【正文】 4） 粉末的制備相對來說十分苦難。鑒于此，我國對石蠟粉末材料的研究在不斷的開發(fā)研制中。作者與本方案中就采用新型材料粉末——低熔點(diǎn)高分子蠟復(fù)合材料。華北化工學(xué)院采用化學(xué)合成法，開發(fā)了以氧化聚乙烯蠟為主要成分的復(fù)合精鑄蠟粉——PCP1。使用此材料，燒結(jié)成形件經(jīng)簡單后處理（清粉，涂液），便可達(dá)到精鑄蠟?zāi)５囊?。PCP1性能如下（圖6）圖6 PCP1主要性能指標(biāo)外觀松裝密度平均粒徑吸濕率玻璃化溫度粘流溫度白色45%6580在通過傳統(tǒng)的精鑄工藝，進(jìn)行涂殼，脫蠟，焙燒等，便可得到合格鑄件。PCP1的主要優(yōu)點(diǎn)：1） 燒結(jié)性能好，無須預(yù)熱。2） 成型性能優(yōu)良，成型件變形小。3） 脫模性好，用蒸氣法即可脫除干凈，無需燃燒分解，避免了環(huán)境污染。5 SLS的系統(tǒng)組成激光選區(qū)燒結(jié)快速成型系統(tǒng)一般由主機(jī)，控制系統(tǒng)和冷卻器三部分組成。主機(jī)主要有成型工作缸，廢料回收缸，鋪粉輪筒裝置，送料工作缸，激光器，激光器，振鏡式動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，機(jī)身與機(jī)殼等組成。在缸中完成零件的加工，工作缸每次下降的距離即為層厚。零件加工完后，缸升起，一邊取出制件和為下一次假工作準(zhǔn)備。工作缸為圓型缸，下部有活塞裝置，活塞桿由連接裝置連接絲杠螺母裝置。絲杠有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，絲杠轉(zhuǎn)動，帶動絲杠螺母上下移動，通過連接件從而使活塞作上下運(yùn)動。具體結(jié)構(gòu)如下圖。（圖7） 圖7結(jié)構(gòu)尺寸:底為直徑400mm的圓形，高300mm。：滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，傳動效率高，傳動誤差小，轉(zhuǎn)矩小，靈敏度高，精度保持性好。 絲杠的導(dǎo)程計(jì)算： Pho導(dǎo)程 （mm）Vmax工作臺最大移動速度（mm/min）nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）I 傳動比，從輸出端（馬達(dá)）至輸入端（絲杠）的傳動比。通過對已知條件的比較，初步選定絲杠導(dǎo)程為4mm。絲杠螺母位置簡圖如下：（圖8） 圖8a 圖8b(1) 滾珠絲杠進(jìn)給力的計(jì)算在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時，首先確定其名義直徑，螺距及滾珠直徑等，確定上述參數(shù)一般是放在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，對滾道上的點(diǎn)而言，其應(yīng)力狀態(tài)是交變的接觸力。因此設(shè)計(jì)時必須保證它在一定軸向負(fù)載的作用下，這種名義直徑和螺距的滾珠絲杠回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個負(fù)載成為滾珠絲杠的最大動載荷。作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給力主要包括上下運(yùn)動件及成型原料的重力和運(yùn)動件間摩檫力，其數(shù)值大小模擬機(jī)床絲杠導(dǎo)軌的計(jì)算大小。對于活塞，牽引力可由下式計(jì)算：Fm=KFx+f?(Fz+G)式中 Fx Fz重力 N K顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) f? 運(yùn)動件上摩檫系數(shù) G移動部件重量 N由于此設(shè)計(jì)采用的運(yùn)動件摩擦較小，所以f?=~，取f?=，（2）滾珠絲杠的剛度計(jì)算1 軸向總剛度滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的剛度受到所有與其相連的部件(如：軸承、支承、螺母座等)的影響。（如圖9） 圖9公式：1/Rtot=1/Rs+1/Rnu+1/RaLRtot傳動系統(tǒng)軸向總剛度（N/μm）RaL 支承軸承剛度（N/μm）Rs 絲杠剛度（N/μm）Rnu 螺母剛度 （N/μm）δ= Fa/Rtotδ 軸向彈性變形量 （μm）Fa 軸向負(fù)荷 （N）2 支承剛度支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。