【導讀】采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)。3D打印技術(shù)主要包括立體光刻造型技術(shù)、熔融沉積。幅的提升，可以說3Ｄ打印為產(chǎn)品成型提供了整體解決方案。層堆積材料的方式，獲得立體的實物。首先，通過掃描儀或電腦制圖軟件獲得需要打。逐點逐線逐面打印直到完成實物的成型?；舅悸肪褪窍葘⑻摂M數(shù)據(jù)離散化處理，然。后將離散數(shù)據(jù)用打印機變成實體。深入，光固化成型機的需求也越來越大。由此，本論文針對激光3D立體光固化成型機。的機械結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，包括：1、X-Y掃描機構(gòu)；2、Z軸升降機構(gòu)；3、刮刀機構(gòu)，并且對其中的部分結(jié)構(gòu)進行了改進。X-Y方向的平面掃描運動和刮刀的水平運動由原。保證掃描精度，運動穩(wěn)定。采用直線步進電機直接連接滾珠絲杠，響應(yīng)更加快速準確，同時因無中間部件，使機械結(jié)構(gòu)簡單化,精度較高。穩(wěn)，進而使其在生產(chǎn)過程中能夠更好的進行生產(chǎn)。Keyword:SLA；Scanningagencies；RapidPrototyping；Transmission；Structuredesign

　　

【正文】 M 為工作臺質(zhì)量（ kg）。 所以， X 向： 2220 0 . 4( ) 1 0 0 . 0 42 2 3 . 1 4G LJ M k g c m? ??? ? ? ? ?????? Y 向： 20 0 . 4( ) 3 0 . 0 1 22 2 3 . 1 4G LJ M k g c m? ??? ? ? ? ?????? 傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 ?J 計算 X 向： 22. 04 0. 04 2. 08SGJ J J k g c m? ? ? ? ? ? ? Y 向： 22 .0 4 0 .0 1 2 2 .0 5 2SGJ J J k g c m? ? ? ? ? ? ? 所需轉(zhuǎn)動力矩計算 步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩可按下式計算： m a x 0afM M M M? ? ? () 式中： M 為空載啟動力矩（ N?cm）； maxaM 為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度，折算到電機軸上的加速力矩（ N?cm）； fM 為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩（ N?cm）； 0M 為由于絲杠預緊，折算到電機軸上的附加摩擦力矩（ N?cm）。 有關(guān) M 的各項力矩值計算如下： 加速力矩 2m a xm a x 2 1060a nM J J t?? ???? ? ? () maxmax 360bpvn ??? () 式中： ?J 為傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量； ? 為電機最大角加速度； maxn 為與運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大 轉(zhuǎn)速； t 為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間， maxv 為運動部件最大快進速度； b? 為初選步進電機的步距角； p? 為脈沖當量。 m a xm a x 4 8 0 0 0 .0 9 1 2 0 0 / m in3 6 0 0 .0 0 1 3 6 0bpvnr?? ?? ? ?? X 向： 22 22m a xm a x 2 2 3 . 1 4 1 2 0 01 0 2 . 0 8 1 0 1 4 5 . 1 46 0 6 0 0 . 0 1 8a nM J m mt? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? Y 向： 22m a xm a x 2 2 3 . 1 4 1 2 0 01 0 2 . 0 5 1 0 1 4 3 . 1 86 0 6 0 0 . 0 1 8a nM J m mt? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? 空載摩擦力矩 02f GfLM i???? () 式中： G 為運動部件的總重量； f? 為導軌摩擦系數(shù)； i 為傳動降速比； ? 為傳動系數(shù)總效率，取 ? ＝ ； 0L 為滾珠絲杠的基本導程。 X 向： 1 0 9 . 8 0 . 0 0 5 0 . 4 0 . 0 42 3 . 1 4 0 . 8 1fM m m? ? ?? ? ? ?? ? ? Y 向： 3 9 . 8 0 . 0 0 5 0 . 4 0 . 0 12 3 . 1 4 0 . 8 1fM m m? ? ?? ? ? ?? ? ? 