【正文】 降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度（），已成形的層面上又布滿一層液態(tài)樹(shù)脂，刮平器將粘度較大的光敏樹(shù)脂液面刮平，然后再進(jìn)行下一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)，直直整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。自從20世紀(jì)80年代中期SLA光固化成型技術(shù)發(fā)展以來(lái)，到90年代后期，在快速成型的發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了十幾種不同的快速成型技術(shù)。日本緊跟美國(guó)迅速開(kāi)展了光固化快速成型技術(shù)的研究，1988年三菱商社研制出與SLA相似的光照成型系統(tǒng)，稱為紫外激光掃描立體生成法（Short For So1id Object Ultraviolet Laser Plotter，簡(jiǎn)稱SOU）。目前研究SLA方法比較深入的公司有美國(guó)的3DSystem公司，德國(guó)的EOS公司、Famp。其中該技術(shù)的開(kāi)拓者是美國(guó)的3D System公司，其制造系統(tǒng)統(tǒng)稱Stereolithography Apparatus，簡(jiǎn)稱SLA系統(tǒng)，其SLA系列產(chǎn)品獨(dú)占鰲頭并形成壟斷市場(chǎng)。此外，國(guó)外的許多公司，大學(xué)也開(kāi)發(fā)了商業(yè)制造系統(tǒng)并商用化，但并未產(chǎn)生任何的大的商業(yè)沖擊。該產(chǎn)品的涂層系統(tǒng)針對(duì)不同的材料與結(jié)構(gòu)，可調(diào)整回流量，從而有效的改善涂層的質(zhì)量；采用了矢量掃描路徑優(yōu)化方法，省去AOM，降低了成本；采用的YLSF成型工藝大大減小了翹曲等變形誤差，提高了原型制造質(zhì)量。 本次設(shè)計(jì)的主要工作 主要設(shè)計(jì)任務(wù) XY方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； Z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 刮刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 整機(jī)總裝配圖設(shè)計(jì)； 主要技術(shù)參數(shù)成型空間：300300250mm；激光頭最大運(yùn)行速度：80mm/s；激光頭定位精度：；上拖板、激光聚焦系統(tǒng)以及直線導(dǎo)軌軸等的總重量：約15kg；最大成型件重量：約為15kg；固化深度/托盤(pán)的層間下降距離：。 XY向掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) cps250成型機(jī)的XY掃描系統(tǒng) ，為西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的cps250成型機(jī)XY掃描系統(tǒng)，其掃描范圍為250mm250mm，運(yùn)動(dòng)方式采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精密同步帶的方式，當(dāng)行程較短時(shí)，其傳動(dòng)較為平穩(wěn)，傳動(dòng)件質(zhì)量比較小，運(yùn)動(dòng)特性好。而且由于工作環(huán)境影響，同步帶壽命較低，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間工作后同步帶的傳動(dòng)精度下降，不利于產(chǎn)品的推廣使用。故本設(shè)計(jì)對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的傳動(dòng)方式，如此，在工作行程較長(zhǎng)的情況下，其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，不易受工作環(huán)境影響，能夠長(zhǎng)時(shí)間使用，同時(shí)采用閉環(huán)控制，傳動(dòng)精度較高。XY方向掃描進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)考慮以下幾點(diǎn)：工作臺(tái)應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、暫停等功能，因此數(shù)控控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？v向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們各自由各的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、波紋管、絲杠螺母副組成。為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。其結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)掃描頭作XY平面運(yùn)動(dòng)，掃描范圍為300300mm。由于混合式步進(jìn)電機(jī)具有體積小、力矩大、低頻特性好、運(yùn)行噪音小、失電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，X、Y方向都采用了這種電機(jī)。與西安交通大學(xué)推出的cps250成型機(jī)相比，本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式放棄了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠的方式，而改用在實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)下，各方面性能都更有優(yōu)勢(shì)的直線步進(jìn)電機(jī)。可以使整機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度提高。每固化一層，托板要下降1個(gè)層厚。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。2.、考慮到對(duì)激光固化成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度要求較高，應(yīng)保證一定加工性能，因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用反饋控制運(yùn)動(dòng)精度。為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī)，配合細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，與滾珠絲杠直接聯(lián)接實(shí)現(xiàn)高分辨率驅(qū)動(dòng)，省去了中間齒輪級(jí)傳動(dòng)，既減小了尺寸又減小了傳動(dòng)誤差。此外，考慮到樹(shù)脂有一定的酸性作用，所以浸泡在樹(shù)脂內(nèi)的材料全部選用鋁合金或不銹鋼材料，一方面防腐。由于在正常工作在狀態(tài)下，吊梁懸臂較長(zhǎng)，為避免托板Z方向上下運(yùn)動(dòng)時(shí)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。刮平運(yùn)動(dòng)可以使液面盡快流平，提高涂層效率。第二步刮板按設(shè)定次數(shù)作刮平運(yùn)動(dòng)，其作用是把涂敷在零件表面的多余樹(shù)脂刮掉。等待時(shí)間的長(zhǎng)短要根據(jù)樹(shù)脂的流動(dòng)性、零件尺寸的大小而定。 3機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、傳動(dòng)比及步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角的確定脈沖當(dāng)量即系統(tǒng)分辨率。