【正文】 聯(lián)系。預(yù)加負(fù)載的滾動導(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也會引起偏移和側(cè)向滑動，這樣會使導(dǎo)軌磨損加快或降低精度。優(yōu)點是：靈敏度高，動摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)相差甚微，因而運動平穩(wěn)，低速移動不易出現(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，運動輕便，精度保持好，壽命長。圖 33（ e）是一種類似過盈配合的預(yù)緊方式，采用安裝直徑比正常大幾個 μm的鋼球進行預(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－游動式 ⑵ 固定－游動式 ⑶ 固定－固定式。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 36 頁 取 2d =40mm。 5) 加熱工作室 加熱工作室用來給成型過程提供一個恒溫環(huán)境。主噴頭工作時，副噴頭遠(yuǎn)離工作臺 。 4) 溫度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)是采用獨 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。它使用單臺工業(yè) PC 機完成上層數(shù)據(jù)處理和下層設(shè)備驅(qū)動功能，使用接口 板卡作為計算機控制系統(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 ，易于搬運和快速更換。如 ABS 可以用來生成帶有結(jié)構(gòu)功能的模型。運 動機構(gòu)包括 X， Y,Z 三個軸的運動。 （ 1）噴頭。他們還對這中合金材料的微觀組織及其在擠出和沉積過程中的流變力學(xué)性質(zhì)等進行了研究 [13]。 丹麥科技大學(xué)（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 等人針對 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，對擠出過程提出更高的要求的形式下，通過分析材料擠出階段的液化器動力學(xué)（ Liquefier dynamics） ，提出了擠出過程的控制策略 [10]。他們的研究結(jié)論是：以氣壓作為擠壓動力有效可行 ,系統(tǒng)工藝簡單 ,成形材料選擇范圍廣泛 ,可完成傳統(tǒng) FDM的快速設(shè)計任務(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法去除的難題 [3]。北京殷華公司對熔融擠壓噴頭進行了改進，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 ,也常常因為模具的設(shè)計與制造中出現(xiàn)的問題無法改正 ,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．然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓 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)光敏樹脂的光聚合原理工作的。 以上特點決定了 RP 技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開發(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)計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。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)動的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實體零件制造的技術(shù)的總稱。 它借助計算機、激光、精密傳動、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)、機械工程、電子技術(shù)及激光技術(shù)的技術(shù)集成以實現(xiàn)從零件到三維實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 第 5 頁 共 36 頁 圖 3 熔融沉積制造原理圖 4) 疊層實體制造法 (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、時間長、費用高、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 工藝中材料擠出過程作了改進，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 ) ,通過空氣壓縮機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]。最后通過實驗得到的結(jié)論是： layer thickness， raster angle 和 air gap 對 pliant ABS 原型的彈性性能有很重要的影響 [9]。 荷蘭 TNO 國家應(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、送絲機構(gòu)、運動機構(gòu)、加熱成型室、工作臺五個部分。 （ 3）運動機構(gòu)。 ． 7 FDM 成型特點： 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) 計算機控制系統(tǒng)硬件 主要有單臺工業(yè) PC 機、運動控制 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。計算機控制系統(tǒng)通過數(shù)字量輸出卡和模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換卡， 經(jīng)過送絲機構(gòu)驅(qū)動電路實現(xiàn)對送絲機構(gòu)的啟停、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。在計算機控制下，噴頭可在 XY 平面內(nèi)任意移動，兩個噴頭可以獨立開啟關(guān)閉。送絲機構(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， mn =21 ( maxn + minn )=21 (2020+0)=1000 r/min ⑷ 額定動載荷計算 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 第 16 頁 共 36 頁 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 一端游動時 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 兩軸承支點間的距離 ⑺ 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號 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)格代號及有關(guān)安裝 .連接尺寸 ,并使 2d ≥ md2 , aC ≥ amC 但不宜過大 ,以免增大轉(zhuǎn)動慣量及結(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，有沖擊振動時取 2～ 3 maxaF — 滾珠絲杠副最大軸向載荷， maxaF =3000N ⒄ 絲杠軸拉壓強度驗算 p? π 22d /4=200 240 /4 = 510 ≥ maxaF 知絲杠的拉壓強度足夠。圖 33（ d）為單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊，為內(nèi)預(yù)緊方式。 滾動導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱、滾針滾動體，使導(dǎo)軌面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。 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。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)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(dá)到調(diào)速的目的。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點，一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130℃ 以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 ℃ 以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 80～ 90 ℃ 完全正常。 m P— X、 Y 方向電機功率，本加工中心 P=2 kw n— 絲杠轉(zhuǎn)速， n=pv1000= 20351000? =1750rad/min 本設(shè)計選擇 BF 系列 150BF002 磁阻式步進電動機，電機輸出功率 2kw，最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大轉(zhuǎn)矩 在這次的設(shè)計中為了減少機床零件個數(shù)，遵照 越簡單越可靠的設(shè)計原則將機床床身底座直接設(shè)計成可以與 Y 向?qū)к壪噙B的基座。減少機床加工時的震動，所以在機床底座上要準(zhǔn)備一系列的地腳螺栓。 JSA 型滾動直線導(dǎo)軌副是通過返向器端部的注油杯口注入潤滑油脂，油脂經(jīng)過返向器內(nèi)的油道而流到鋼球返回溝槽中，然后由于鋼球的無限循環(huán)而實現(xiàn)整體潤滑。 7 精度驗算與校核 剛度以及定位誤差的驗算 本次設(shè)計數(shù)控機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得 Kc=3800N/mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 32 頁 共 36 頁 ⑸ 撓性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度 K1 查文獻得 41 ??K Nm/rad 折合到工作臺部件的直線剛度為： 2870002KK 2211 ?????????????????? ??hP(N/μm) ⑹ 綜合剛度 K 計算出伺服剛度折算到工作臺部件的直線剛度 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)計是 對 我 大學(xué) 里所學(xué)知識 的 一個 深化和總結(jié) ，為我以后走出校園， 邁上工作崗位奠定了堅實的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計是對我原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝與加工方法的最重要的演練。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 35 頁 共 36 頁 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是我人生中一段十分重要的經(jīng)歷， 經(jīng)過三個月的努力 ， 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)計任務(wù)