【正文】 力， 即使兩軸的平行度和 水平度較差，也能吸收誤差， 25 從而得到高精度，平滑穩(wěn)定的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。并根據(jù)氣缸所要 實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作特點(diǎn)及要求，電控閥采用雙電控二位五通換向閥，型號(hào)為 QFLJWB— L15。 綜合上面的計(jì)算尺寸及其功能，由氣動(dòng)手冊(cè)查得選用氣缸的型號(hào)為 JB100? 500—G(腳架式 )。 按照《液壓與氣 動(dòng)傳動(dòng)》表 13— 1，由活塞缸的直徑選擇得活塞桿的直徑取 15d mm? 。本活塞的寬度為 10mm。 活塞的外徑即是氣缸的內(nèi)徑，二者的配合精度，一般多采用 8 9Hf 配合，活塞表面粗糙度 aR = m? 。 目前多采用鑄鐵活塞及 O 型或 Y 型密封圈實(shí)現(xiàn)密封。應(yīng)加以重視，直徑 0d 的確定可根據(jù)空氣流經(jīng)排氣口的速度 ??v 來(lái)計(jì)算， 一般取??v =10 25 /ms，因而有以下公式： ? ?0 4qd v?? (314) 經(jīng)計(jì)算， 得 ： 0d =15mm (3) 活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞的功 用是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 又由上知 D=100mm，所以得壁厚 ? =8mm。 2） 氣缸筒的壁厚 ? 氣缸筒的壁厚 ? 可利用薄 壁圓筒的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)確定 ： ? ? CpD ???? 2 (313) 上式中 ： p 為氣缸工作壓力（ aMP ） ； D 為氣缸內(nèi)徑（ mm ）； ??? 為氣缸材料的需用拉應(yīng)力（ aMP ）； ? ? b n?? ? ； b? 為缸體材料的抗拉強(qiáng)度； n 為安全系數(shù)，一般取 6： 8； C 是 未來(lái)考慮到剛度，加工制造，腐蝕等要求所加的余 量。 （ 2） 氣缸缸筒的 設(shè)計(jì) 1） 汽缸筒 的 長(zhǎng)度 l 設(shè)計(jì) 有公式 ： l L H?? (312) 其中 ： L 為氣缸的行程 ； H 為氣缸中活塞的寬度。 氣缸的主要尺寸及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) （ 1） 氣缸直徑的設(shè)計(jì) 由制件的尺寸及要求得所要求的行程為 474L mm? 又有公式 ? ? DL ??? (311) 其中 :L 為氣缸行程 ； 23 D 為氣缸直徑。 鋪粉時(shí)，氣動(dòng)裝置推動(dòng)支持架推粉運(yùn)動(dòng)，而鋪粉輥 在自重的作用下再進(jìn)行壓實(shí)，這樣燒結(jié)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量才會(huì)好。支持架上自帶雙向推板，可以完成推粉的任務(wù)。 本裝置的 鋪粉系統(tǒng)采用氣動(dòng) 驅(qū)動(dòng)鋪粉輥，鋪粉輥通過(guò)支撐架固定在滾動(dòng)導(dǎo)軌副上，通過(guò)導(dǎo)軌副來(lái)回移動(dòng)進(jìn)行鋪粉動(dòng)作。激光燒結(jié)即每層燒結(jié)的厚度取決于步進(jìn)電機(jī)的步距角和滾珠絲杠的導(dǎo)程，其計(jì)算 如下： 0 . 9 4 0 . 0 1 ( )3 6 0 3 6 0ap mm? ??? ? ? (310) 上式中： a 為步進(jìn)電機(jī)步距角 ； p 為滾珠絲杠導(dǎo)程。十字聯(lián)結(jié)的 21 具體結(jié)構(gòu) 如 圖 35所示 ： 圖 35 十字聯(lián)結(jié) 示意圖 活塞和缸筒壁之間有一定的配合間隙，間隙太大則 導(dǎo)致粉末從間隙漏過(guò)，間隙太小則加工成本高，且活塞比較容易被卡住。這樣設(shè)計(jì)主要是為了便于加工，降低成本。 圖 33 送粉缸和成型缸在裝置中的位置簡(jiǎn)圖 送粉缸和成型缸的設(shè)計(jì)形式一樣，不同的是兩者之間的筒徑的尺寸，所以下面以送粉缸進(jìn)行說(shuō)明兩缸的設(shè)計(jì)。以此過(guò)程不斷進(jìn)行燒結(jié)，直至模型燒結(jié)完畢。 送粉缸和成型缸的設(shè)計(jì) 送粉缸機(jī)成型缸裝置如圖 33所示，其中 左右兩缸 是送粉缸筒， 中間 是成型缸筒 ，因?yàn)樗头鄹咨?升的高度和成型缸下降的高度相同，為了鋪滿(mǎn)成型缸，所以設(shè)計(jì)的送粉缸尺寸比成型缸尺寸大。兩者之間的距離可以很容易被調(diào)整，以適應(yīng)特定的應(yīng)用要求。 經(jīng)計(jì)算： 314 0. 11 10caT ??? （ 3） 確定聯(lián)軸器的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩 caT 及以下公式 ? ?caTT? (39) 所以， 選擇聯(lián)軸器型號(hào)為 GTB1。 （ 2） 聯(lián)軸器的校核 由于裝置啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按照軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩 caT 。 