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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(基于solidworks的3d打印機(jī)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-19 16:26 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鈑金設(shè)計(jì),管道設(shè)計(jì)等。SolidWorks的工程圖相比其它三維尤其出色)SolidWorks的發(fā)展很迅速,在行業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)份額迅速增加,功能逐步完善,性價(jià)比十分高,潛力無(wú)限,估計(jì)會(huì)成為三維設(shè)計(jì)軟件的領(lǐng)頭羊。SolidWorks與其他三維繪圖軟件比較: Pro/E的性價(jià)比低,而SolidWorks的性價(jià)比高。當(dāng)Pro/ E提升到與SolidWorks差不多的功能時(shí)其價(jià)格是SolidWorks的四倍之多:Pro/E的易用性低,而SolidWorks的易用性高,易學(xué)易用是大家選擇CAD軟件的重要指標(biāo)之一。SolidWorks是基于Windows操作平臺(tái)是易于操作的CAD軟件,windows中的很多功能也可以在這里實(shí)現(xiàn),比如:“復(fù)制”、“粘貼”。但是Pro/E的建構(gòu)于UNIX系統(tǒng),必須學(xué)習(xí)二種不同的操作接口:一個(gè)是舊有的下拉式選單,一個(gè)是視窗的操作方式?jīng)],用起來(lái)比較麻煩;就地位而言,SolidWorks目前是口碑不錯(cuò)的3 D制圖軟件,Pro/E是應(yīng)用的范圍和功能相異。但是其中的諸多功能還是有相同之處,若說(shuō)今后的發(fā)展趨勢(shì),那當(dāng)屬SolidWorks了。 很多人都知道Pro/E的架構(gòu)是屬于“純”參數(shù)的設(shè)計(jì)方式,因此在用Pro/E時(shí),在繪制零件中最重要的工作變成注意草圖是否已經(jīng)“完全定義”;而這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程將容易讓整個(gè)設(shè)計(jì)意念因而分心導(dǎo)致影響你的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造力。也常因此你的設(shè)計(jì)意念不得不妥協(xié)于這樣的限制之下。所以這個(gè)應(yīng)該是SolidWorks最為核心的優(yōu)勢(shì),讓大家不局限在軟件的使用上,而是專注于設(shè)計(jì)本身。 Pro/E可自動(dòng)地通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇模具開(kāi)模方向創(chuàng)建分型線,設(shè)計(jì)分型面,包括剛性關(guān)閉曲面通過(guò)開(kāi)模和干涉檢查,檢查模具鎖死條件計(jì)算填充量,使用分型面將模具分開(kāi),并創(chuàng)建實(shí)體模型的模具元件,例如型芯、型腔和滑塊。SolidWorks在模具設(shè)計(jì)上遜色于Pro/E。 很多人認(rèn)為UG屬于高端產(chǎn)品,其實(shí)現(xiàn)在大家對(duì)高低、端的區(qū)分存在很多的分歧,記得之前有朋友這樣說(shuō)過(guò),感覺(jué)cad軟件就像一個(gè)師傅的幾個(gè)徒弟一樣,學(xué)的武藝,差別都不是很大,只是打出的招數(shù)不同而已。在3D建模方面,大同小異,如果隨便看看,感覺(jué)差異很小的,但是如果插入心窩,感覺(jué)還是有點(diǎn)差異。我也很是認(rèn)同他的觀點(diǎn),現(xiàn)在來(lái)說(shuō)一下我的想法。 SolidWorks最大的優(yōu)勢(shì)在于易學(xué)易用,很適合新手使用,再說(shuō)SolidWorks公司是專業(yè)的軟件公司,所以新手用這款軟件還是很好的選擇;在大型裝配、智能設(shè)計(jì)、以及CAE分析方面,solidworks的優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的,在這些方面有要求的朋友可以用SolidWorks;在設(shè)計(jì)驗(yàn)證上,做的也是很好,我個(gè)人非常喜歡這個(gè)軟件。 UG在加工能力,曲面能力,數(shù)據(jù)庫(kù)管理能力等,都是很強(qiáng)的。經(jīng)常設(shè)計(jì)曲面的朋友可以傾向于UG;UG是快成模具行來(lái)的代名詞,越來(lái)越多的模具廠在使用UG做為設(shè)計(jì)軟件,對(duì)于選擇其他軟件作為其模具設(shè)計(jì)不多;UG可以實(shí)現(xiàn)G2連續(xù),可以做到A面的要求也不是問(wèn)題。其實(shí),我覺(jué)得最好要掌握兩種以上的軟件,才可以適應(yīng)不同的工作。而且,工作的內(nèi)容也是選擇軟件的一個(gè)非常重要的理由,所以自己的定位非常重要的。說(shuō)白了,對(duì)你來(lái)說(shuō),用哪個(gè)軟件最順手,最容易掌握,那個(gè)軟件就是最好的。 第三章 3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3D打印機(jī)的參數(shù)打印機(jī)的運(yùn)行尺寸:260260100mm打印的最大范圍:260260100mm標(biāo)準(zhǔn)型材的尺寸:2525mm電機(jī)的轉(zhuǎn)速:3600r/min 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作原理3D打印機(jī)在工作的時(shí)候是中間兩根標(biāo)準(zhǔn)型材是立起的,立起的時(shí)候能提供打印機(jī)在X,Z方向的運(yùn)動(dòng)空間。打印機(jī)總共有4個(gè)電機(jī),一個(gè)電機(jī)用在Z軸方向,一個(gè)用在X軸方向,一個(gè)用在Y軸方向,剩下一個(gè)是傳送材料到噴頭用的。在打印機(jī)上邊裝有一個(gè)電機(jī)連接絲桿,帶動(dòng)噴頭所在的光桿做Z方向運(yùn)動(dòng)。X方向的打印是通過(guò)噴頭左右運(yùn)動(dòng)完成的,電機(jī)帶連接在噴頭的齒形帶,使噴頭運(yùn)動(dòng)。而Y軸方向是底座的電機(jī)帶動(dòng)底板來(lái)回運(yùn)動(dòng)。 3D打印機(jī)的組成標(biāo)準(zhǔn)型材:2525mm,100mm2,260mm4,240mm5步進(jìn)電機(jī):四個(gè)絲桿:三根聯(lián)軸器:三個(gè)齒形帶:兩條光桿:六根六角螺栓+螺母非標(biāo)準(zhǔn)件包括底座,底座梁支架,底座支架,噴頭結(jié)構(gòu),提手,型材之間的連接件等。 