【正文】 固 化完畢后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再鋪上一層新的液態(tài)樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后進(jìn)行下一層的掃描加工，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。 本次畢設(shè)的任務(wù)就是基于各種快速成型技術(shù)中的 FDM 技術(shù)提出來的 快速成型技術(shù)的分類 目前快速成型技術(shù)在“分層制造”思想的基礎(chǔ)上，已出現(xiàn)了數(shù)十種工藝方法，并且新的工藝還在不斷涌現(xiàn)。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，間接快速制模技術(shù)成為 RP 最重要的應(yīng)用領(lǐng)域；生物活性材料快速成形成為 RP 研究中一個(gè)新的熱點(diǎn)，快速成形的生物材料進(jìn)入細(xì)胞和大分子層次；RP 技術(shù)的研究重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到快速制造（ Rapid Manufacturing） ，主要是直接金屬件的制造 ，快速成形技術(shù)的概念也由快速原型向快速制造轉(zhuǎn)化 [2]。 快速 成型（ RP）技術(shù)是 在 90 年代發(fā)展起來的一項(xiàng) 先進(jìn)制造技術(shù)， 是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù) , 對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用。 快速原型制造技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法，而基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復(fù)雜的三維加工分解為簡單的材料二維添加的組合，它能在 CAD 模型的 直接驅(qū)動(dòng)下，快速制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體，是一種全新的制造技術(shù)。用激光束在計(jì)算機(jī)的控制下有選擇地進(jìn)行燒結(jié)，被燒 結(jié)部分固化在一起構(gòu)成了零件的實(shí)心部分。噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下沿零件截面進(jìn)行填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將融化的材料擠出，材料迅速 固化，并與周圍的材料粘結(jié)。正因?yàn)槿绱耍?RP 模型的早期應(yīng)用主要集中在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的外觀評(píng)估、裝配與功能檢驗(yàn)方面，而且這幾方面的應(yīng)用至今仍然占據(jù)著較大的需求。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁 共 36 頁 熔融沉積技術(shù) 1． FDM 熔融沉積造型概述 熔融沉積造型（ Fused Deposition Modeling ,FDM） 又稱為融化堆積法，熔融擠出成模（ Melted Extrusion Manufacturing ,MEM） 等 .FDM 工藝由美國學(xué)者 Crump于 1988 年研制成功，并由美國 Stratasys 公司推出商品化的設(shè)備 [3]。該公司于 1993 年開發(fā)出第一臺(tái) FDM1650 機(jī)型后，先后推出了 FDM20 FDM3000 和 FDM8000 機(jī)型； 1998 年又推出了采用擠出頭磁浮定位（ Magna Drive）系統(tǒng)，可同時(shí)控制兩個(gè)噴出頭的 FDMQuantum 機(jī)型； 1999 年推出可使用使用聚脂熱塑性塑料的 Genisys 型改進(jìn)機(jī)型 GenisysXs[1]；目前該公司最新的 機(jī)型有 Dimension 三維打印機(jī)、 FDM Prodigy plus、 FDM Vantage、 FDM Titan、 FDM Maxum快速成形機(jī)。成形的支架孔隙率高，貫通性好，在組織工程中有良好的應(yīng)用前景 [2]。該裝備將一個(gè)微型擠出器安裝在一個(gè)精確定位系統(tǒng)上，它能使直接使用顆粒狀原料，而代替?zhèn)鹘y(tǒng) FDM 工藝中的絲狀材料，從而使得 FDM 工藝可以使用更廣泛的特殊材料（如陶瓷等） ，提高 FDM 制件的性能，達(dá)到使用 FDM 工藝制造特殊原型和快速制造的目的。該方法有潛力來提高制件質(zhì)量、生產(chǎn)效率和工藝速度 [8]。它首先用 FDM 工藝制作一個(gè)尼龍模型，然后在尼龍的外表面噴射一層鋅合金保護(hù)膜。值得注意的是，在他的報(bào)告中指出，美國賓州中南部的幾十名 11 到 13 歲的女中學(xué)生也使用 FDM 系統(tǒng)進(jìn)行她們的研究。送絲機(jī)構(gòu)為噴頭輸送原料，進(jìn)絲要求平穩(wěn)可靠。 （ 5）工作臺(tái)。 ． 8 FDM 的優(yōu)、缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍： FDM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是： 制造系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的危險(xiǎn)。但成形精度相對(duì)較低，不適合于 制作結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜的零件。 3) 送 絲控制系統(tǒng) 送絲控制系統(tǒng)包括送絲 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路。 FDM 快速成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) FDM 快速成型機(jī)主要有擠壓噴頭、工作平臺(tái)、送絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、加熱工作室 5個(gè)部分組成，如下圖所示。 