取安全系數(shù)為 。每次鋪粉需 10個(gè)脈沖。 所以，按照設(shè)計(jì)要求，將 鋪粉厚度 設(shè) 為 。 則： ? ?2943323 KgmDLDWJ ??????????????????????? ?? (33) 其中 ： L 為長(zhǎng)度， L =252mm； D 為直徑， D =10mm； ? 為不銹鋼密度， ? = 3 10 Kg m? 。 （ 4） 步進(jìn)電機(jī)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（ maxjM）的確定 1) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 對(duì)應(yīng) 于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的物體質(zhì)量。 （ 3） 步進(jìn)電機(jī)步距角的選擇 17 選擇 步進(jìn)電機(jī)的步距角為 176。所以選擇混合型步進(jìn)電機(jī)。 在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)型，其次才是具 體品種的選擇。 這樣本裝置的適用范圍 會(huì)更廣，適用材料 的范圍更寬。 (5) 組裝容易并具互換之特性 直線(xiàn)導(dǎo)軌的安裝只要在銑削或研磨加工的安裝面上，以一定的組裝步 驟，即能重現(xiàn)直線(xiàn)導(dǎo)軌的加工密度，可降低傳統(tǒng)鏟花加工的時(shí)間與成本； 并且其可互換之特性，可以將滑塊任意配裝在同型號(hào)的滑軌上，同時(shí)又保持相同的順暢度 與精密度，機(jī)臺(tái)組裝最容易，維修保養(yǎng)最簡(jiǎn)單 、容易 。 (3) 可承受四方向的高負(fù)荷能力 幾何力學(xué) 結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)，可同時(shí)承受徑向、反徑向與橫方向的負(fù)荷，并保持行走精度，同時(shí)可輕易藉由施于預(yù)壓與滑塊數(shù)量，就可以提高起性能與負(fù)荷能力 。 它有以下 的特點(diǎn)： (1) 定位精度高，重現(xiàn)性佳 直線(xiàn)導(dǎo)軌為 滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，摩擦系數(shù)特別小，尤其靜摩擦力與動(dòng)摩擦力的差距很小，即使在微量進(jìn)給時(shí)也不會(huì)有空轉(zhuǎn)打滑的現(xiàn)象，解析能力與重現(xiàn)性最佳，因此可以實(shí)現(xiàn)μ m 級(jí)的定位精度。因此在 ～ 內(nèi)即可以達(dá)到所要求的工作壓力和速度。 (7) 氣壓傳動(dòng)動(dòng)作速度和反應(yīng)快。 (5) 氣壓傳動(dòng)在一定的超負(fù)載工況下運(yùn)行也能保證系統(tǒng)安全工作，并不易發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。即使氣源停止工作，或氣閥關(guān)閉，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)仍可維持一個(gè) 穩(wěn)定壓力。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境下，仍能可靠地工作。不像液壓傳動(dòng)那樣在每臺(tái)機(jī)器附近要設(shè)置一個(gè)動(dòng)力源，因此使用方便。這是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)成本低的一個(gè)主要因素。 采用氣動(dòng)裝置作為鋪粉裝置的驅(qū)動(dòng)裝置 (1) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的介質(zhì)是空氣， 它取之不盡用之不竭，用后的空氣可以排到大氣中去， 不會(huì)污染環(huán)境。 所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 (運(yùn)動(dòng) )。 (4) 無(wú)側(cè)隙、剛性高 14 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。 (2) 高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對(duì)溫度 和 濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制 ,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。 其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)?；谝陨显?，再結(jié)合本裝置的特點(diǎn)，所以選用步進(jìn)電機(jī)對(duì)鋪粉厚度進(jìn)行控制。為了獲得 更高的制件精度，還必須 不斷地對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的鋪粉裝置部分進(jìn)行優(yōu)化， 在激光參數(shù)的設(shè)置上找出更好的選擇，以及對(duì)掃描路徑 找出更好的控制部分， 這還需要我們做大量的工作。 