【正文】 聯(lián)系。預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌適用于顛覆力矩較大和垂直方向的導(dǎo)軌中，數(shù)控銑床常采用這種導(dǎo)軌。但對(duì)于安裝的偏斜反應(yīng)大，支承的軸線與導(dǎo)軌的平行度偏差不大時(shí)也會(huì)引起偏移和側(cè)向滑動(dòng)，這樣會(huì)使導(dǎo)軌磨損加快或降低精度。優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高，動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)相差甚微，因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速移動(dòng)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，重復(fù)定位精度可達(dá) ，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，精度保持好，壽命長(zhǎng)。圖 33（ e）是一種類似過(guò)盈配合的預(yù)緊方式，采用安裝直徑比正常大幾個(gè) μm的鋼球進(jìn)行預(yù)緊裝配。 p? — 絲杠軸許用拉壓應(yīng)力， N/mm 滾珠絲杠支撐的選擇 在絲杠的安裝方式中有 ⑴ 支撐－游動(dòng)式 ⑵ 固定－游動(dòng)式 ⑶ 固定－固定式。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 36 頁(yè) 取 2d =40mm。 5) 加熱工作室 加熱工作室用來(lái)給成型過(guò)程提供一個(gè)恒溫環(huán)境。主噴頭工作時(shí)，副噴頭遠(yuǎn)離工作臺(tái) 。 4) 溫度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)是采用獨(dú) 立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由三組溫控器、可控硅及熱電耦組成。它使用單臺(tái)工業(yè) PC 機(jī)完成上層數(shù)據(jù)處理和下層設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能，使用接口 板卡作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 與其他子執(zhí)行系統(tǒng)的接口。 原材料以卷軸絲的形式提供 ，易于搬運(yùn)和快速更換。如 ABS 可以用來(lái)生成帶有結(jié)構(gòu)功能的模型。運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)包括 X， Y,Z 三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。 （ 1）噴頭。他們還對(duì)這中合金材料的微觀組織及其在擠出和沉積過(guò)程中的流變力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了研究 [13]。 丹麥科技大學(xué)（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 等人針對(duì) FDM的最新發(fā)展使得 FDM 工藝已經(jīng)用于直接快速制造零件，對(duì)擠出過(guò)程提出更高的要求的形式下，通過(guò)分析材料擠出階段的液化器動(dòng)力學(xué)（ Liquefier dynamics） ，提出了擠出過(guò)程的控制策略 [10]。他們的研究結(jié)論是：以氣壓作為擠壓動(dòng)力有效可行 ,系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單 ,成形材料選擇范圍廣泛 ,可完成傳統(tǒng) FDM的快速設(shè)計(jì)任務(wù) ,還可完成制造人工生物活性骨的模型加工。 1999年 Stratasys公司開(kāi)發(fā)出水溶性支撐材料，有效地解決了復(fù)雜、小型孔中的支撐材料難除或無(wú)法去除的難題 [3]。北京殷華公司對(duì)熔融擠壓噴頭進(jìn)行了改進(jìn)，提高了噴頭可靠性。 研究 FDM工藝的主要有 Stratasys公司和 Med Modeler公司。即使是傳統(tǒng)的快速模具 ,也常常因?yàn)槟＞叩脑O(shè)計(jì)與制造中出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法改正 ,而不能做到真正的“快速”。 LOM 工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過(guò)加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照 CAD 分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓．然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過(guò)熱壓 裝置和下面已切割層粘合在一起。如下圖所示： 圖 1 選擇性激光燒結(jié) 原理圖 2） 光固化成型法 (Stereo lithography Apparatus, SLA)工藝 SLA 工藝是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。 以上特點(diǎn)決定了 RP 技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計(jì)與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計(jì)檢查，裝配檢驗(yàn)和快速反求工程等。它是一種基于離散堆積成型思想的新型成型技術(shù)，是又 CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體零件制造的技術(shù)的總稱。 