出的數(shù)據(jù)為 STL文件格式，這種格式非 常簡單，便于后續(xù)的分層處理。 MRM(Mitsubishi Chemical Rapid Moulding)日本三菱化學(xué)最近推出的三菱化學(xué)快速制模系統(tǒng)，可將原型直接轉(zhuǎn)換成模具，采用稱作“金屬補強樹脂制模 (Metal Resin Moulding)復(fù)合料”，制模成本降低為傳 統(tǒng)制模的 1/2，制模時間縮短了 1/2～ 1/3。 FDM 的制作精度目前可達177。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，在進行打磨、烘干等處理便獲得零件。加工時，用 CO2 激光器（或刀）在計算機控制下按照 CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過熱壓輥熱壓，是當前層與下面已成型的工件層粘接，從而堆積成型。傳統(tǒng)的制造方法是基于材料去除 (material remove)概念，先利用 CAD 技術(shù)作出零件的三維圖形，然后對其進行數(shù)值分析 (有限元分析、模態(tài)分析、熱分析等 )，再經(jīng)動態(tài)仿真之后，通過 CAM 的一個后處理 (Post Process)模塊仿真加工過程，所有的要求均滿足之后，形成 NC 文件在數(shù)控機床上加工成形。在設(shè)計過程中，力求使立體激光固化造型機的傳動及零部件結(jié)構(gòu)簡單、運動穩(wěn) 定、而且成本低廉、質(zhì)量可靠、可批量生產(chǎn)，并且促進立體激光固化造型機的普及與發(fā)展，同時為國內(nèi)同類機器的設(shè)計提供一定的參考。 通過對立體激光固化造型機機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得其運動和傳動更加合理和平穩(wěn)，進而使其在生產(chǎn)過程中能夠更好的進行生產(chǎn)。采用直線步進電機直接連接滾珠絲杠，響應(yīng)更加快速準確，同時因無中間部件，使機械結(jié)構(gòu)簡單化，精度較高。按照國家和行業(yè)相關(guān)標準，機械傳動部分參照了《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》。 RP 的基本構(gòu)思 任何三維零件都可看成是許多二維平面沿某一坐標方向迭加而成，因此可利用分層切片軟件，將計算機產(chǎn)生的 CAD 三維實體模型處理成一系列薄截面層，并根據(jù)各截面層形成的二維數(shù) 據(jù)，用粘貼、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段，逐層有選擇地固化液體 (或粘結(jié)固體 )材料，從而快速堆積制作出所要求形狀的零部件 (或模型 )。 LOM 工藝采用薄 片材料，如紙、塑料薄膜等作為成型材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。此法采用 CO2 激光器作能源，在工作臺上均勻鋪上一層很?。?）的粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選性的進行燒結(jié)。如此反復(fù)，由下而上形成一個三維實體。 SGC 工藝使用丙烯酸鹽類光聚合物材料，其制作精度可達整體尺寸的 %，切片厚度約為 ～ ， Cubital公司開發(fā)的Solider5600 型產(chǎn)品制作的最大工作尺寸為 508 508 356mm，所用紫外光燈功率為2kW，每一層循環(huán)約化 90s。 目前影響快速成型最終精度的主要原因由于下幾個方面： CAD 模型的前處理造成的誤差 目前，對于絕大多數(shù)快速成型系統(tǒng)而言，必須對工件的三維 CAD 模型進行 STL格式化和切片等處理，以便得到一系列的截面輪廓。 成型之后環(huán)境溫變化化引起的誤差 從成型系統(tǒng)上取下已成型的工件之后，由于溫度、濕度等環(huán)境狀況的變化，工件會繼續(xù)蠕變并導(dǎo)致誤差。設(shè)法減小成型過程中的殘余應(yīng)力有利于提高零件的成型精度。然后升降臺帶動平臺下降一層高度（約 ），已成形的層面上又布滿一層液態(tài)樹脂，刮平器將粘度較大的光敏樹脂液面刮平，然后再進行下一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)，直直整個零件制造完畢，得到一個三維實體模型。其中該技術(shù)的開拓者是美國的 3D System 公司，其制造系統(tǒng)統(tǒng)稱 Stereolithography Apparatus，簡稱 SLA 系統(tǒng)，其 SLA 系列產(chǎn)品獨占鰲頭并形成壟斷市場。 XY向掃描運動機構(gòu)的設(shè)計 圖 cps250 成型機的 XY 掃描系統(tǒng) 如上圖 所示，為西安交通大學(xué)開發(fā)的 cps250 成型機 XY 掃描系統(tǒng)，其掃描范圍為 250mm 250mm，運動方式采用步進電機驅(qū)動高精密同步帶的方式，當行程較短時，其傳動較為平穩(wěn)，傳動件質(zhì)量比較小，運動特性好。 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們各自由各的步進電動機、波紋管、絲杠螺母副組成。與西安交通大學(xué)推出的 cps250 成型機相比，本設(shè)計的傳動方式放棄了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機加滾珠絲杠的方式，而改用在實現(xiàn)直線運動下，各方面性能都更有優(yōu)勢的直線步進電機。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2.