kossel3d打印機(jī)—機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-22 14:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 臺(tái)打印設(shè)備，故選擇使用電加熱型噴頭，配合熱熔絲使用。打印頭用于將固體打印材料融化并通過噴嘴噴出形成線條，又由線構(gòu)成面。，可以用于打印不同精度的物體。熱熔絲相當(dāng)于傳統(tǒng)打印機(jī)中的墨水或者碳粉。目前最為常見的的熱熔絲材料有兩種，一種是PLA（即生物降解塑料聚乳酸；別稱聚乳酸），另一種是ABS樹脂。ABS樹脂是一種耐用的熱熔材料，可以打磨、上色、粘合，抗沖擊、耐熱，打印擠出溫度在210℃左右。打印時(shí)需要熱床，熱床溫度為110℃，若無熱床則打印件會(huì)出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。ABS是先出現(xiàn)的材料，現(xiàn)在更多的人選用了PAL。PAL是一種生物材料，在一定情況下可以降解。PLA更是一種環(huán)保材料，加熱時(shí)不會(huì)像ABS那樣發(fā)出刺激氣味，它的熔點(diǎn)相對ABS低一些，在180℃的既然頭中可以擠出，但冷卻后非常堅(jiān)硬。PLA打印時(shí)可以不配熱床，如果想提高打印質(zhì)量可用熱床，溫度設(shè)置在60℃，PLA材料的冷卻時(shí)間很長，打印時(shí)需要在噴頭處配合一個(gè)供冷卻用的小風(fēng)扇。，最開始使用的標(biāo)準(zhǔn)為3mm。本設(shè)計(jì)中，目前市場上的PLA材料在68200元/盤不等，一盤一般為1kg，長約400m。傳動(dòng)裝置作為傳遞力和運(yùn)動(dòng)的裝置，他的主要作用是能量分配、運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)換、變速。本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)動(dòng)是滑塊的垂直運(yùn)動(dòng)，考慮到的傳動(dòng)方式主要為兩種，一種是滾珠絲杠螺母傳動(dòng)，另一種是同步輪同步帶傳動(dòng)。（1） 滾珠絲杠螺母傳動(dòng) 滾珠絲杠螺母傳動(dòng)可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或者把直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其機(jī)構(gòu)雖然復(fù)雜、制造成本高，但是其摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高，通常高達(dá)92%98%，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)中運(yùn)用廣泛。（2） 同步輪同步帶傳動(dòng) 同步輪同步帶傳動(dòng)可將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變?yōu)橥綆У闹本€運(yùn)動(dòng)，帶內(nèi)側(cè)為齒狀，同步帶傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對軸的作用力小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、耐磨、耐油、抗老化、可低速運(yùn)轉(zhuǎn)。對比兩種傳動(dòng)方式，同步帶傳動(dòng)成本相對較低，并可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)動(dòng)精度，所以選擇同步帶傳動(dòng)作為此設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式。伺服電機(jī)軸上裝有齒輪，導(dǎo)桿上方也裝有齒輪，將同步帶的兩端固定在滑塊上，并將同步帶套在兩齒輪上。當(dāng)伺服電機(jī)工作時(shí)，電機(jī)上的齒輪旋轉(zhuǎn)同時(shí)帶動(dòng)同步帶運(yùn)動(dòng)，同步帶又帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑塊在導(dǎo)桿上的上下運(yùn)動(dòng)。通過上述分析與綜合，并閱讀參考文獻(xiàn)，得出以下兩種總體方案。第一種為雙導(dǎo)桿滑塊方案，通常采用的是滑動(dòng)軸承，即采用兩根圓柱形導(dǎo)桿來配合一個(gè)滑塊，這種方案的導(dǎo)桿的加工精度低，使得打印精度也低，導(dǎo)桿安裝精度要求高，需要保證兩桿的平行度；但平穩(wěn)性較好，成本低。第二種為單導(dǎo)桿滑塊方案，即采用直線導(dǎo)軌來配合一個(gè)滑塊，導(dǎo)桿采用現(xiàn)成直線導(dǎo)軌配合鋁合金型材構(gòu)成，這種方案的有點(diǎn)：導(dǎo)桿的安裝精度高，零件加工裝配簡單，同時(shí)總體結(jié)構(gòu)簡化；但成本高。兩種方案相比較，第一種方案雖然精度不夠高，第二種方案精度更高一些，并且其結(jié)構(gòu)更為簡單可滿足拆解方便、結(jié)構(gòu)小巧的要求，同時(shí)調(diào)整維護(hù)更為方便，成本較相差不大。故綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)選擇方案二。4 Kossel 3D打印機(jī)機(jī)械系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)（外購件）選型步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或直線位移的一種執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度連續(xù)發(fā)送脈沖轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)輸出量角位移與輸入量電脈沖個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，即控制了脈沖個(gè)數(shù)、頻率和定子通電方式，就可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機(jī)具有如下幾個(gè)特點(diǎn):(1) 快速啟停；（2）精度高；（3）能夠直接接收數(shù)字信號(hào)；（4）不需要位移傳感器就可以較為精確的定位。