RaL=Fa/ δaLRaL支承軸承剛度 （N/μm）Fa 軸向負(fù)荷 （N）δaL 支承軸承彈性變形量（μm）3 螺母剛度 在多數(shù)情況下，絲杠剛度Rs 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于螺母的剛度Rnu，Rnu一般為Rs的3至5倍。有預(yù)加載荷的螺母剛度當(dāng)檢測預(yù)緊載荷Fao等同于額定動載荷Ca的10%及軸向載荷F為額定動載荷Ca的30%時，螺母剛度為系列表中剛度值的80%，若預(yù)緊載荷Fao不同于額定動載荷Ca的10%時，則剛度計(jì)算如下：Rnu 螺母剛度（N/μm）R 系列表中的剛度值（N/μm）Fao 軸向負(fù)荷 （N）Ca 系列表中的基本動載荷 δ 剛度計(jì)算系數(shù) δ= 為墊片式預(yù)警、δ=絲杠剛度絲杠剛度Rs取決于安裝支承的形式。設(shè)計(jì)采用一端固定支承（如圖10） 圖10Rs1 絲杠剛度（N/μm）d0 公稱直徑（mm）Ls1 軸承與螺母的距離（mm）Dw 滾珠直徑（mm）一般來說絲杠在使用時，1000mm長的絲杠在每上升1oC就有12μm的伸長量，因此即使?jié)L珠絲杠的導(dǎo)程經(jīng)過高精度的加工，也會因溫升而產(chǎn)生變形，使定位精度有所誤差，除了選擇正確的潤滑劑及冷卻方式外，還應(yīng)采用以下措施： 機(jī)械高速運(yùn)轉(zhuǎn)升溫，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后使用； 絲杠安裝時施予預(yù)拉載荷； 使用閉環(huán)控制的方式定位。(3) 滾珠絲杠強(qiáng)度的計(jì)算在計(jì)算滾珠絲杠時，首先從工作負(fù)載推算出最大動負(fù)載，計(jì)算時可采用滾珠軸承同樣的方法，從《機(jī)械零件》得： Q—最大動負(fù)載 NF—工作負(fù)載 NL—壽命 （以106位單位）而壽命L可按下式計(jì)算 n—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/minT—使用壽命時間 h 查表得 T=15000h初步計(jì)算導(dǎo)程L0 = vmax—活塞最快快進(jìn)速度 mm/min vmax =3600mm/minnmax—絲杠最大轉(zhuǎn)度 r/min nmax=1500r/min所以 L0=3600/1500= 初取L0=4mm得絲杠的轉(zhuǎn)速 = 900 r/min所以壽命值 考慮到滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中有沖擊振動和滾珠絲杠的硬度對其壽命的影響，最大動負(fù)載的計(jì)算公式為： Q= fw fH F fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 查表取 fw=（輕微沖擊） fH—硬度系數(shù) 查表取 fH= （滾道實(shí)際硬度HRC大于58） Q= =2420 N根據(jù)最大動負(fù)載的值，選取滾珠絲杠的公稱直徑d0=16mm, 選用的滾珠絲杠螺母副的型號為SFU16054型，其額定動載荷為3390N，符合設(shè)計(jì)要求。具體參數(shù)如下表：型號滾珠絲杠尺寸循環(huán)圈數(shù)滾珠直徑螺旋角動負(fù)載中徑大徑導(dǎo)程SFU16054164312?33″3390一般情況下數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)程精度為E級（4）傳動效率的計(jì)算根據(jù)《機(jī)械原理》，絲杠的傳動效率η可按下式計(jì)算： η= λ—絲杠的螺旋升角 Φ—摩擦角滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)f=~，其摩擦角約為10′，即tanΦ=f=~。所以 η==即滾珠絲杠副效率為96%。（4） 穩(wěn)定性的驗(yàn)算由于絲杠的兩端采用的是深溝球軸承和角接觸球軸承，此種情況下，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 絲杠固定支撐件選擇絲杠選擇一端固定，另一端支撐。固定端如下圖（圖11，12） 圖11 圖12a 圖12b圖12b中編號件為：1—軸承座 2—軸承 3—壓蓋 4—間隔環(huán) 5—油封 6—固定螺帽 7—放松小螺栓（附銅墊片）固定端內(nèi)口徑為12mm,外輪廓徑為40mm。