【正文】 2)可以使用兩 種材料，可選柵格結(jié)構(gòu)充當(dāng)填空。 XY 軸的聯(lián)動(dòng)完成噴頭對(duì)截面的平面掃描， Z 軸則帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度方向上的進(jìn)給。噴頭是最復(fù)雜的部分。得出了加工工藝參數(shù)與原型件質(zhì)量之間的關(guān)系，清華大學(xué)的顏永年教授等人利用噴射 /擠出沉積成形方法制作了骨模型和耳狀軟骨，并在狗和兔子上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn) [14]。 大連理工大學(xué)的郭東明教授、賈振元教授等人也進(jìn)行了 FDM 工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 澳大利亞 Swinburne 科技大學(xué)（ Swinburne University of Technology）繼續(xù)了他們?cè)诮饘?/塑料復(fù)合材料上面的研究。從 2020 年至今， Stratasys 公司為擴(kuò)大 FDM 工藝在 RM 領(lǐng)域的應(yīng)用，先后推出 PC、 PC/ABS、 PPSF 等三種材料，使成形的零件可直接用作汽車儀表盤、電子產(chǎn)品外殼甚至塑料注塑模具等。并在此基礎(chǔ)上新推出了面向辦公應(yīng)用的 MEM200 型小型設(shè)備，面向工業(yè)應(yīng)用 的 MEM350 型設(shè)備以及基于光固化工藝的 AURO350型設(shè)備。 Stratasys公司于 1993年開發(fā)出第一臺(tái) DDM1650 機(jī)型后，又先后推出了 FDM20 FDM3000 和 FDM8000 機(jī)型。因此 ,應(yīng)用 RP 技術(shù)制造快速模具 ,在最終生產(chǎn)模具開模之前進(jìn)行產(chǎn)品的試制與小批量生產(chǎn) ,可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率 ,有效地節(jié)約開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。激光束再次切割．這樣反復(fù)逐層切割一粘合一切割，直至整個(gè)零件模型。激光束在控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。 快速成型（ RP）技術(shù)的研究背景 自 美國 3D 公司 1988 年推出第一臺(tái)商品 SLA 快速成形機(jī)以來，已經(jīng)有十幾種不同的成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有 UV、 SLA、 SLS、 LOM 和 FDM 等方法。 快速成形 （ Rapid Prototyping， RP） 技術(shù)基于離散 /堆積 原理， 采用多種直寫 （ Direct Writing）技術(shù)控制單元材料狀態(tài)，將傳統(tǒng)上相互獨(dú)立的材料制備和材料成形過程合，建立了零件成形信息及材料功能信息數(shù)字化到物理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化之間的直接映射，實(shí)現(xiàn)了從材料和零件的設(shè)計(jì)思想到物理時(shí)間的一體化 [1]。 它于 20 世紀(jì) 80 年代后期產(chǎn)生 于美國，很快擴(kuò)展到日本及歐洲，比喻 20 世紀(jì) 90 年代初期引進(jìn)我國，是近 20 年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破， 并由此產(chǎn)生一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。 快速成型（ RP）技術(shù)的特點(diǎn) RP 技術(shù)將一個(gè)實(shí)體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點(diǎn)： （ 1）成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)； （ 2）可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體； （ 3）用 CAD 模型直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計(jì)提供了優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境； （ 4）成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費(fèi)用，又縮短了制作周期。一層完成后再進(jìn)行下一層，新的一層則與上一層牢固地結(jié)合在一起。材料擠壓后堆積出一個(gè)層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的方法制造出來，并與前一個(gè)層面熔接在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。 2) 在快速模具上的應(yīng)用 由于現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)十分激烈 ,產(chǎn)品快速響應(yīng)市場(chǎng)往往是 競(jìng)爭(zhēng)制勝的關(guān)鍵 ,所以模具快速制造顯得尤為重要。 