它借助計(jì)算機(jī)、激光、精密傳動(dòng)、數(shù)控技術(shù)等現(xiàn)代手段，將 CAD 和 CAM 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子技術(shù)及激光技術(shù)的技術(shù)集成以實(shí)現(xiàn)從零件到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。 （ 5）技術(shù)的 高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。所有層完成后，去除多余未燒結(jié)的粉末，再經(jīng)過(guò)打磨、烘干等后處理，便得到燒結(jié)后的零件。如下圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 3 熔融沉積制造原理圖 4) 疊層實(shí)體制造法 (Laminated Object Manufacturing, LOM)工藝 LOM 工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。 傳統(tǒng)模具制造的方法工藝復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高、精度低、壽命短 ,很難完全滿足用戶的要求。類似的工藝 還有 MJS（ Multiple Jet Solidification）、 MEM（ Melted Extrusion Manufacturing）等。 國(guó)內(nèi)，華中科技大學(xué)、北京殷華公司等單位也從事 FDM 方面的研究。 1998年澳大利亞的 Swinburne工業(yè)大學(xué) 研究了一種金屬 塑料復(fù)合材料絲。西安交通大學(xué)將傳統(tǒng) FDM 工藝中材料擠出過(guò)程作了改進(jìn)，將被加熱到一定溫度的低粘性材料 (該材料可由不同相組成 ,如粉末 — 粘結(jié)劑的混合物 ) ,通過(guò)空氣壓縮機(jī)提供的壓力由噴頭擠出 ,其他均與傳統(tǒng) FDM 工藝相同，他們將這種工藝稱之為氣壓式熔融沉積快速成形 (AJS)[6]。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是： layer thickness， raster angle 和 air gap 對(duì) pliant ABS 原型的彈性性能有很重要的影響 [9]。 荷蘭 TNO 國(guó)家應(yīng)用科學(xué)研究組織在 FDM 技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用一直 semisolid metals（ EDSSM）來(lái)直接制作金屬件。 FDM 系統(tǒng)組成 FDM 系統(tǒng)主要包括噴頭、送絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、加熱成型室、工作臺(tái)五個(gè)部分。 （ 3）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ． 7 FDM 成型特點(diǎn)： 1)標(biāo)準(zhǔn)的工程熱塑性塑料。 可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件。 1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件 主要有單臺(tái)工業(yè) PC 機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制 卡、數(shù)模 /模數(shù)轉(zhuǎn)換卡、數(shù)字量輸入卡和數(shù)字量輸出卡組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字量輸出卡和模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換卡， 經(jīng)過(guò)送絲機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)送絲機(jī)構(gòu)的啟停、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。在計(jì)算機(jī)控制下，噴頭可在 XY 平面內(nèi)任意移動(dòng)，兩個(gè)噴頭可以獨(dú)立開(kāi)啟關(guān)閉。送絲機(jī)構(gòu)和噴頭采用推拉相結(jié)合的方式，以保證送絲可靠，避免斷絲或積瘤。 maxF = jF + mF =3000+0=3000N， minF =0N F=31 （ 2 maxF + minF ） =31 （ 23000+0） =2020N ⑶ 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mn 當(dāng)轉(zhuǎn)速在 maxn 和 minn 之間變化時(shí)， mn =21 ( maxn + minn )=21 (2020+0)=1000 r/min ⑷ 額定動(dòng)載荷計(jì)算 amC (N) amC = wf mF ( sL / hL )31 /af cf =2020 31661020101020 ???????????? =2020 =11100 N amC? = ef maxF =3000=13500 N af — 精度系數(shù)， af =1 cf — 可靠性系數(shù)， cf =1 wf — 載荷性系數(shù)， wf = sL — 預(yù)期工作距離， sL =1020 610? km 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè) ef — 預(yù)加載荷系數(shù)， ef = maxF 最大軸向載荷， maxF =3000N ⑸ 估算滾珠絲杠允許最大軸向變形 m? m?? =（ 1/3～ 1/4）重復(fù)定位精度 =31 = m?? ≤（ 1/4～ 1/5）定位精度 =41 = 取 m?? 與 m?? 中較小值為 m? 值 m? = ⑹ 估算滾珠絲杠底徑 md2 (mm) md2 =a mLF ?