適用輕載。支撐端如下：（圖13，14）圖13 圖14a 圖14b圖14b的編號件如下：1—軸承座 2—軸承 3—C型扣環(huán)支撐座內(nèi)徑為12mm,。 步進(jìn)電機(jī)的選擇根據(jù)Z軸精度要求：，絲杠導(dǎo)程選擇：4mm,選擇42BYG永磁感應(yīng)子式步進(jìn)機(jī)具體參數(shù)：絕緣電阻：500V；DC 100MΩ； 絕緣強(qiáng)度：500V；AC 1 Minute溫 升：65K； 環(huán)境溫度：10~+55℃； 絕緣等級：B （外形如圖15）： 圖15a 圖15b矩頻特性：電機(jī)相數(shù)4；；；電阻2?；；；長度33mm；寬度40mm；出軸長8mm；軸徑8mm。 齒輪的選擇此設(shè)計(jì)中，齒輪作用只是平穩(wěn)安全的傳遞運(yùn)動轉(zhuǎn)矩，及改變傳動方向。故而原則上可選低傳動比的任意齒輪配合。下面就舉一例計(jì)算，假設(shè)設(shè)計(jì)一對閉式單級直齒圓柱齒輪，傳動比選小齒輪齒數(shù)=21，=i=取=67，傳動比按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。查表得，取由公式可知：計(jì)算端面重合度，則查表選取可得：；查表得：，選；按齒面硬度均值51HRC，查得；取，設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)；將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得：修正：查表選取第一系標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm。齒輪主要幾何尺寸：校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度：查表得（按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕）按齒面硬度均值51HRC，在MQ和ML線中間查出：選?。海?；將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得：接觸強(qiáng)度滿足要求。廢料回收缸為回收鋪粉是溢出的粉末材料之用?；厥崭椎某叽鐬?00mm400mm400mm,用螺栓螺母配合，固定于機(jī)身上。包括鋪粉滾筒及其驅(qū)動系統(tǒng)，其作用是把粉末材料均勻的鋪平在工作缸上。滾筒由鋼芯和包裹于外部的塑料組成。上部套在圓形導(dǎo)軌之上，由絲杠傳動，實(shí)現(xiàn)X方向的進(jìn)給運(yùn)動。每次工作時，鋪粉筒先運(yùn)動至右限位，而后退回。結(jié)構(gòu)如下圖（圖16）： 圖16提供燒結(jié)所需的粉末材料。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成型缸基本相同，因要保證供料充足，所以體積要比成型缸大，高為400mm。 激光器提供燒結(jié)粉末材料所需的能源。用于固態(tài)粉末燒結(jié)的激光器有以下幾種二氧化碳激光器 Nd:YAG激光器根據(jù)應(yīng)用蠟粉材料，選用二氧化碳激光器列表如下:表3 二氧化碳激光器根據(jù)2000年所產(chǎn)激光器各項(xiàng)性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，其購買成本假設(shè)15千美元/臺；運(yùn)行成本按每月計(jì)算，激光器耗損3千美元/臺/月。 振鏡式動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)振鏡式動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)由XY掃描頭和動態(tài)聚焦模塊組成。X，Y掃描頭上的兩個鏡子在步進(jìn)電動機(jī)的控制下，把激光束反射到工作面預(yù)定的X，Y坐標(biāo)上。動態(tài)聚焦模塊通過步進(jìn)電動機(jī)調(diào)節(jié)Z方向的焦距，使反射到X，Y任意坐標(biāo)點(diǎn)上的激光束始終聚焦在同一平面上。動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)和激光器的控制始終是同步的。具體結(jié)構(gòu)如圖（圖17） 圖17掃描工作臺的X方向運(yùn)動由直徑16mm的絲杠驅(qū)動，而運(yùn)動支撐有兩個圓柱導(dǎo)軌完成，運(yùn)行導(dǎo)軌直徑20mm。驅(qū)動絲杠的