框架結(jié)構(gòu)打印機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由大小25x25mm的標(biāo)準(zhǔn)型材構(gòu)成,底座由八根型材組成,這樣的底座穩(wěn)固性非常強(qiáng),能保證打印機(jī)在工作的時(shí)候不會(huì)發(fā)生搖動(dòng)以至于打印精度下降。打印機(jī)的Z軸傳動(dòng)通過(guò)立在中間的絲桿完成,頂上的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿完成噴頭上下運(yùn)動(dòng)。噴頭與光桿銜接左右運(yùn)動(dòng)。底座支架與底座的光桿銜接通過(guò)帶動(dòng)底板做前后運(yùn)動(dòng)。為了是打印機(jī)工作平穩(wěn),底座上下兩根型材分別與立桿用連接部件固定,其中上面的型材與部件固定,拆卸時(shí)需擰下螺釘,而下面的型材則與部件通過(guò)六角螺栓活動(dòng)鏈接。這樣就可以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)在不使用的情況下把立桿放下,便于攜帶。部件的統(tǒng)一厚度為5mm。 底座支架結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)的視圖如下,它的主要作用是連接支撐底板,并帶動(dòng)底板做前后運(yùn)動(dòng)。 底座支架結(jié)構(gòu)圖底座支架在打印機(jī)中起關(guān)鍵作用,它的運(yùn)動(dòng)決定了底板的運(yùn)動(dòng)。上圖中支架的導(dǎo)槽與底座的光桿導(dǎo)套連接,支架中間在于齒形帶固定。電機(jī)工作通過(guò)帶動(dòng)支架在光桿上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。然而底板與支架通過(guò)桿固定連接,實(shí)現(xiàn)了底座支架帶動(dòng)底板的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。底座梁支架的作用就是支撐整個(gè)底板和固定光桿、電機(jī)??紤]到受力,底座梁支架鎖在型材上,左右各有一個(gè)支架固定兩根光桿。一邊的支架中間有固定電機(jī)的地方,而且那塊板相對(duì)來(lái)說(shuō)比較厚,因?yàn)橐惺鼙容^大的力,包括電機(jī)自重,和齒形帶的拉力。 底座支架三維下視圖 X軸方向運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) X軸方向的運(yùn)動(dòng)主要靠聯(lián)軸器帶動(dòng)齒輪連桿運(yùn)動(dòng)完成,噴頭固定在上下兩根光桿上,增加了運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。噴頭的運(yùn)動(dòng)方向是光桿的軸向,為了使噴頭運(yùn)動(dòng)時(shí)不受摩擦力影響,還需在噴頭上套上光桿軸套,保證噴頭能平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。齒形帶傳動(dòng)通過(guò)左邊的電機(jī)帶動(dòng)同步聯(lián)軸器完成。這部分主要介紹X方向噴頭結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。 X軸方向運(yùn)動(dòng)三維圖 Z軸方向運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) Z軸方向運(yùn)動(dòng)三維圖 電機(jī)和聯(lián)軸器的選擇 電機(jī)和聯(lián)軸器的種類繁多,根據(jù)3D打印的的不同參數(shù)要求,選擇合理的電機(jī)和聯(lián)軸器是非常重要的,這樣才能保證3D打印機(jī)的正常運(yùn)行。 電機(jī)的選擇一、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 PMSM定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同的。其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體且n與ns相同(同步)。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可看作一對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。(同性相斥,異性相吸)其中θ為失調(diào)角,也稱功率角;K與定子端電壓和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)(磁密)的乘積成正比。Fy和Fs分別是轉(zhuǎn)子、定子的磁勢(shì)或磁密;p為極對(duì)數(shù)。當(dāng)θ為90度角時(shí),對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩,稱最大同步轉(zhuǎn)矩。對(duì)之前我們算得的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Jt=。 根據(jù)牛頓第二定律:“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J角加速度角”。加速度α影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,α越小,則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng),系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果α變化,則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢,影響加工精度。由于電機(jī)選定后最大輸出T值不變,如果希望α的變化小,則J應(yīng)該盡量小。 傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性,動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大,系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大,響應(yīng)慢,會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降,容易產(chǎn)生諧振,因而限制了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應(yīng)速度,慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利,因此,機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下,應(yīng)盡量減小慣量。 