【正文】 壞了零件在Ｚ向上的連續(xù)性，使之在Ｚ向上產(chǎn)生了“臺階”。 3) 層面 信息處理 為控制成形機(jī)對層面的加工軌跡，必須把層面的幾何形狀信息轉(zhuǎn)化成控制成形機(jī)運(yùn)動的數(shù)控代碼。同時(shí)進(jìn)行層與層的粘接。對完成的原型進(jìn)行后處理，如深度固化、去除支撐、修磨、著色等，使之達(dá)到要求。由于快速成形具有上述突出的優(yōu)勢，所以近些年來發(fā)展規(guī)律迅速，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)中的一項(xiàng)支柱技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)并行工程（ Concurrent Engineering，簡稱 CE）的必不可少的手段 [2， 3]。因此，只有在計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)高度發(fā) 展的今天，才有可能產(chǎn)生快速成形技術(shù)。先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)為高速精確的二維掃描提供了必要的基礎(chǔ)，這是精確高效堆積材料的前提。目前快速成形技術(shù)中材料的轉(zhuǎn)移形式是自由添加、去除、添加和去除相結(jié)合等多種形式，構(gòu)成三維物理實(shí)體的每一層片，一般為 維層片，即側(cè)壁為直壁的層片，目前也出現(xiàn)了由三維層片構(gòu)成的實(shí)體工藝 ,相信在不久的將來 ,這種技術(shù)將形成規(guī)模應(yīng)用。 快速成形的歷史和發(fā)展 從歷史上看，很早以前就有“增長”制造原理，例如， 1892 年， 在他的美國專利（＃ 473901）中，曾建議用分層制造法制成地形圖。 1902 年， Carlo Baese 在他的美國專利（＃774549）中，提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，這是現(xiàn)代第一種快速成形技術(shù)—— “立體平板印刷術(shù)” （ StereLithography） 的初始設(shè)想。 50 年代之后，出現(xiàn)了幾百個(gè) 有關(guān)快速成形技術(shù)的專利。 Paul Dimatteo 在他的 1976 年的美國專利（＃ 3932923）中，進(jìn)一步明確提出，先用輪廓跟蹤器將三維物體轉(zhuǎn)換成許多二維輪廓薄片，然后用激光切割使這些薄片成形，再用螺釘、銷釘?shù)葘⒁幌盗斜∑B接成三維物體，這些設(shè)想與現(xiàn)代另一種快速成形技術(shù) ——物體分層制造 （ Laminated Object Manufacturing） 的原理極為相似。 上述早期的專利雖然提出了一些快速成形的基本原理，但還很不完善，更沒有實(shí)現(xiàn)快速成形機(jī)械及其使用原材料的商品化。這首先是 Charles W Hull 在他 1986 年的美國專利（ 4575330）中，提出了一個(gè)用激光照射液態(tài)光敏樹脂，從而分層制造三維體的現(xiàn)代快速成形機(jī)的方案。在此后的 10年內(nèi)，涌現(xiàn)了 10 多種不同形式的快速成形技術(shù)和相應(yīng)的快速成形機(jī)，如薄形材料選擇性切割 （ LOM） 、絲狀材料選擇性熔覆 （ FDM） 和粉末材料選擇性燒結(jié) （ SLS）等，并且在工業(yè)、醫(yī)療及其它領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。不僅如此，還派生出一個(gè)全新 的領(lǐng)域 —— 快速模具制造 （ Rapid Tooling） ,從而使快速成形技術(shù)為現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的支柱技術(shù)。有幾家公司引進(jìn)了國外的 RPM 系統(tǒng)。例如，現(xiàn)已研制出的樣機(jī)或系統(tǒng)有：華中理工大學(xué)基于分層制造方法 （ LOM） HRP 的系統(tǒng)、隆源公司基于選擇性激光燒結(jié) （ SLS） RPS 的系統(tǒng)。 由于各國十分重視快速成形技術(shù)，每年都有一批研究成果問世，十分復(fù)雜的零部件已能用快速成形技術(shù)制造出來，企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)所取得的效益十分明顯。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1. 總體方案 機(jī)械傳動部分的設(shè)計(jì)主要包括電機(jī)的選型和機(jī)械結(jié)構(gòu) XY水平運(yùn)動傳動裝置和 Z軸上下移動升降裝置。實(shí)踐證明，傳動裝置在整臺機(jī)床的質(zhì)量和成本都占很大的比例。因此傳動方案的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。下面將以上幾種傳動方案進(jìn)行比較： 齒輪傳動的承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，壽命長，制造安裝精度要求高，噪聲大，成本較高 。 普通 V 帶傳動的承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖振動，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性好。 鏈傳動屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動。 絲杠螺母副傳動中，滾珠絲杠螺母副中是滾動摩擦，摩擦損失小，傳動效率高，伺服電機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 可達(dá) ；絲杠與螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動剛度；摩擦阻力小，幾乎與速度無關(guān)。 蝸桿傳動是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動機(jī)構(gòu)，由于蝸桿的齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸推出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對有較多， 故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 機(jī)床的整體布局設(shè)計(jì)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求中能成型的最大空間、負(fù)重的載荷以及傳動關(guān)系，位移，速度，加速度，時(shí)間等一系列參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后得到一個(gè)能滿足設(shè)計(jì)要求并且成型機(jī)各個(gè)部件間相對位置關(guān)系協(xié)調(diào)合理的結(jié)果造型。 