附加摩擦力矩 ? ?2021012PLM i ????? () 式中： 0P 為滾珠絲杠預緊力， 0P = xF /3； 0? 為滾珠絲杠預緊時的傳動效率，現(xiàn)取 0? ＝ 。 X 向： ? ?20 4 4 . 4 9 0 . 4 1 0 . 9 0 . 5 0 66 3 . 1 4 0 . 8 1M m m?? ? ? ? ? ?? ? ? Y 向： ? ?20 1 3 . 3 4 7 0 . 4 1 0 . 9 0 . 1 5 26 3 . 1 4 0 . 8 1M c m m?? ? ? ? ? ?? ? ? 所以，步進電機所需空載啟動轉(zhuǎn)矩： X 向： m a x 0 1 4 5 .1 4 0 .0 4 0 .5 0 6 1 4 5 .6 8 6afM M M M m m? ? ? ? ? ? ? ? ? Y 向： m a x 0 14 3. 18 0. 01 0. 15 2 14 3. 34 2afM M M M m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 步進電機所需空載啟動所需轉(zhuǎn)矩 M，步進電機啟動力矩 qM 關(guān)系如下： MM ? 所以， X 向： qM = 0 .3 6 4cm N m? ? ? ? Y 向： qM = 0 .3 5 8cm N m? ? ? ? 23 為滿足最小步距角要求，查表知步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjM 與步進電機啟動力矩的關(guān)系為： maxqjMM?? () 查《經(jīng)濟型數(shù)控 機床系統(tǒng)設(shè)計》表 72 P347 得 ? ＝ 。所以， X 向： m ax ? ? ? Y 向： m ax 0. 41 3jMm? ? ? 綜合考慮，查表選擇 57BYG096 型步進電機，如圖 、 所示： 圖 步進電機 圖 步進電機外形尺寸 表 21 電機參數(shù) 電機型號 相數(shù) 步距角 最大靜轉(zhuǎn)距 電壓 相電流 分配方式 57BYG096 2 )(? () DC 24V 3 A 雙相四拍 本章小結(jié) 本章是主要針對 XY 掃描機構(gòu)的設(shè)計，首先要明確設(shè)計任務(wù)，然后確定脈沖當量 24 和傳動比，絲杠及導軌的選型及相應(yīng)的計算，最后通過計算確定 XY 方向的驅(qū)動電機。 25 第 3章 Z方向設(shè)計計算 Z 方向工作臺設(shè)計 Z 軸升降系統(tǒng)完成零件支撐及在 Z 軸方向運動的功能，它帶動托板上下移動。每固化一層，托板要下降 1 個層厚。它是實現(xiàn)零件堆積的主要過程，必須保證其定位精度。定位精度的好壞直接影響成型零件的尺寸精度、 表面光潔度以及層與層之間的粘接性能。采用步進電機驅(qū)動，精密滾珠絲杠傳動及精密導軌導向結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電機采用混合式步進電機，配合細分驅(qū)動電路，與滾珠絲杠直接聯(lián)接實現(xiàn)高分辨率驅(qū)動，省去了中間齒輪級傳動，既減小了尺寸又減小了傳動 誤差。 成形零件時，托板經(jīng)常作 下降、提升運動，為了減少運動時對液面的攪動，并且便于成型后的零件從托板上取下，需將托板加工成篩網(wǎng)狀，網(wǎng)孔大小孔距設(shè)計要合理，既能使零件的基礎(chǔ)與其能牢固粘結(jié)，又要使托板升降運動時最小限度地阻礙液體流動，本設(shè)計中取孔距 5mm，孔徑 3mm。此外，考慮到樹脂有一定的酸性作 用，所以浸泡在樹脂內(nèi)的材料全部選用鋁合金或不銹鋼材料，一方面防腐 。另一方面防止普通鋼和鑄鐵對樹脂的致凝作用。由于在正常工作在狀態(tài)下，吊梁懸臂較長，為避免托板 Z 方向上下運動時造成吊梁扭曲變形，吊梁采用 2mm 不銹鋼板做成中空行管結(jié)構(gòu)的形狀。 設(shè)計任務(wù) 機械結(jié)構(gòu)裝配圖， A0 圖紙一張。要求重要剖面表達完整，向視表達完整，視圖適合標準。 設(shè)計參數(shù) 系統(tǒng)分辨率 31 10mm?? 由靜止到最大快進速度過度時間 Pt 11ms～ 13ms 工作臺行程 300mm 最大快進速度 160 m/s 定位精度 方案的分析、比較、論證 Z 方向掃描進給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計應(yīng)考慮因素 A．工作臺應(yīng)具有沿縱向往復運動、暫停等功能，因此數(shù)控控制 系統(tǒng)采用連續(xù)控 26 制系統(tǒng)。 B．在保證一定加工性能的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，以求降低成本。因此進給伺服統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 C．為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠 絲杠螺母副，并應(yīng)有預緊裝置，以提高傳動剛度和消除間隙。 