/0 = 1013002020 3??? = 0F =F=3000 N a— 支承方式系數(shù) ， 一 端固定時(shí) 一端游動(dòng)時(shí) 取 0F — 導(dǎo)軌靜摩擦力 ,N 0? — 導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù) L— 滾珠絲杠 兩軸承支點(diǎn)間的距離 ⑺ 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào) 選定滾珠螺母型式 ,按上述估算的 hP . amC 及 md2 值中選出合適的規(guī)格代號(hào)及有關(guān)安裝 .連接尺寸 ,并使 2d ≥ md2 , aC ≥ amC 但不宜過(guò)大 ,以免增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及結(jié)構(gòu)尺寸。mm/min 0d — 滾珠絲杠副的公稱直徑， mm maxn — 滾珠絲杠副最大轉(zhuǎn)速 ,r/min ⒃ 額定靜載荷 oaC 驗(yàn)算（ N） sf maxaF =3000=6600 N≤ oaC ， oaC — 滾珠絲杠副基本軸向額定靜載荷， oaC = 310 N sf — 靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 1～ 2，有沖擊振動(dòng)時(shí)取 2～ 3 maxaF — 滾珠絲杠副最大軸向載荷， maxaF =3000N ⒄ 絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算 p? π 22d /4=200 240 /4 = 510 ≥ maxaF 知絲杠的拉壓強(qiáng)度足夠。圖 33（ d）為單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊，為內(nèi)預(yù)緊方式。 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱、滾針滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。 ⑵ 滾柱導(dǎo)軌 這導(dǎo)軌的承載能力及剛度都比滾珠導(dǎo)軌大。但這種導(dǎo)軌制造比較復(fù)雜，成本較高。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130℃ 以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 ℃ 以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80～ 90 ℃ 完全正常。 m P— X、 Y 方向電機(jī)功率，本加工中心 P=2 kw n— 絲杠轉(zhuǎn)速， n=pv1000= 20351000? =1750rad/min 本設(shè)計(jì)選擇 BF 系列 150BF002 磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)輸出功率 2kw，最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大轉(zhuǎn)矩 在這次的設(shè)計(jì)中為了減少機(jī)床零件個(gè)數(shù)，遵照 越簡(jiǎn)單越可靠的設(shè)計(jì)原則將機(jī)床床身底座直接設(shè)計(jì)成可以與 Y 向?qū)к壪噙B的基座。減少機(jī)床加工時(shí)的震動(dòng)，所以在機(jī)床底座上要準(zhǔn)備一系列的地腳螺栓。 JSA 型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是通過(guò)返向器端部的注油杯口注入潤(rùn)滑油脂，油脂經(jīng)過(guò)返向器內(nèi)的油道而流到鋼球返回溝槽中，然后由于鋼球的無(wú)限循環(huán)而實(shí)現(xiàn)整體潤(rùn)滑。 7 精度驗(yàn)算與校核 剛度以及定位誤差的驗(yàn)算 本次設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床要求的定位精度為 ? ，其絲杠的導(dǎo)程誤差 V300 為。v)；電樞直流電阻 Rm=。 絲杠軸承軸向載荷剛度 kba 可按下式求得，即 i i 3 523 52 ??????? ?ZdFK b a ba(N/μm) ⑷ 滾珠絲杠螺母的接觸剛度 Kc 查絲杠螺母樣本手冊(cè)得 Kc=3800N/mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 32 頁(yè) 共 36 頁(yè) ⑸ 撓性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度 K1 查文獻(xiàn)得 41 ??K Nm/rad 折合到工作臺(tái)部件的直線剛度為： 2870002KK 2211 ?????????????????? ??hP(N/μm) ⑹ 綜合剛度 K 計(jì)算出伺服剛度折算到工作臺(tái)部件的直線剛度 Kr、滾珠絲杠最小拉壓剛度 Ktmin、絲杠軸承軸向載荷剛度 Kba、滾珠絲杠螺母接觸剛度、折算到工作臺(tái)部件直線剛度 Kc 和連軸器扭轉(zhuǎn)剛度 K1 后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度 K。這是提高剛度的有效措施。本次設(shè)計(jì)是 對(duì) 我 大學(xué) 里所學(xué)知識(shí) 的 一個(gè) 深化和總結(jié) ，為我以后走出校園， 邁上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝與加工方法的最重要的演練。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 35 頁(yè) 共 36 頁(yè) 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我人生中一段十分重要的經(jīng)歷， 經(jīng)過(guò)三個(gè)月的努力 ， 在老師和同學(xué)的幫助下 ， 我終于完成了所承擔(dān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)