當(dāng)=1時(shí)，可使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。： （）其中：為傳動(dòng)比，為電機(jī)步距角，為滾珠絲杠導(dǎo)程，為脈沖當(dāng)量。 由于其步距角很小，所以將采用有細(xì)分電路的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算： f=mgμ （） X向：工作拖板質(zhì)量 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，= Y向：取激光頭及移動(dòng)部件質(zhì)量為 μ= 工作臺(tái)慣性力的計(jì)算取平均加速時(shí)間t=18ms,由于系統(tǒng)最大移動(dòng)速度，經(jīng)計(jì)算得，系 統(tǒng)加速度。采用了滾珠絲杠，所受的摩擦力也不大，所以扭矩可以不進(jìn)行校核。移動(dòng)件及最大成型件重量的計(jì)算：根據(jù)重力計(jì)算公式： G=mg （）移動(dòng)部件質(zhì)量 最大成型件重量 工作臺(tái)慣性力的計(jì)算 取平均加速時(shí)間t=12ms,由于系統(tǒng)最大移動(dòng)速度=，經(jīng)計(jì)算得，系統(tǒng)加速度a=。最大工作載荷的計(jì)算：本設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)最大載荷應(yīng)該是導(dǎo)軌摩擦力與加減速慣性力的總和。壽命系數(shù)： （）轉(zhuǎn)速系數(shù)： （）經(jīng)計(jì)算得： X向 C=2420N Y向C=484N查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P770，本設(shè)計(jì)選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副FFZ1604,其參數(shù)如下：公稱直徑；基本導(dǎo)程；滾珠直徑；；絲杠螺旋升角；額定動(dòng)載荷；額定靜載荷；。傳動(dòng)效率計(jì)算： （)：為絲杠螺旋升角，為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)＝～，其摩擦角約等于。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機(jī)床定位精度的一半。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對(duì)縱向變形的影響更小，可忽略不計(jì)。絲杠的拉壓變形量滾珠絲杠應(yīng)計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量，其計(jì)算公式為： （） 見(jiàn)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P841。根據(jù)滾珠直徑＝2mm螺紋滾道曲率半徑： （）偏心距： （）螺桿小徑： （）滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積： （）其中，為絲杠公稱直徑，為絲杠底徑。所以，X向： Y向： 絲杠與螺母間的接觸變形量該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。：為滾珠絲杠的工作載荷（N）；為絲杠副的接觸剛度，查表取=580N/。一般不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。：J為絲杠軸最小截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面，（為絲杠底徑，）；為絲杠最大工作長(zhǎng)度（m）；E為材料的拉、壓彈性模量，對(duì)鋼E＝Pa；為絲杠支承方式系數(shù)。 臨界載荷遠(yuǎn)大于絲杠工作載荷（=, =），因此滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。最大工作載荷的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)最大載荷應(yīng)該是導(dǎo)軌摩擦力與加減速慣性力的總和所以： 最大動(dòng)載荷C的計(jì)算和主要尺寸的初選滾珠絲杠最大動(dòng)載荷C可用下式計(jì)算： 式中：F滾珠絲杠副的軸向負(fù)荷（N）；影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù)。壽命系數(shù)： 轉(zhuǎn)速系數(shù)： 經(jīng)計(jì)算得： C=12182N 查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P770, 本設(shè)計(jì)選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副FFZ3204,其參數(shù)如下： 公稱直徑；基本導(dǎo)程；滾珠直徑；；絲杠螺旋升角；額定動(dòng)載荷；額定靜載荷；。傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： 式中：為絲杠螺旋升角，為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)＝～，其摩擦角約等于。根據(jù)滾珠直徑＝3 mm螺紋滾道曲率半徑： 偏心距： 螺紋小徑： 滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積： 取絲杠長(zhǎng)度L＝330mm。壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。本設(shè)計(jì)中，絲杠為長(zhǎng)絲杠，故支承方式選用一端軸向固定一端游動(dòng)，即＝2；為安全系數(shù)，取=1/3。 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 初選導(dǎo)軌的型號(hào)導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，根據(jù)縱向最大動(dòng)載荷C=2420N，橫向最大動(dòng)載荷C＝，通過(guò)查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P893，初選3條導(dǎo)軌的型號(hào)都為GTB16。：——滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km）；——為額定載荷（N），從《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)》＝8820N；——為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)時(shí)，＝1；——為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)＝；——為載荷/速度系數(shù)，無(wú)外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合時(shí)，＝；——為每個(gè)滑塊的工作載荷（N）； X向： Y向： X向： Y向： L均大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的滾動(dòng)導(dǎo)軌副可采用。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱之為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它又分為兩相和五相：。步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，且不累積。 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。但是步進(jìn)電機(jī)不適合使用在長(zhǎng)時(shí)間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時(shí)通常都是短距離頻繁動(dòng)作較佳