【文章內(nèi)容簡介】 做以下分析。小車在前進時各階段所受的力分別如下：a 加速階段在小車剛啟動的時候，受到自身重力G、粉料的阻力F導(dǎo)軌的阻力F電機的推力F小車慣性力F，支持力F4。v設(shè)小車前進的方向為正方向。則在加速階段，小車的受力如下圖3：F4GF3F2 FF1圖3 加速階段小車受力分析b 勻速階段在小車勻速運動的時候，小車受到自身重力G、粉料的阻力F導(dǎo)軌的阻力F電機的推力F3，支持力F4。在此階段，小車處于勻速平衡狀態(tài)，不受慣性力。其受力情況如下圖4所示：v 圖4 勻速階段小車受力分析F3F2F1F4G c 減速階段小車減速的時候，受到自身的重力G、粉料的阻力F導(dǎo)軌的阻力F小車的慣性力F，電機的推力F3。 此時的慣性力與小車的運動方向相同。受力如下圖5：vGF3 FF1 F2F4圖5 小車減速階段的受力分析現(xiàn)在的加工中，在鋪粉的過程中，鋪第一層時厚度較大，在機床的設(shè)計過程中，為了保證機床的可靠性，取小車鋪粉的最大厚度為5cm。粉料的密度為ρ=，小車與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為μ2=，每次最多推動的粉料的體積為：所以每次最多推動的粉料的質(zhì)量為所以小車每次鋪粉推動的粉料的重量為：設(shè)鋪粉小車質(zhì)量為： 則小車受導(dǎo)軌的阻力為： 對以上的三種情況進行分析可得，小車在初始階段即加速階段，需要的推力最大。最大的推力為：小車需要的最大推力為F3=。則小車運動的所需的功率P0，根據(jù)得，小車運動所需的功率為：ηa為 傳動裝置的總效率。其中η1，η2分別是減速器，和同步帶傳動的效率。η1=η2=所以同步帶輪的輸入功率為： 同步帶輪的設(shè)計同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點。同步帶通常是以鋼絲繩或玻璃纖維繩等為抗拉層，氯丁橡膠或聚氨酯橡膠為基體、工作面上帶齒的環(huán)狀帶。工作時帶的凸齒與帶輪外緣上的齒槽進行嚙合傳動。由于抗拉層承載后變形小，能保持同步帶的周節(jié)不變，故帶與帶輪間沒有相對滑動，從而保證了準確的傳動比。 同步帶傳動的優(yōu)點：a)無滑動，能保證固定的傳動比；b)預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受載荷?。籧)帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高；d)帶的柔性好，故選用帶輪的直徑可以較小。其主要缺點是安裝時中心距要求嚴格，且價格要求較高。小車的速度和同步齒形帶的速度是一致的所以同步齒形帶輪的線速度為:帶速v = /s 初選小帶輪齒數(shù)為z1=14,模數(shù)m=4所以小帶輪直徑d1=mz1=218=56mm根據(jù)公式v=πd1n1/601000得小帶輪的轉(zhuǎn)速n1=因為傳動比為1所以大帶輪的齒數(shù)和直徑分別為:z2=14 d2=56mm大帶輪的轉(zhuǎn)速n2=Pd=KaP==(Ka工況系數(shù))取軸向間距a0=1450mm帶長L0=2a0+π(d1+d2)/2+(d2d1)2/4a0=由L0與m=4可取Zb=290，Lp=，根據(jù)需要將他的寬度切為28mm。即帶寬bs=28mm電機的輸出轉(zhuǎn)距為Td=9550Pd/n1=9550 缸體部分設(shè)計缸體部分的傳動是電機經(jīng)過一個蝸輪蝸桿減速器后，由絲杠帶動缸體做上下直線移動,這部分的主要特點就是蝸輪與絲杠的螺母相連,從而帶動滾珠絲杠的螺母轉(zhuǎn)動,而絲杠只是上下移動,不轉(zhuǎn)動。 缸體的設(shè)計缸體的設(shè)計首先要對缸體進行手力分析。考慮最不理想的情況，也即缸體受力最大的情況，當(dāng)缸體裝滿粉料，從下端上升到頂端的過程，缸體的底板受到的力最大。