FDM 工藝不使用激光器，其關(guān)鍵技術(shù)在于噴頭，其基本工作原理是：噴頭在計(jì)算機(jī)控制下作 XY 聯(lián)動(dòng)掃描以及 Z 向運(yùn)動(dòng)，制作材料在噴頭中被加熱并略高于熔點(diǎn)；噴頭在掃描運(yùn)動(dòng)中噴出熔融的材料，快速冷卻形成一個(gè)加工層，并與上一層連接在一起；這樣層層掃描疊加便形成一個(gè)空間實(shí)體。該公司自 2020 年起在年 RP 設(shè)備銷售臺(tái)數(shù)上超過美國 3D System 公司，成為世界上最大的 RP 設(shè)備銷售商，目前 Stratasys 公司每年銷售的 RP 設(shè)備占到全球銷售總量的一半左右。 在 FDM 材料方面，熔絲線材料主要是 ABS、人造橡膠、鑄蠟和聚脂熱塑性塑料。目前，該系統(tǒng)和 使用該系統(tǒng)的制件已經(jīng)制作出來，但是一些工藝參數(shù)（如顆粒度等）還需要進(jìn)一步優(yōu)化。 工藝實(shí)驗(yàn)方面的研究 馬來西亞科學(xué)大學(xué)（ University Sains Malaysia）的 Lee Taguchi method 來獲得使用 FDM 工藝制作 pliant ABS 原型時(shí)的最優(yōu)加工參數(shù)。目前，他們正在對(duì)這種新工藝，以及使用這種注塑模制作 出來的塑料件進(jìn)行研究 [12]。她們?cè)谠O(shè)計(jì)了 用戶產(chǎn)品之后，使用 FDM 去制作原型，然后進(jìn)行討論。一般和噴頭采用推拉相結(jié)合的方式，以保證進(jìn)絲穩(wěn)定可靠，避免斷絲或積瘤。工作臺(tái)主要由臺(tái)面和泡沫墊板組成，每完成一層成型，工作臺(tái)便下降一層高度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁 共 36 頁 工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于材作且不產(chǎn)生垃圾。 FDM 快速成型機(jī) 的總體設(shè)計(jì) 圖 5 FDM 快速成型系統(tǒng)原理圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁 共 36 頁 FDM 快速成型機(jī) 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) FDM 控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、送絲控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)及其機(jī)床開關(guān)量控制系統(tǒng) 5 部分組成。它控制送絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，從而將實(shí)體材料和支撐材料分別送入實(shí)體噴頭和支撐噴頭進(jìn)行加熱熔化，并通過擠壓力將材料從噴頭中擠出。 圖 6 FDM 快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)圖 （字體重標(biāo)） 1) 擠壓噴頭 現(xiàn)在一般 都用雙噴頭獨(dú)立工作，一個(gè)主噴頭用來噴模型材料制作零件，另一個(gè) 副噴頭用來噴支撐材料制作支撐，兩種材料特性不同，制作完畢后去除支撐相當(dāng)容易。原料絲直徑一般為 12mm,而噴嘴直徑只有 左 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 14 頁 共 36 頁 右，這個(gè)差別保證了噴頭內(nèi)一定的壓力和熔融后的原料能以一定的速度被擠出成型。如圖 31 所示： ⑴ 初算導(dǎo)程 hP (mm) 圖 31 浮動(dòng)式內(nèi)循環(huán)示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 15 頁 共 36 頁 hP ≥ maxv / maxn = 3 ?? mm hP 要符合標(biāo)準(zhǔn)值 , 初選 hP =20mm maxv — 絲杠副最大移動(dòng)速度， mm/min maxn — 絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速， r/min ⑵ 當(dāng)量載荷 mF (N) 當(dāng)載荷在 minF 和 maxF 之間周期性變化時(shí)，載荷按下式計(jì)算 F=31 （ 2 maxF + minF ） 絲杠的最大載荷為切削時(shí)的最大進(jìn)給力，最小載荷為摩擦力。mm/min） 0d maxn =402020=80000≤100000 r圖 33（ c）的滾珠絲杠 3 外伸端處切有外螺紋，螺母 2 可使 3 產(chǎn)生軸向位移來預(yù)緊。但其缺點(diǎn)是靜摩擦因數(shù)大，動(dòng)摩擦因數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，低速易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，定位精度不高。如工具磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌、磨床的砂輪休整器導(dǎo)軌及儀器的導(dǎo)軌等。預(yù)加負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)是提高導(dǎo)軌剛度。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步距角）。在歐美等發(fā)達(dá)國家 80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了 永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3～ 5%，且不累積。 