本章小結(jié) 從以上的分析和研究中可以看出，影響 SLS 制件精度的因素很多，包括 SLS 設(shè)備的性能和精度、 激光特性參數(shù)、預(yù)熱溫度、燒結(jié)掃描路徑的選擇以及燒結(jié)層數(shù)的設(shè)置等等，這些都會(huì)引起制件的 燒結(jié)精度和變形。但當(dāng)切片層厚太薄時(shí) ， 層片之間很容易產(chǎn)生翹曲變形 ， 并且切片層厚越薄 制件的燒結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)。所謂變向掃描，就是在完成一個(gè)層面的添充掃描后，下一層的掃描線(xiàn)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度（一般為90 度 ），這樣可以避免相鄰層面的局部的燒結(jié)缺陷不至于重合，使得工件 的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)合理，力學(xué)性能更優(yōu)。用這種方式時(shí)，當(dāng)遇到孔洞的層面時(shí)，還不可避免的會(huì)用到很多延 時(shí)，這同樣會(huì)出現(xiàn)以上提到的設(shè)置延時(shí)參數(shù)的問(wèn)題，而且在分區(qū)交界處還會(huì)有粘結(jié)不緊 密的問(wèn)題。 圖 22 逐行掃描 圖 23 輪廓環(huán)掃描 因此， 現(xiàn)在大都采用連貫性逐行掃描。輪廓環(huán)掃描在連續(xù)不斷的掃描過(guò)程中掃描線(xiàn)經(jīng)常改變方向，使得收縮引起的內(nèi)應(yīng)力方向分散，減小了翹曲的可能，制件的表面均勻。 逐行掃描又有兩種掃描方法，一種是單向掃描，掃描起始點(diǎn)在同一端，每條掃描線(xiàn)之間有很大的空跳，所以這種掃描方式很少被采用。溫度控制模塊則是把采集的數(shù)據(jù)分析和按一定的控制算法計(jì)算后得出控制量，由 A/D轉(zhuǎn)換板輸出，通過(guò)控制可控硅的觸發(fā)電壓而控制加熱管的輸出功率，最終使加熱能量變化，這種方法效果也很明顯。 （ 2） 基于零件切片的自適應(yīng)控制，即用溫度檢測(cè)模塊與溫度控制兩個(gè)功能模塊組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。從而保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，減少超調(diào)量及振蕩現(xiàn)象。將操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成控制規(guī)則，據(jù)此制造一個(gè)“模糊控制器”，來(lái)代替人對(duì)復(fù)雜的加工過(guò)程進(jìn)行控制。但是，若預(yù)熱溫度太高，又會(huì)導(dǎo)致部分低熔點(diǎn)有機(jī)物的碳化和燒損，反而降低燒結(jié)深度和密度。如果預(yù)熱溫度太低，由于粉層冷卻太快，熔化顆粒之間來(lái)不及充分潤(rùn)濕和互相擴(kuò)散、流動(dòng)，燒結(jié)體內(nèi)留下大量空隙，導(dǎo)致燒結(jié)深度和密度大幅度下降，使成形件質(zhì)量受到很大的影響。 10 加工過(guò)程中溫度場(chǎng)的 影響 在 SLS系統(tǒng)中，預(yù)熱溫度是重要的工藝參數(shù)之一。同樣，振鏡的開(kāi)關(guān)延時(shí)也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的影響，因而只有合適的延時(shí)參數(shù)才會(huì)產(chǎn)生均勻的掃描線(xiàn)，制件的精度才會(huì)高。 表 21 激光功率、掃描速度和掃描間距對(duì)制件精度的影響 試驗(yàn)號(hào) 功率 （ W） 速度 （ mm/s） 間距 （ mm） 原型 （ mm? mm? mm） 測(cè)試件 (mm? mm? mm) 1 5 2021 25? 20? 8 ? ? 2 5 1000 25? 20? 8 ? ? 3 10 2021 25? 20? 10 ? ? 4 10 1000 25? 20? 10 ? ? 5 15 2500 25? 20? 8 ? ? 6 15 1000 25? 20? 8 ? ? 7 30 1000 25? 20? 10 ? ? 8 30 2500 25? 20? 10 ? ? 激光開(kāi)關(guān)延時(shí)是指產(chǎn)生激光的電脈沖 對(duì)指令的時(shí)間延時(shí)，延時(shí)的多少與掃描速度相關(guān)聯(lián)。為獲取良好的樣件質(zhì)量，掃描速度和激光輸出功率應(yīng)進(jìn)行匹配，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化選擇。在一層粉末掃描完成后，可以看見(jiàn)邊界翹曲現(xiàn)象，樣件成型后，輪廓有明顯的翹曲。當(dāng)掃描速度較快，輸出功率較低時(shí)，粉末材料的受熱溫度就會(huì)很低，由于被照射的粉末受熱不夠，粘結(jié)不牢固，制件很容易分裂，尺寸也會(huì)放大；反之，當(dāng)掃描速度較低，輸出功率較高，粉末材料的溫度也就越高，受照射粉末 會(huì) 在掃描方向 上發(fā)生 收縮，從而引起掃描燒結(jié)直線(xiàn) 9 的彎曲變形。 激光振鏡參數(shù)的影響 影響制件精度的激光特性參數(shù)主要有激光功率、掃描速度、掃描間距、激光振鏡的開(kāi)關(guān)延時(shí)等參數(shù)。 如果保護(hù)氛圍不好， 那么易被氧化材料在有氧條件下，會(huì)在激光的燒結(jié)下燃燒起