缸體的底板受到的力為粉料的重力G，粉料與缸體壁的摩擦力F，受力圖如下圖6示：F1F2GFm圖6 絲杠受力分析托板在上升的過程中，經(jīng)過加速，勻速，減速三個階段。與小車的受力分析相似，在加速階段受到的力最大，需要電機的推力最大。其中G為粉的重力與缸底板的重力之和，F(xiàn)1為粉料與缸體壁的摩擦力，F(xiàn)2為慣性力，F(xiàn)為電機推力。整缸粉的體積為整缸粉的重力為缸體底板的重量為G2=100N則有G=G1+G2=590N取粉與缸體壁的摩擦力1缸體的慣性力，由于加速度不大，所以慣性力較小。則缸體所需要的最大推力為： 電機的選擇國內(nèi)的標(biāo)準型號有:70BYG,90BYG,130BYG等由于缸體的上升速度不宜過快，以免影響加工質(zhì)量，可取上升速度v=。由上升過程所用的功率應(yīng)等于絲杠所提供的功率，則上升所消耗的功率為P=FmV升=FV。其中F為絲杠的圓周力，V為圓周線速度，F(xiàn)m為向上推力，V升為上升速度。有后面可知所選的絲杠的直徑d=32mm，且其線速度v=，F(xiàn)m=1572N,V升=。則代入上式有：可得F=則其轉(zhuǎn)矩為：T=Fd==有余載計算中沒考慮到其效率損失，根據(jù)轉(zhuǎn)矩可選取70BYG2501,。電機型號數(shù)據(jù)見下表1所示：表1 90BYG250A系列步進電機技術(shù)參數(shù)參數(shù)型號70BYG2501相電流（A）步距角（o）空載啟動頻率KHz空載運行頻率KHz電機重量Kg31200 滾珠絲杠副的計算(1) 滾珠絲桿簡介近年來，越來越多的滾珠絲桿被用在各式各樣的機床上。來滿足設(shè)備高精度與高性能的需求，滾珠絲桿已成為使用最廣的傳動元件之一。在CNC的機械中，使用滾珠絲桿能增加其定位精度及延長其使用壽命。在傳統(tǒng)機械上，滾珠絲桿也逐漸取代愛克姆絲桿。滾珠絲桿通常搭配預(yù)壓力來消除機器運轉(zhuǎn)時的背隙。引起滾珠絲桿間隙過大的原因：1) 無預(yù)壓或預(yù)壓不足無預(yù)壓的滾珠絲桿垂直放置時。螺帽會因本身的重量而造成轉(zhuǎn)動下滑，無預(yù)壓的絲桿會有相當(dāng)?shù)谋诚?，因此只能用于較小操作阻力的機器，但主要的依據(jù)是其定位精度沒有太多的要求。絲杠在不同的應(yīng)用場所給出正確的預(yù)壓量，并在出廠前調(diào)整好預(yù)壓，因此當(dāng)您定購滾珠絲桿前請詳述設(shè)備的操作情況。2) 扭轉(zhuǎn)位移太大絲桿的細長比越小，剛性越高，細長比的界限一般在60以下。如果細長比太大，絲桿會因自重原因產(chǎn)生下垂，如果滾珠絲桿只以側(cè)支撐。此種設(shè)計剛性較弱，應(yīng)盡可能避免。 3) 軸承選用不當(dāng)通常滾珠絲桿必須搭配斜角軸承。尤其是以高爪力角設(shè)計的軸承為較佳的選擇，當(dāng)滾珠絲桿承受軸向負載時。一般的深溝滾軸軸承會產(chǎn)生一定量的軸向間隙，因此深溝滾珠軸承不適用于此。4) 軸承安裝不當(dāng)軸承的承靠面與鎖定螺帽V形牙軸心的垂直度不佳，或兩對應(yīng)方向的鎖定螺帽面平行度不佳，會導(dǎo)致軸承的傾斜。因此螺帽肩部的鎖定螺帽V形牙與軸承的承靠面必須同時加工，才能確保垂直度，如果以研磨方式加工更好。5) 螺帽座或軸承座剛性不足如果螺帽座或軸承剛性不足，由于元件本身的重力就會引起絲桿變形，因此在設(shè)計螺帽和軸承座時要使其剛度足夠，保證絲桿的間隙不會過大。7）支撐座的表面平面度超差不論結(jié)合元件的表面是研磨或鏟花，只要其平面度超出公差范圍，床臺運動時位置的重現(xiàn)性精度將較差，因此一部機器中，通常在支撐座與機器本體間以薄墊片來達到調(diào)整的目的。為了調(diào)整間隙，滾珠絲杠的使用要預(yù)緊。軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊常采用雙螺母預(yù)緊的方法，其結(jié)構(gòu)型式有墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。在這次的設(shè)計中采用墊片調(diào)隙式。(2) 滾珠絲杠的設(shè)計計算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準化。因此只需選擇合適的型號即可。滾珠絲杠的負荷包括粉料的重力及摩擦引起的阻力。1)經(jīng)查表和前述計算可以的出如下參數(shù)：查表得，使用壽命 T=15000h,初選絲杠螺距 t=4mm,且已經(jīng)知道缸體下降的最大的下降速度是Vmax= 所以絲杠轉(zhuǎn)速 取絲杠轉(zhuǎn)速n=12r/min所以2) 額定動載荷 設(shè)計其精度為3級，可靠性為90%則由其中可查出精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，荷性質(zhì)系數(shù)fw=，且已知F=1572N,Lh=15000,n=12r/min。上述數(shù)據(jù)代入公式后，可得 查表（機械設(shè)計手冊），取滾珠絲杠的直徑d0=32,選用滾珠絲杠螺母副型號為32063,其額定負荷為6766N,足夠用。3) 傳動效率計算將公稱直徑d0=32mm導(dǎo)程Ph=4mm，代入 式中,γ絲杠螺紋升角,φ摩擦角 φ=10＇4) 剛度檢驗 滾珠絲杠受工作負荷P引起的導(dǎo)程L0的變化量其中FN=1574，L=，所以絲杠因受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略所以導(dǎo)程總誤差 查表知6級精度的絲杠允許誤差13μm,（中國機械設(shè)計手冊卷4）故剛度足夠。所選絲杠符合要求。 蝸輪蝸桿的計算由公式：，其中脈沖當(dāng)量,，導(dǎo)程為4mm 所以有 在傳動過程中蝸桿為主動，傳動比為i=20?？紤]到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度220300HBS。蝸輪用鑄造錫青銅。單頭蝸桿傳動的傳動比大，但傳遞的效率較低，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)太多，又給加工帶來困難，在這里取蝸桿的頭數(shù)，分度圓直徑d1=，蝸桿的軸面模數(shù)m=。蝸桿導(dǎo)程角γ由式計算得γ=176。蝸桿軸向齒形角則蝸輪的齒數(shù)為： 蝸輪的分度圓直徑為根據(jù)實際需要，中心距，取為了配湊中心距，采用變位蝸桿傳動。由式 計算得蝸輪變位系數(shù)為 4 電氣部分設(shè)計 本設(shè)計的控制系統(tǒng)總體設(shè)計成型機的控制系統(tǒng)是一個以計算機為核心，控制激光在粉末表面選區(qū)燒結(jié)，由機械電氣實現(xiàn)燒結(jié)區(qū)逐層疊加的一個系統(tǒng)。它由工控機、激光系統(tǒng)、運動部件、輔助部件等組成。工控機除具備普通計算機的功能外，還具有抗電磁干擾、抗塵、抗震、長時間工作可靠等特點，它擔(dān)負著控制激光器將計算機圖形文件轉(zhuǎn)為粉末表面的掃描圖形、控制各運動部件等工作。，安裝于成型室上部，功率控制信號是由計算機內(nèi)部的掃描器控制卡提供。掃描器（或稱為振鏡）是將固定的激光束轉(zhuǎn)為動態(tài)掃描線的裝置，其原理是由兩面振鏡沿其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動使入射激光發(fā)生組合偏轉(zhuǎn)，它位于成型室上部，正對成型缸。每個振鏡的轉(zhuǎn)動位置也是由計算機通過其內(nèi)部的掃描器控制卡控制振鏡伺服電機而實現(xiàn)的。