【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分組成。1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件主要有單臺(tái)工業(yè)PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換卡、數(shù)字量輸入卡和數(shù)字量輸出卡組成。它使用單臺(tái)工業(yè)PC機(jī)完成上層數(shù)據(jù)處理和下層設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能，使用接口板卡作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與其他子執(zhí)行系統(tǒng)的接口。2) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用步進(jìn)式開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以XY步進(jìn)電機(jī)與鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸步進(jìn)電機(jī)和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成XY的平面掃描和Z軸的高度進(jìn)給。Z軸方向采用較小的運(yùn)動(dòng)速度，保證Z軸的精確進(jìn)給，XY軸空運(yùn)行時(shí)使用較高速，噴絲工作時(shí)使用較低速，保證工作時(shí)間的降低和運(yùn)動(dòng)的精度。FDM系統(tǒng)采用的是一種三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡。該卡能實(shí)現(xiàn)精確的XYZ位置控制、精確的旋轉(zhuǎn)控制，主要用于機(jī)器人設(shè)備、裝配設(shè)備，以及其他使用步進(jìn)電機(jī)的地方。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(dòng)電路。它控制送絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，從而將實(shí)體材料和支撐材料分別送入實(shí)體噴頭和支撐噴頭進(jìn)行加熱熔化，并通過(guò)擠壓力將材料從噴頭中擠出。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字量輸出卡和模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡，經(jīng)過(guò)送絲機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)送絲機(jī)構(gòu)的啟停、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。4) 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)是采用獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由三組溫控器、可控硅及熱電耦組成。它實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)工作時(shí)，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)置的范圍內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字量輸出卡來(lái)控制溫控器的啟停。5) 機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)是對(duì)機(jī)床一些必要的開(kāi)關(guān)量，如強(qiáng)電開(kāi)關(guān)量、加熱器開(kāi)關(guān)量、調(diào)試開(kāi)關(guān)量、上門(mén)開(kāi)關(guān)量等，進(jìn)行的控制，以達(dá)到機(jī)床特定的輔助功能。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)帶光電隔離功能的數(shù)字量輸入卡和數(shù)字量輸出卡來(lái)完成他們的控制。 FDM快速成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)FDM快速成型機(jī)主要有擠壓噴頭、工作平臺(tái)、送絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、加熱工作室5個(gè)部分組成，如下圖所示。圖6 FDM快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)圖（字體重標(biāo)）1) 擠壓噴頭現(xiàn)在一般都用雙噴頭獨(dú)立工作，一個(gè)主噴頭用來(lái)噴模型材料制作零件，另一個(gè)副噴頭用來(lái)噴支撐材料制作支撐，兩種材料特性不同，制作完畢后去除支撐相當(dāng)容易。在計(jì)算機(jī)控制下，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,，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。如圖31所示：圖31 浮動(dòng)式內(nèi)循環(huán)示意圖 ⑴ 初算導(dǎo)程(mm)≥/=mm 要符合標(biāo)準(zhǔn)值, 初選=20mm —絲杠副最大移動(dòng)速度，mm/min—絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速，r/min⑵ 當(dāng)量載荷(N)當(dāng)載荷在和之間周期性變化時(shí)，載荷按下式計(jì)算F=（2+） 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。 =+=3000+0=3000N，=0N F=（2+）=（23000+0）=2000N⑶ 當(dāng)量轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速在和之間變化時(shí)，=(+)=(2000+0)=1000 r/min⑷ 額定動(dòng)載荷計(jì)算(N)=(/)/=2000=2000=11100 N==3000=13500 N—精度系數(shù)， =1—可靠性系數(shù)， =1—載荷性系數(shù)， =—預(yù)期工作距離，=1020km —預(yù)加載荷系數(shù)， =最大軸向載荷，=3000N⑸ 估算滾珠絲杠允許最大軸向變形=（1/3～1/4）重復(fù)定位精度== ≤（1/4～1/5）定位精度==取與中較小值為值=⑹ 估算滾珠絲杠底徑(mm)=a===F=3000 Na—支承方式系數(shù)，—導(dǎo)軌靜摩擦力,N—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,并使≥,≥但不宜過(guò)大,以免增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及結(jié)構(gòu)尺寸。取=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60mmb2 絲杠螺紋右端到右軸承的距離b2，取40mmLe 余程 Le=40mmLa 安全行程 La＝（1－2）Ph=20mmLx 機(jī)械最大行程Lx=1020mmLn 螺母長(zhǎng)度Ln=84mm L1 絲杠螺紋長(zhǎng)度L1＝2Le+2La+Lx+Ln=1300mmLu 有效行程Lu＝L1－2Le=1220mmL 左右端軸承之間的距離Lz＝L1+b1+b2=1440mmx軸絲杠最少大于1440mm,y軸最少大于980mm注：bb2按經(jīng)驗(yàn)選取，在滿(mǎn)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)緊力當(dāng)最大軸向工作載荷能確定時(shí), =/3=3000/3=1000N⑼ 行程補(bǔ)償值C（μm）C=△t=21300= =行程+（8～14）=1020+1420=1300mm△t—溫度變化值，2～3C176?！獫L珠絲杠副有效行程，mm⑽ 預(yù)拉伸力(N)=△t=240=—絲杠螺紋底徑，mm⑾ 系統(tǒng)剛度K計(jì)算(N/μm)++=則K=357 N/μm—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)，=165L/a(La)==786 N/μm—軸承剛度， N/μm==2=2=261 N/μmR—軸向接觸剛度，得R=1138a—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)；⒀ 滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算=/=4/=N≥—臨界壓縮載荷，N—安全系數(shù)，絲杠垂直安裝為1/2—支承系數(shù)，—絲杠最大受壓長(zhǎng)度，—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)=f/=40/= r/minf—支承系數(shù)， f=—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度， =800 mm⒂ dn值校驗(yàn)（rmm/min）=402000=80000≤100000 rmm/min—滾珠絲杠副的公稱(chēng)直徑，mm—滾珠絲杠副最大轉(zhuǎn)速,r/min⒃ 額定靜載荷驗(yàn)算（N）=3000=6600 N≤，—滾珠絲杠副基本軸向額定靜載荷，=N—靜態(tài)安全系數(shù)，一般取1～2，有沖擊振動(dòng)時(shí)取2～3—滾珠絲杠副最大軸向載荷，=3000N⒄ 絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算π/4=200/4=≥知絲杠的拉壓強(qiáng)度足夠?！z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：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 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