4) 送絲機(jī)構(gòu) 送絲機(jī)構(gòu)為噴頭輸送原料。摩擦力矩小，適用于高靈敏 .高精度 .高剛度的進(jìn)給定位系統(tǒng)。精度等級(jí) 32 ； ⒀ 滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 cF 驗(yàn)算 cF = 1K 2K 510 42d / 21cL =21 4510 440 / 2800 =510 N≥ maxaF? cF — 臨界壓縮載荷， N 1K — 安全系數(shù)，絲杠垂直安裝為 1/2 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 19 頁 共 36 頁 2K — 支承系數(shù)， 1cL — 絲杠最大受壓長度， maxaF? — 滾珠絲杠副所受的最大軸向壓縮載荷 ⒁ 滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算 (r/min) = 710 f 2d / 22cL = 710 40/ 2800 = r/min f— 支承系數(shù)， f= 2cL — 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度， 2cL =800 mm ⒂ dn 值校驗(yàn)（ r圖33（ b）是采用不同厚度的墊片 2 來預(yù)緊。 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方 便、剛度好抗、振性高等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)床上使用最廣圖 33 滾珠絲杠副預(yù)緊方式 （ a）雙螺母差齒預(yù)緊（ b）雙螺母墊片預(yù)緊（ c）雙螺母螺紋預(yù)緊（ d）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊（ e）單螺母增大剛球預(yù)緊（ f）六角鎖緊螺母預(yù)緊 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 22 頁 共 36 頁 泛的導(dǎo)軌形式。 滾珠導(dǎo)軌適用于運(yùn)動(dòng)的工作部件質(zhì)量不大和切削力不大的機(jī)床上。 根據(jù)導(dǎo)軌是否預(yù)加負(fù)載，滾動(dòng)導(dǎo)軌可分為預(yù)加負(fù)載和不預(yù)加負(fù)載兩類。 4 電機(jī)的選擇與確定 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB） 永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度； 反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。m 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來克服： ⑴ 如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開共振區(qū)； ⑵ 采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡便的 方法； ⑶ 換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)； ⑷ 換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本較高； ⑸ 在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。) 相數(shù) 電壓(V) 相 電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩(N主要有立柱的安裝孔，機(jī)床外罩的安裝位置，還有進(jìn)給系統(tǒng)的安裝位置。但是如果在沒有潤滑油的狀態(tài)下使用，滾動(dòng)接觸部分的磨損將增加，壽命將減少，因此必須有適當(dāng)?shù)臐櫥绞?。螺孔帽選用耐油及耐磨損的優(yōu)質(zhì)合成橡膠，以保證充分的使用壽命。 m/A，因?yàn)樗欧到y(tǒng)增益 Ks=20S1，速度控制環(huán)的開環(huán)增益 Kv0=2 ～ 4Ks ，取 Kv0=2 Ks=220=40(S1) ；反向電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ke= E－絲杠材料鋼的彈性模量， GPaE 2102?? 。絲杠螺母間的接觸剛度和聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度很高，其變形量很小，可以忽略不計(jì)。 hL10 =???????PCn60106 = 43336 10 ?????????? ???? hL10 －軸承的基本額定壽命（可靠度為 90%）， h N－軸承工作轉(zhuǎn)速， r/min C－基本額定動(dòng)載荷， C=310 N P－當(dāng)量動(dòng)載荷，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6119 得 P= ? ?arp YFXFf ? = ? ?1 4 0 105 . 3 ????? = 310? N ? －壽命指數(shù)，對(duì)球軸承 ? =3 pf －載荷性質(zhì)系數(shù) ,取 pf = X－徑向系數(shù) , 取 X= Y－軸向系數(shù) , 取 Y= 對(duì)于滿載荷每天 16 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床來說 ,一般軸承的預(yù)期壽命為 20200～ 30000h,由此可知 ,本機(jī)床所選擇的軸承基本滿足了設(shè)計(jì)的使用要求 。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)， 使 我對(duì) 立式加工中心的 設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)系統(tǒng)地了解，深深地感受到了設(shè)計(jì)過程是一個(gè)反復(fù)思考、反復(fù)改進(jìn)的艱苦過程。 