將激光焦點匯聚于成型面是采用前聚焦方式，為解決球差，采用了動態(tài)聚焦，具體光程是：激光器→合束鏡→第一反射鏡→第二反射鏡→動態(tài)聚焦系統(tǒng)（擴束聚焦系統(tǒng)）→振鏡→窗口鏡→成型面。 鋪粉裝置含有四臺步進電機，計算機通過其內(nèi)部的專用控制卡對各步進電機驅(qū)動器進行控制，其中兩臺用于料缸和成型缸活塞的上下運動，第三臺用于帶動鋪粉小車水平運動，第四臺用于鋪粉小車的鋪粉輥轉(zhuǎn)動。電機驅(qū)動器配有專用電源，為檢測、限制各部件的運動，系統(tǒng)對前三臺電機控制的運動部件各安裝了兩個檢測開關(guān)。 為保證燒結(jié)條件，通過計算機可設(shè)定激光功率和原料加熱溫度。系統(tǒng)中還包括照明、通風(fēng)、激光指示光等輔助裝置。各部件的供電控制是由計算機AFS界面內(nèi)的控制按鈕控制的。其中，激光器鍵必須在冷卻器和掃描器同時被打開時才能有效。設(shè)備剛啟動時工作狀態(tài)燈全亮表示處于預(yù)工作狀態(tài)。當(dāng)激光器、冷卻器、掃描器、電機、通風(fēng)五鍵均打開，工作狀態(tài)燈為綠，表示處于正常工作狀態(tài)，加工完畢設(shè)備自動關(guān)機，綠燈閃亮，紅燈滅表示加工完成，當(dāng)加熱裝置因意外失控而超溫時，系統(tǒng)會自動切斷總電源。 零件加工完畢，設(shè)備除工控機外可實現(xiàn)自動關(guān)機。 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，可按下鍵盤板上方的紅色蘑菇頭應(yīng)急按鈕，系統(tǒng)將全部斷電。 步進電機的簡介步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。上個世紀就出現(xiàn)了步進電動機，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反應(yīng)式步進電機沒有什么大的區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在上個世紀初，造船工藝發(fā)展很快，同時也使得步進電機的技術(shù)得到了長足的進步。到了八十年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電機的控制方式更加靈活多樣。原來的步進電機消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。計算機則通過軟件來控制步進電機，更好的挖掘出電機的潛力。因此，用計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。步進電機和普通電機的不同之處是步進電機受脈沖信號的控制而改變起停、運動快慢等。步進電機通過環(huán)形分配器和功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源，在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進式的轉(zhuǎn)動，電機的轉(zhuǎn)動與否由脈沖的接通與否相關(guān)，電機轉(zhuǎn)動的快慢與脈沖頻率的高低相對應(yīng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的改變由脈沖方向的改變來實現(xiàn)。當(dāng)然，步進電機的旋轉(zhuǎn)同時還與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機、電磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進電機的應(yīng)用十分的廣泛。感應(yīng)子式步進電機與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化