電機(jī)的選型 步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)性能比較 如下： 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技 術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。隨著全數(shù)字式伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。 一、控制精度不同 ： 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。也有一些高性能的步進(jìn)電 機(jī)步距角更小。；德國百格拉公司（ BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為 176。、 176。、 176。、 176。兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn) 2500 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360176。對于帶 17 位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動器每接收 217=131072 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為 360176。是步距角為 176。 二、低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。 伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 三、矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300～ 600RPM。 四、過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力 。以松下伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器 可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 而且本次 LOM 快速成型機(jī)的設(shè)計(jì)屬于精密車床系列 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3. LOM 型快速成型機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 目前所研制的快速成型系統(tǒng)的系統(tǒng)的原理和工作方法均有很大不同，而且分類的方法亦有多種。其差別主要在于薄片所采用的原材料類型，由原材料構(gòu)成截面輪廓的方式，以及截面層與層之間的連接方式。 LOM 工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。加工時(shí)，用二氧化碳激光器（或刀）在計(jì)算機(jī)控制下切割片材，然后通過熱壓輥熱壓，使當(dāng)前層與下面已成形的工件粘接，從而堆積成型。其中計(jì)算機(jī)用于接受和存儲工件的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。熱粘壓機(jī)構(gòu)將一 層層材料粘合在一起。網(wǎng)格的大小據(jù)被成形件的形狀復(fù)雜程度選定，網(wǎng)格愈小，愈容易剔除廢料，但花費(fèi)的時(shí)間較長，否則反之。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，使一段段的材料逐步送至工作臺的上方，然后粘合、切割，最終形成三維工件。其系統(tǒng) 見圖31所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 31 快速成形機(jī)原理圖 在 LOM 快速成形機(jī)上，截面輪廓被切割和疊合后所成的制品如圖 32 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 32 成型產(chǎn)品 LOM 工藝中的成型材料涉及三個(gè)方面的問題， 即紙、熱熔膠、和涂布工藝。 傳動系統(tǒng)的機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算 激光切割系統(tǒng)是由 2co 激光器、外光路、 切割頭、 X－ Y 工作臺、直流伺服電機(jī)等組成。5088 cm?? 電源尺寸：cm302020 ?? 。配上激光切割速度與切割功率 的自動匹配控制后，光束能恰好切透正在成形的一層材料，而不會損傷已成形的下一層截面輪廓。 X－ Y工作臺由精密滾珠絲杠傳動，用精密直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，重復(fù)定位精度為 m?10 [1]。由于 X 方向的絲杠帶動的部件重量較 Y 向大，故所選用的絲杠型號以 X向?yàn)榛鶞?zhǔn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 39 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 計(jì)算 X 向滾珠絲杠的有關(guān)數(shù)據(jù)： 經(jīng)初步估算，上拖板、 Y向滾珠絲杠及螺母副、直線導(dǎo)軌軸和激光頭及安裝座等的重量約為 kg15 。類比用于坐標(biāo)鏜床工作臺的滾動導(dǎo)軌，數(shù)控機(jī)床等高精度機(jī)床中，這種導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)如下表： 表 導(dǎo)軌材料 摩擦系數(shù) kf 淬火鋼 鑄鐵 為提高 X、 Y 向傳動系統(tǒng)的剛度，絲杠兩端采用固定支承（ FF），每個(gè)軸承座內(nèi)安裝一個(gè) 滾針和一對推力組合軸承（詳見 [6]）。依據(jù)以上的這些設(shè)計(jì)參數(shù)，可得： 1．絲杠載荷 [6]： ① 對于采用三角形或綜合導(dǎo)軌的機(jī)床，滾珠絲杠副的軸向載荷可以近似使用以下公式計(jì)算 ])[(39。?? （導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)）； NmgG ???? （移動部件的重量） 0, 的切削分力為ZX FF 所以， NF a )1 4 70( ?????? ② 導(dǎo)軌摩擦力 NmgF ????? ?? 快速移動載荷為 . N 導(dǎo)軌摩擦力＋絲杠移動部件軸向載荷＝總載荷 NF 1 9