由于 設(shè)計(jì)者水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，加之時(shí)間有限，不足之處在所難免。 總之，沒有平日里各位任課老師的嚴(yán)格要求，我就不可能打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，沒有 陳老師及其他指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，我就不可能很好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。陳老師治學(xué)的態(tài)度，給我無形的感染，使我學(xué)會(huì)了治學(xué)要嚴(yán)謹(jǐn)；陳老師淵博的知識(shí)，給我以教益，讓我在緊張的設(shè)計(jì)中能夠保持清醒的意識(shí)，積極進(jìn)取、奮發(fā)向上，最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。并且，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)有了更透徹的理解，對(duì)如何將理論公式應(yīng)用于實(shí)際問題有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 通過本 次 畢業(yè)設(shè)計(jì)，特別是對(duì)實(shí)際產(chǎn)品 的 設(shè)計(jì)， 使 我認(rèn)識(shí)到了理論和實(shí)際 之間 的差距。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 33 頁 共 36 頁 影響定位誤差的諸多因素中，最大的一項(xiàng)是絲杠的誤差。故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力 Ff。其最小拉壓剛 度發(fā)生在工作臺(tái)螺母離定位點(diǎn)最遠(yuǎn)的位置。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 31 頁 共 36 頁 ⑴ 伺服剛度 KR 伺服剛度可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算，即 ? ? ?? ?????MMsR RK KK (Nm/rad) ① KM 是伺服電動(dòng)機(jī)的增益 ,等于電機(jī)的角速度與輸入電壓的比值 .輸入電壓 ,除少量消耗于電樞回路的阻抗外 ,大部分被反電動(dòng)勢(shì)所平衡 .估算時(shí) ,可以近似地認(rèn)為輸入電壓等于反電動(dòng)勢(shì) .因而可以近似的認(rèn)為 KM=1/Ke=1/(S 防塵措施 當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，在滑塊運(yùn)動(dòng)方向的后方將形成負(fù)壓區(qū)域，這樣將吸入塵埃。 地腳螺栓直徑取 M16。為機(jī)床工作提供足夠的空間。 安裝方式如圖 41 所示： 圖 41 步進(jìn)電機(jī)的安裝方式 該 步進(jìn) 電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下： 最高轉(zhuǎn)速 nmax： 4000r/min。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 28 頁 共 36 頁 矩下降。 保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。無預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌常用于數(shù)控鏜銑床或加工中心的機(jī)械手、刀庫等傳送機(jī)構(gòu)。小滾柱（小于 φ10mm）比大滾柱（大于 φ25mm）對(duì)導(dǎo)軌 面不平行敏感些，但小滾柱的抗振性高。適用于運(yùn)動(dòng)靈敏及定位精度高的場(chǎng)合。圖 33（ f）靠兩個(gè)六角鎖緊螺母軸向拉緊絲杠達(dá)到預(yù)緊的目的。由于 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁 共 36 頁 一 端固定 ，一端游動(dòng) 的安裝方式 適用于水平安裝的較長絲杠， 但裝配復(fù)雜 。 型號(hào) 40103， 其參數(shù) L=84 D=108 D1=63。熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果驟然受到冷卻 , 容易造成翹曲和開裂 , 適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度可最大限度地減小這種造型缺陷 , 提高成型質(zhì)量和精度。副噴頭工作時(shí)，主噴頭上下位置不動(dòng)，副噴頭接近工作臺(tái)。它實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)工作時(shí)，分別將實(shí)體噴頭、支撐噴頭和加熱工作室的溫度控制在設(shè)置的范 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 13 頁 共 36 頁 圍內(nèi)。 2) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 采用步進(jìn)式開環(huán)運(yùn)動(dòng) 控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以 XY 步進(jìn)電機(jī)與鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 Z 軸步進(jìn)電機(jī)和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，控制模塊控 制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來完成 XY 的平面掃描和Z 軸的高度進(jìn)給。 原材料費(fèi)用低，一般零件均低于 20 美元。