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算如下： 電動(dòng)機(jī)所承受的扭矩 T 為： T=9550 nP =9550 20202? =M) 空載起動(dòng)頻率(步 /秒 ) 空載運(yùn)行頻率(步 /秒 ) 分配方式 相電感 (mH) 重量 (Kg) 90B001 4 80 7 2020 8000 四項(xiàng)八拍 90BF006 5 24 3 2400 五項(xiàng)十拍 110BF003 3 80 6 1500 7000 三項(xiàng)六拍 6 110BF004 3 30 4 500 三項(xiàng)六拍 130BF001 5 80/12 10 3000 16000 五項(xiàng)十拍 150BF002 5 80/12 13 2800 8000 五項(xiàng)十拍 14 150BF003 5 80/12 13 2600 8000 五項(xiàng)十拍 200BF001 5 24 4 1300 8000 五項(xiàng)十拍 16 5 床身的設(shè)計(jì) 床身的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)機(jī)床十分重要，因?yàn)樗螜C(jī)床的所有重量和受力。 為了能使機(jī)床在加工的時(shí)候盡量減少自身的影響，所以要為機(jī)床提供一個(gè)穩(wěn)定的加工平面。 當(dāng)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副運(yùn)行 速度為高速時(shí)（ v15m/min），推薦使用 20 號(hào)機(jī)械油，在這里由于設(shè)計(jì)要求快速運(yùn)動(dòng)為 35m/min，所以選用 20 號(hào)機(jī)械油潤滑，通過油管與自動(dòng)潤滑油供給系統(tǒng)相連，按照一定的時(shí)間間隔強(qiáng)制潤滑。 ⑶ 采用折疊式或伸縮板式防護(hù)罩，加以保護(hù)，防止污物侵蝕。v/rad，則 KM=1/(s ⑶ 絲杠軸承的軸向剛度 哈爾濱軸承總廠生產(chǎn)的 6207 型軸承的鋼球直徑 ，鋼球數(shù) 17，預(yù)加載荷F0=4600N，軸向外載荷為導(dǎo)軌摩擦力 Ff=784N，故軸向載荷 F0 為預(yù)加載荷與軸向外載荷之和，即 Fa= F0+Ff=4600+784=5384(N)。 如果經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)剛度不夠，定位精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求 ，可把絲杠一端軸向固定的結(jié)構(gòu)形式改為兩端軸向定位結(jié)構(gòu)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 34 頁 共 36 頁 結(jié) 束 語 緊張而忙碌的三個(gè)月 的 畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作都已 完成 ， 我的大學(xué)生活也將 接近尾聲了 。同時(shí)也切實(shí)感受到 自己 所學(xué)知識(shí)的不足， 而且 考慮問題 常常 不夠全面，如在設(shè)計(jì)過程中不能把原理、裝配與加工結(jié)合起來，實(shí)踐知識(shí)十分匱乏等。敬請(qǐng)各位老師與同學(xué)批評(píng) 指正。在即將離開這熟悉的校園之前，再次對(duì)他們的辛勤工作表示真誠的 感謝！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 36 頁 共 36 頁 參 考 文 獻(xiàn) 。 首先，感謝陳老師這些天來的耐心指導(dǎo)，不辭辛勞，才使我在設(shè)計(jì)過程中遇到困難時(shí)能夠迎刃而解。極大地 鞏固 了 這四年來 所學(xué) 的理論知識(shí) ，增加了許多實(shí)踐性的知識(shí)，使我真正做到了將理論與實(shí)際結(jié)合起來。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我感受很深，收獲了很多。其次，可適當(dāng)提高系統(tǒng)增益和速度環(huán)開環(huán)增益，一提高伺服剛度；也可采用多聯(lián)組合的推力角接觸球軸承組配方式或改用滾針－雙向推力圓柱滾子（或滾珠）組合軸承，一提高綜合剛度。 1m in111111 KKKKKKbactR ??????? 111111 11m i n?????????KKKKKKbactR(N/μm) ⑺ 彈性變形量 δt 立 式加工中心的定位精度是在不切削空載條件下檢驗(yàn)的。 ③ 折合到工作臺(tái)部件的直線剛度為 22KK 22RR ??????????????? ?? Rk KnP n (N/μm) ⑵ 滾珠絲杠的拉壓剛度 Ktmin 在這次設(shè)計(jì)中使用的絲杠為兩端軸向定位結(jié)構(gòu)。其余誤差為伺服系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動(dòng)和在載荷作用下的各個(gè)機(jī)械環(huán)節(jié)彈性變形引起的位移等。潤滑后排除的油脂流到機(jī)床冷卻液回油槽中作為冷卻液繼續(xù)循環(huán)使用。地腳螺栓的選取在這次設(shè) 計(jì)中沒有經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算，是通過經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，從標(biāo)準(zhǔn)件中選取的。床身的主要作用是承受重力。 m,完全符合進(jìn)給的要求。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的