【正文】 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) 。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)。 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。 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。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。 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 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。但這種導(dǎo)軌制造比較復(fù)雜，成本較高。 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。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。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。計(jì)算機(jī)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(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。 可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件。 （ 3）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 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）來直接制作金屬件。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(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]。 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。 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。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。 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)。 以上特點(diǎn)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(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。 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?jiān)侬B加在上面，通過熱壓 裝置和下面已切割層粘合在一起。 研究 FDM工藝的主要有 Stratasys公司和 Med Modeler公司。 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(wú)法去除的難題 [3]。 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(dòng)力學(xué)（ Liquefier dynamics） ，提出了擠出過程的控制策略 [10]。 （ 1）噴頭。如 ABS 可以用來生成帶有結(jié)構(gòu)功能的模型。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。主噴頭工作時(shí)，副噴頭遠(yuǎn)離工作臺(tái) 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 36 頁(yè) 取 2d =40mm。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(gè) μm的鋼球進(jìn)行預(yù)緊裝配。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。 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)的聯(lián)系。 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。床身的主要作用是承受重力。潤(rùn)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。 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。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(chéng)的 感謝！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 36 頁(yè) 共 36 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) 。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。 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)。v/rad，則 KM=1/(s 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(rùn)滑，通過油管與自動(dòng)潤(rùn)滑油供給系統(tǒng)相連，按照一定的時(shí)間間隔強(qiáng)制潤(rùn)滑。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。 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3～ 5%，且不累積。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）。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。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。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(yè) 共 36 頁(yè) 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。 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。 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(yè) 共 36 頁(yè) 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。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。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。 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)。 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。 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。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。 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(wú)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。 快速成形 （ Rapid Prototyping， RP