（5）控制性能好，在啟停、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”。另外步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不容易受到各種干擾因素的影響，比如電源電壓波動(dòng)、電流大小與波形變化、溫度等，只要在這些因素未引起步進(jìn)電機(jī)“丟步”，其就可以正常工作。步進(jìn)電機(jī)的步距角會(huì)存在誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)后悔出現(xiàn)誤差的累積，不過當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，累積誤差會(huì)消失。因而將步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于開環(huán)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)中是很好的，不僅簡化了系統(tǒng)，還能獲得較高的位置精度。步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算：已知：直線平臺(tái)垂直方向上運(yùn)動(dòng)，,重復(fù)定位誤差≦，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為M=260g=。（1） 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算平均速度V=30mm/s=（），；平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)加速度：==178。平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)加速度：=+=178。（2） 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算垂直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌滑塊摩擦力f=0同步帶上需要的拉力：+f== +f==慣性力：== ==(3)選擇同步帶長度C和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)m主動(dòng)輪高度H1=30mm；從動(dòng)輪高度：H2=575mm同步帶周長C=2x（H2H1）=2x（57530）=1090mm核算定位精度：C/（360176。/176。xm）細(xì)分度數(shù)：mC/（）=1090/（）=109mm核算最轉(zhuǎn)速：n=V/C=（1090/1000）=主動(dòng)輪：φ1=10mm從動(dòng)輪：φ2=10mm傳動(dòng)比i=1:1=1電機(jī)最大轉(zhuǎn)速：=1/ixV/C=驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)：mC/（）=1090/（）=109mm（4） 計(jì)算電機(jī)力矩，選擇電機(jī)實(shí)際脈沖當(dāng)量：δ=C/（200xm/i）=1090/（200x109/1）=，即滿足重復(fù)定位精度誤差≦主動(dòng)輪上的力矩：=m =m次設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)主要作為3D打印機(jī)的3個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置以及進(jìn)料裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。市場上常用于kossel結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)的步進(jìn)電機(jī)為42步2相4線步距角18176。的步進(jìn)電機(jī)。市場價(jià)格3550元不等，且購買用步進(jìn)電機(jī)時(shí)還需購買驅(qū)動(dòng)。以下是步進(jìn)電機(jī)的詳細(xì)信息：類型和規(guī)格:驅(qū)動(dòng)方式：恒流斬波驅(qū)動(dòng)；勵(lì)磁方式：2相勵(lì)磁（2相四拍運(yùn)行），可正反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向：按ABBCCDDA順序通電，額定電流（單相）： DC額定電壓:步距角：176。絕緣等級(jí)：B級(jí)絕緣參數(shù):工作條件：環(huán)境溫度：20~50℃ 相對濕度：90%MAx安裝位置：軸水平或垂直安裝試驗(yàn)條件（以上參數(shù)在正常試驗(yàn)大氣條件測定）繞組直流電阻（25℃）：177。10%繞組電感：177。20%定位轉(zhuǎn)矩： REF保持轉(zhuǎn)矩(兩相通額定電流)：≥（I=）最大空載起動(dòng)頻率：≥1300pps最大空載運(yùn)行頻率：≥8000pps溫升：80K步距角精度：176。177。 5%轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電機(jī)重量: 絕緣電阻：電機(jī)定子鐵心與接線端子間冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于100MΩ（用DC500V 兆歐表測量）介電強(qiáng)度：電機(jī)定子鐵心與接線端子間
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