【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。主噴頭工作時(shí)，副噴頭遠(yuǎn)離工作臺(tái) 。副噴頭工作時(shí)，主噴頭上下位置不動(dòng)，副噴頭接近工作臺(tái)。工作臺(tái)可以任意升降。 2) 工作平臺(tái) 工作臺(tái)主要有臺(tái)面和泡沫墊片組成，每完成一層成型，工作臺(tái)便下降一個(gè)高度。 3) 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) X— Y 軸的聯(lián)動(dòng)掃描完成 FDM 工藝噴頭對(duì)截面輪廓的平面掃描， Z 軸帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度發(fā)行的進(jìn)給。 4) 送絲機(jī)構(gòu) 送絲機(jī)構(gòu)為噴頭輸送原料。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(yè) 共 36 頁(yè) 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。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。 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。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(kāi)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。 3 FDM 快速成型機(jī) X、 Y 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是 立 式加工中心設(shè)計(jì)（ X、 Z 方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、床身設(shè)計(jì)），它是一種 數(shù)控加工 設(shè)備，隨著工業(yè)產(chǎn)品的 快速發(fā)展 ，該設(shè)備在機(jī)械行業(yè)中的使用越來(lái)越廣泛，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 立 式加工中心主要用于 各種中小 尺寸，各種基礎(chǔ)件、板件、殼體、模具等多品種零件的加工，工件一次裝夾后可自動(dòng)高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜、鉸等多種工序的加工，適用于航空、機(jī)床、印刷、輕紡、模具等制造行業(yè)。 X、 Y 向進(jìn)給系統(tǒng)絲杠的選取與計(jì)算 滾珠絲杠副按循環(huán)方式分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種， 本設(shè)計(jì) 選用了內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲杠副，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：滾珠循環(huán)鏈最短，反向靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，使用可靠，工作壽命長(zhǎng)，螺母配合外徑 較小。摩擦力矩小，適用于高靈敏 .高精度 .高剛度的進(jìn)給定位系統(tǒng)。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。 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。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 36 頁(yè) 取 2d =40mm。 型號(hào) 40103， 其參數(shù) L=84 D=108 D1=63。 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(zhǎng)度 Ln=84mm L1 絲杠螺紋長(zhǎng)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。 ⑻ 計(jì)算預(yù)緊力 pF 當(dāng)最大軸向工作載荷 maxF 能確定時(shí) , pF = maxF /3=3000/3=1000N ⑼ 行程補(bǔ)償值 C（ μm） C=△ t ul 310? =21300 310? = ul =行程 +（ 8～ 14） hP =1020+1420=1300mm △ t— 溫度變化值， 2～ 3C176。 ul — 滾珠絲杠副有效行程， mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè) ⑽ 預(yù)拉伸力 tF (N) tF =△ t 22d =2402 = 2d — 絲杠螺紋底徑， mm ⑾ 系統(tǒng)剛度 K 計(jì)算 (N/μm) ???? RKKK bs 1111 7861 +2611 +11381 = 則 K=357 N/μm sK — 滾珠絲杠副的拉壓剛度， N/μm 當(dāng) 一 端固定 一端游動(dòng) 時(shí)， sK =165 22d L/a(La) =)6001362(600 1362401652?? ??=786 N/μm bK — 軸承剛度， N/μm bK = 0BK =231 5m a x2 60s in ?aQ FZd =231 52 )23(3 00 0177 ??? =261 N/μm R— 軸向接觸剛度，得 R=1138 a— 滾珠螺母中點(diǎn)至軸承支點(diǎn)距離， ⑿ 滾珠絲杠副精度選擇 選擇精度，并校合系統(tǒng)剛度 K 值，進(jìn)行必要的驗(yàn)算。精度等級(jí) 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(yè) 共 36 頁(yè) 2K — 支承系數(shù)， 1cL — 絲杠最大受壓長(zhǎng)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(zhǎng)度， 2cL =800 mm ⒂ dn 值校驗(yàn)（ rmm/min） 0d maxn =402020=80000≤100000 rmm/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。 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。由于 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁(yè) 共 36 頁(yè) 一 端固定 ，一端游動(dòng) 的安裝方式 適用于水平安裝的較長(zhǎng)絲杠， 但裝配復(fù)雜 。為了保證機(jī)床再加工中能夠保證足夠的剛性 以及補(bǔ)償熱膨脹 ，所以在這次的設(shè)計(jì)中傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用 一 端軸向固定 ，一端游動(dòng) 的結(jié)構(gòu)形式 ,見(jiàn)圖 32： 圖 32 滾珠絲杠軸端固定方式 固定端采用 60 度角接觸球軸承組背對(duì)背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力 ， 游動(dòng)端采用深溝球軸承， 安裝還要考慮軸承的預(yù)緊 ， 通過(guò)絲杠兩端的六角鎖緊螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)緊 ， 防止絲杠發(fā)生軸向竄動(dòng)。 其特點(diǎn)為： ⑴ 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)； ⑵ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠 壓桿穩(wěn)定性比較高 ； ⑶ 軸向剛度 較大，絲杠有熱膨 脹的余地 ； ⑷ 適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠的安裝； ⑸ 適用于較長(zhǎng)的絲杠安裝。 滾珠絲杠副預(yù)緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一般滾珠絲杠副調(diào)整軸向間隙的預(yù)緊方式有以下六種，如圖 33 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 33（ a）在雙滾珠螺母 1 和 2 的凸緣上切制出外齒輪 ,其齒數(shù)差為 1,分別與內(nèi)齒 3和 4 嚙合 ,3 與 4 用螺釘鎖緊與螺母座 5 中 ,通過(guò) 1 與 2 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到預(yù)緊的目的。圖33（ b）是采用不同厚度的墊片 2 來(lái)預(yù)緊。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(lái)預(yù)緊。圖 33（ d）為單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊，為內(nèi)預(yù)緊方式。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。圖 33（ f）靠?jī)蓚€(gè)六角鎖緊螺母軸向拉緊絲杠達(dá)到預(yù)緊的目的。 對(duì)比幾種預(yù)緊形式的工作原理和使用場(chǎng)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(jiǎn)單，軸向剛性好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好。適用于高剛度、重載荷的傳動(dòng)，目前應(yīng)用最廣泛。 導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算 機(jī)床導(dǎo)軌按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三種。 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yè) 共 36 頁(yè) 泛的導(dǎo)軌形式。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。 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。優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高，動(dòng)