D． 為減少導軌的摩擦阻力，選用滾動直線導軌。 進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 圖 進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 脈沖當量和傳動比的確定 脈沖當量的確定 脈沖當量 p? 即系統(tǒng)分辨率。本設(shè)計中， p? ＝ 31 10 mm?? 傳動比的確定 當 i ＝ 1 時，可使步進電機直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。因此本設(shè)計中取 i ＝ 1。 確定步進電機步距角 根據(jù)公式 pbLi ??3600? () 其中 i為傳動比， b? 為電機步距角， 0L 為滾珠絲杠導程， p? 為脈沖當量。 微 機 驅(qū) 動 器 功率放大 步進 電機 Z 向 27 因為 i ＝ 1， p? ＝ ，現(xiàn)取 0L ＝ 4mm，可得 b? ＝ 。由 于其步距角很小，所以將采用有細分電路的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。 絲杠的選型及計算 計算絲杠受力 由于工作臺質(zhì)量較小，且只承擔傳動作用，不承受任何切削力，故本設(shè)計中只考慮導軌摩擦力和系統(tǒng)加減速時的慣性力。 移動件及最大成型件重量的計算 根據(jù)摩擦力計算公式： G=mg () 移動部件質(zhì)量 1m =10kg 最大成型件重量 2m =10kg 12()G m m g?? =20=196N 工作臺慣性力的計算 取平均加速時間 t=12ms,由于系統(tǒng)最大移動速度 maxV = 160ms ，經(jīng)計算得，系統(tǒng)加速度 a= 1F =ma =20=28N 滾 珠絲杠螺母副的選型和校核 由于轉(zhuǎn)速較大，滾珠絲杠螺母副初步選型的主要依據(jù)其使用壽命選擇絲杠的基本尺寸并較核其承載能力是否超過額定動載荷。 最大工作載荷的計算 本設(shè)計中，工作臺最大載荷應(yīng)該是導軌摩擦力與加減速慣性力的總和 所以， 1F 1 9 6 2 8 2 2 4F G N? ? ? ? ? 最大動載荷 C 的計算和主要尺寸的初選 滾珠絲杠最大動載荷 C 可用下式計算： FfK Kn h ?? ?C () 式中： F — 滾珠絲杠副的軸向負荷（ N） 28 ?f 影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù)； ??????? wf kfafhftff tf 為溫度系數(shù) 工作溫度小于 125， tf = hf 為硬度系數(shù) 硬度大于 58HRC， hf = af 為精度系數(shù) 精度等級取三級， af = wf 為負荷性質(zhì)系數(shù) 無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)， wf = kf 為可靠性系數(shù) 可靠度 98%， kf = aC 滾珠絲杠副的額 定動負荷（ N） C 滾珠絲杠副的計算動負荷（ N） hL 各類機械所用的滾珠絲杠的推薦壽命 , hL 取 15000h hK 壽命系數(shù) , )500( 31 ?? hh LK nK 轉(zhuǎn)速系數(shù)， )( 31 ?? nK n 經(jīng)計算得： C=8122N 查《機電一體化 系統(tǒng)設(shè)計手冊》 P770, 本設(shè)計選內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副 FFZ3204,其參數(shù)如下： W32m m4m mD3 39C 000C 430 00aoamm?????????m公 稱 直 徑 d基 本 導 程滾 珠 直 徑 ＝ 3 ，絲 杠 螺 旋 升 角 ，額 定 動 載 荷 ＝ 13額 定 靜 載 荷 選取絲杠精度等級為一級。 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 ? 為 )( ???? ?tg tg＝ () 式中： ? 為絲杠螺旋升角， ? 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f ＝ ～ , 其摩擦角約等于 01? 。 所以， )01933( 933)( ????? ??? tg tgtg tg ＝＝ ?? ?? 29 定位精度驗算 滾珠絲杠副的軸向剛度會影響進給系統(tǒng)的定位精度和運動平穩(wěn)性。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機床定位精度的一半。滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形、絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及 螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對縱向變形的影響更小，