【正文】 ） 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)思想到物理時間的一體化 [1]。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，形成零件的一個薄層。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)時間和費(fèi)用。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。 澳大利亞 Swinburne 科技大學(xué)（ Swinburne University of Technology）繼續(xù)了他們在金屬 /塑料復(fù)合材料上面的研究。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]。 XY 軸的聯(lián)動完成噴頭對截面的平面掃描， Z 軸則帶動工作臺實(shí)現(xiàn)高度方向上的進(jìn)給。 原材料費(fèi)用低，一般零件均低于 20 美元。它實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)工作時，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)。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。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 的安裝方式 適用于水平安裝的較長絲杠， 但裝配復(fù)雜 。適用于運(yùn)動靈敏及定位精度高的場合。無預(yù)加負(fù)載的滾動導(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)。 保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 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。 地腳螺栓直徑取 M16。 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 ,大部分被反電動勢所平衡 .估算時 ,可以近似地認(rèn)為輸入電壓等于反電動勢 .因而可以近似的認(rèn)為 KM=1/Ke=1/(S故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力 Ff。 通過本 次 畢業(yè)設(shè)計(jì)，特別是對實(shí)際產(chǎn)品 的 設(shè)計(jì)， 使 我認(rèn)識到了理論和實(shí)際 之間 的差距。陳老師治學(xué)的態(tài)度，給我無形的感染，使我學(xué)會了治學(xué)要嚴(yán)謹(jǐn)；陳老師淵博的知識，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，積極進(jìn)取、奮發(fā)向上，最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 由于 設(shè)計(jì)者水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，加之時間有限，不足之處在所難免。 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－基本額定動載荷， C=310 N P－當(dāng)量動載荷，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表 6119 得 P= ? ?arp YFXFf ? = ? ?1 4 0 105 . 3 ????? = 310? N ? －壽命指數(shù)，對球軸承 ? =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= 對于滿載荷每天 16 小時運(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 。 E－絲杠材料鋼的彈性模量， GPaE 2102?? 。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。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。 步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動時振動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)械傳動避開共振區(qū)； ⑵ 采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動器，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和噪聲，但成本較高； ⑸ 在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。 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，但噪聲和振動都很大。 根據(jù)導(dǎo)軌是否預(yù)加負(fù)載，滾動導(dǎo)軌可分為預(yù)加負(fù)載和不預(yù)加負(fù)載兩類。 滑動導(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。精度等級 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 4) 送絲機(jī)構(gòu) 送絲機(jī)構(gòu)為噴頭輸送原料。 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)動電路。 ． 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。送絲機(jī)構(gòu)為噴頭輸送原料，進(jìn)絲要求平穩(wěn)可靠。它首先用 FDM 工藝制作一個尼龍模型，然后在尼龍的外表面噴射一層鋅合金保護(hù)膜。該裝備將一個微型擠出器安裝在一個精確定位系統(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。該公司于 1993 年開發(fā)出第一臺 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)，可同時控制兩個噴出頭的 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)。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。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。 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)品競爭力有積極的推動作用。 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)。如下圖所示： 圖 4 Helisys 公司的 LOM 系統(tǒng)裝置原理圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁 共 36 頁 5） 其他工藝：還有許多快速成型工藝已經(jīng)投入商品化，如 三維噴涂粘結(jié)（ Three Dimensional Printing and Gluing, 3DPG）、焊接成型（ Welding Forming, WF）、光屏蔽工藝（ Photo— masking, SGC）、直接殼法（ Direct Shell Production Casting, DSPC）、直 接燒結(jié)技術(shù)、數(shù)碼累積成型、熱致聚合、全息干涉制造、模型熔、彈道微粒制造光束干涉固化等。近年來，美國 3D Systems 公司在 FDM 技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了多噴頭（ MultiJet Manufacture,MJM）技術(shù)，即使用多個噴頭同時造型， 從而提高了造型速度。根據(jù) Stratasys 技術(shù)報告提供的數(shù)據(jù)，采用 PPSF 材料制造的注塑模具可生產(chǎn) 150 件 POM 零件或者 201 件 PA 零件 [4]。他們使用一個包含 22 個尺寸、幾何精度及表面粗糙度特征的測試件，采用一個具有最少試驗(yàn)次數(shù)的正交試驗(yàn)得到 27 個 FDM 原 型；通過使用三坐標(biāo)測量儀和表面粗糙度輪廓儀來測量原型件的各種特征，并使用 MATLAB 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，據(jù)此結(jié)果來評估 FDM原型件的質(zhì)量；取并進(jìn)行了工藝參數(shù)的優(yōu)化。材料在噴頭中被加熱融化，噴頭底部有一噴嘴供熔融的材料以一定的壓力擠出，噴頭沿零件界面輪廓和填充軌跡運(yùn)動是擠出材料，與前一層粘結(jié)并在大氣中迅速固化。 3)加熱后的熱塑性塑料細(xì)絲像擠牙膏一樣從噴嘴中擠出。 Z 軸方向采用較小的運(yùn)動速度，保證 Z 軸的精確進(jìn)給， XY 軸空運(yùn)行時使用較高速，噴絲工作時使用較低速，保證工作時間的降低和運(yùn)動的精度 。工作臺可以任意升降。 b1 絲杠螺紋左端到左軸承的距離 b1，取 60mm b2 絲杠螺紋右端到右軸承的距離 b2，取 40mm Le 余程 Le=40mm La 安全行程 La＝（ 1－ 2） Ph=20mm Lx 機(jī)械最大行程 Lx=1020mm Ln 螺母長度 Ln=84mm L1 絲杠螺紋長度 L1＝ 2Le+2La+Lx+Ln=1300mm Lu 有效行程 Lu＝ L1－ 2Le=1220mm L 左右端軸承之間的距離 Lz＝ L1+b1+b2=1440mm x 軸絲杠最少大于 1440mm,y 軸最少大于 980mm 注： b b2 按經(jīng)驗(yàn)選取，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的情況下，越短越好。 對比幾種預(yù)緊形式的工作原理和使用場合我采用了六角鎖緊螺母預(yù)緊方式，這種方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛性好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好。 ⑶ 滾針導(dǎo)軌 滾針導(dǎo)軌的滾針比滾柱的長徑比大，滾針導(dǎo)軌的特點(diǎn)是尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出 現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 步進(jìn)電機(jī)有一個 技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。主要包括機(jī)床底座，機(jī)床外罩（可以防止加工時鐵屑的飛出對人造成傷害）。吸入的塵埃積聚在導(dǎo)軌的固定 螺釘內(nèi)以及導(dǎo)軌面上，使?jié)L動直線導(dǎo)軌的壽命急劇下降。已知工作臺的縱向行程為 ，