、考慮到對激光固化成型機機械系統(tǒng)的運動精度要求較高，應(yīng)保證一定加工性能，因此進給伺服統(tǒng)采用步進電機閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用反饋控制運動精度。由于在正常工作在狀態(tài)下，吊梁懸臂較長，為避免托板 Z 方 向上下運動時造成吊梁扭曲變形，吊梁采用 2mm 不銹鋼板做成中空行管結(jié)構(gòu)的形狀。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 3 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計計 算 脈沖當量、傳動比及步進電機步進角的確定 脈沖當量即 p? 系統(tǒng)分辨率。 導(dǎo)軌摩擦力的計算 根據(jù)摩擦力計算公式 ： f=mgμ （ ） X 向：工作拖板質(zhì)量 kgmx 15? 采用滾動導(dǎo)軌， ? = Ngmf xx ????? ? Y 向：取激光頭及移動部件質(zhì)量為 kgmy 3? μ= Ngmf yy ????? ? 工作 臺慣性力的計算 取平均加速時間 t=18ms,由于系統(tǒng)最大移動速度 smmV /80max ? ，經(jīng)計算得，系 統(tǒng)加速度 2/ sma? 。 hK 壽命系數(shù)： 50 031???????? hh LK （ ） nK 轉(zhuǎn)速系數(shù)： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 31 ???????? nK n （ ） 經(jīng)計算得： X 向 C=2420N Y 向 C=484N 查《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》 P770，本設(shè)計選內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 FFZ1604,其參數(shù)如下： 公稱直徑 mmdm 16? ；基本導(dǎo)程 mmL 40 ? ；滾珠直徑； mmDW 2? ；絲杠螺旋升角39。 ????? ??tg tgtg tg ?? ?? 定位精度驗算 滾珠絲杠副的軸向剛度會影響進給系統(tǒng)的定位精度和運動平穩(wěn)性。 取 X 向進給的絲杠長度 L＝ 390mm， Y 向進給的絲杠長度 L＝ 390mm。失穩(wěn)時的臨界載荷為 KF ： 12021 KLEJfFk ?? （ ） 見 《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》公式（ ） P830。393??? ；額定動載荷 NCa 13000? ；額定靜載荷； NCoa 43000? 。失穩(wěn)時的臨界載荷 KF 為： 12021 KLEJfFK ?? 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 式中： J 為絲杠軸最小截面慣性矩 ? ?4m ，對絲杠圓截面 6442dJ ?? ，（ 2d 為絲杠 底徑， WDdd ?? ）； L 為絲杠最大工作長度（ m）； E 為材料的拉、壓彈性模量，對鋼 E＝ 1110 Pa； 1f 為絲杠支承方式系數(shù)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加 速度，從而達到調(diào)速的目的。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細分驅(qū)動方案所選用的步進電機。 步進電機相對普通電機來說，他可以實現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進電機的角度和速度控制，無需反饋信號。 公式 中： mD 為絲杠公稱直徑（ cm）； 0L 為絲杠有效行程（ mm）。f 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i 為傳動降速比； ? 為傳動系數(shù)總效率，取 ? ＝ ； 0L 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。 X 向： 2220 cmkgMLJ G ????????? ????????? ? Y 向： 2220 cmkgMLJ G ????????? ????????? ? 傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 ?J 計算： X 向： kgJJJ GS ?????? 2cm? Y 向： kgJJJ GS ?????? 2cm? Z向等效轉(zhuǎn)動慣量計算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 SJ 的折算： 244 cmkgJ S ?????? ? 工作臺質(zhì)量 GJ 的折算： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 2220 cmkgMLJ G ????????? ????????? ? 傳動系統(tǒng)等效 轉(zhuǎn)動慣量 ?J 計算： cmkgJJJ GS ??????? 所需轉(zhuǎn)動力矩的計算 步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。其參數(shù)如下： 16 65 0mm l mm? ??， 計算滾動導(dǎo)軌副的距離壽命 滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列 公式計算： 350