通常負(fù)載的慣量不要大于電機(jī)慣量的5倍,最大不要超過(guò)10倍。 對(duì)于功率對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō),轉(zhuǎn)矩和慣量的關(guān)系正如直線運(yùn)動(dòng)物體的受力和質(zhì)量的關(guān)系。二、打印速度的初步估計(jì) 每打一個(gè),計(jì)劃在Y軸方向移動(dòng)10次,使寬度達(dá)到361mm=對(duì)此,計(jì)算噴頭走完1個(gè)幅面的時(shí)間T,計(jì)劃彩印周期T秒,暫時(shí)忽略10次Y方向移動(dòng)時(shí)間,有: 電機(jī)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)絲桿1轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)10個(gè)導(dǎo)程共4mm,360mm需要電機(jī)轉(zhuǎn)90r,最高轉(zhuǎn)速時(shí),電機(jī)每秒轉(zhuǎn)50r。則10個(gè)來(lái)回大約18秒,x軸方向10次加減速,對(duì)應(yīng)總時(shí)間6s。走完一個(gè)幅面,需要大概24秒,加上其余誤差時(shí)間,30秒就可以完成一個(gè)幅面,T=30s,基本實(shí)現(xiàn)1分鐘打印兩個(gè)幅面的要求[7]。求電機(jī)勻加速需要時(shí)間。電機(jī)300ms,表示靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間,角加速度為: () () ()式中:Ma——電機(jī)啟動(dòng)加速力矩; 13 ,——電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(kgm3);Mf——導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(Nm)μ——摩擦系數(shù),;η——傳遞機(jī)械效率。 ;;;總傳動(dòng)效率為:180。180。180。=h() 導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩: 需要的輸出力矩為: () 出力力矩T=,小于最大出力力矩=,滿足要求。 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較 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。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。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(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào)),但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?,F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 176。、 176。, 176。、176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī),176。;德國(guó)百格拉公司(BERGER LAHR)176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。,兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例,對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言,由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360176。/10000=176。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言,驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360176。/131072=。176。的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān),一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí),一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象,比如在電機(jī)上加阻尼器,或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT),可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍,可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力,在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī),而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制,啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200~400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,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,稱為“步距角”,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的??梢酝ㄟ^(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。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī),它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制電流,用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電,步進(jìn)電機(jī)才能正常工作,驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制器。綜上所述,交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)
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