【正文】 基本要求 是:將成型料絲送人液化器中,在其中及時(shí)而充分地熔化,由固態(tài)變 為熔融態(tài),然后再進(jìn)一步從更小直徑的噴嘴中以極細(xì)絲狀擠出,按掃描路徑堆積成型。而且送絲速度要與掃描速度相匹配,以保證均勻一 致的材料堆積路徑。成型工藝對(duì)噴頭系統(tǒng)的功能要求可以分解為以下幾點(diǎn):1) 供應(yīng)功能:將料絲從絲筒上拉出,提供成型材料。2) 熔絲功能與料絲送進(jìn)功能:將送進(jìn)的固態(tài)料絲及時(shí)且充分地 熔化成為熔融狀態(tài)并將料絲送人液化器。3) 流道功能:提供熔融態(tài)材料穩(wěn)定流動(dòng)的通道。4) 定徑功能:對(duì)擠出熔融態(tài)物料進(jìn)行定徑,變?yōu)闈M足要求的細(xì)小直徑的絲材進(jìn)行堆積。5) 出絲速度匹配與出絲起停控制功能:出絲速度可控,能根據(jù)掃描速度進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)互相匹配。出絲應(yīng)能根據(jù)路徑掃描要求及時(shí)起停,以保證高質(zhì)量的成型路徑,尤其是在路徑 起停處。 在采用熔絲擠出方式的工藝原理時(shí),就是借助液化器中未熔絲材的活塞作用,將熔融材料擠出噴嘴,出絲推力近似等于送絲驅(qū)動(dòng)力,所以在此特定的工藝原理中,送絲功能和基礎(chǔ)功能是等效的。 噴頭實(shí)現(xiàn)方法設(shè)計(jì)基于所選擇的打印耗材,噴出技術(shù)采用熔融沉積成型技術(shù),根據(jù)片層參數(shù)控制加熱噴頭沿模型斷面層掃描,同時(shí)控制熔融液體的體積 流量,使粘稠液體物料均勻地鋪灑在斷面層上。液化器中使用電熱絲提供熱量使料絲熔融。熔融擠壓快速成型工藝對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格,噴頭出絲溫度和成型室的溫度嚴(yán)格處于一定的溫度范圍之內(nèi),且一旦設(shè)定溫度控制值之后,須保證其溫度保持在平穩(wěn)狀態(tài),不能產(chǎn)生較大 的擾動(dòng),否則成型質(zhì)量將受到影響。這就要求液化器溫度必須保持穩(wěn) 定。因此,我們需要加入上述的溫度控制回路來嚴(yán)格控制液化器的溫度。3 機(jī)械結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)方式的選擇 直線導(dǎo)軌可分為：滾輪直線導(dǎo)軌和滾珠直線導(dǎo)軌兩種，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度較高。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(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)。 1)與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(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。在省電方面很有幫助。 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。 3)微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4)無側(cè)隙、剛性高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))。5)高速進(jìn)給可能滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算滾珠絲杠根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T9893－1999選用長(zhǎng)度L=，公稱直徑D=12mm,公稱導(dǎo)程mmPh40【5】=。對(duì)本系統(tǒng)而言，絲杠傳動(dòng)折算到馬達(dá)軸上的總慣量為：Jt=Z1+1/i2[Z2+JS+JW]()++=其中i為兩齒輪的傳動(dòng)比，此處取i=Z1/Z2=1其他符號(hào)說明如下：Z1——齒輪l及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1=Z2——齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取J2==；Js——絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；Jw為工作臺(tái)折算到絲杠上的動(dòng)慣量；W——工作臺(tái)重量，工作臺(tái)輕，取6kg；S——絲杠螺距，4mm；g——重力加速度，；圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1/8MD2M圓柱體質(zhì)量；D圓柱體直徑；而且選用絲杠的密度（類于鐵）；滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：JS=1/4πD2pl*1/8D2=***7800/32=*105( )Jw=6*(*4π2)=*107( )從而 Jt=3*103 ( )。 可見，Jt很小——主要由兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來決定，從而對(duì)電機(jī)的功率輸出要求不苛刻，在功率不高情況下，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。這是一個(gè)小慣量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)啟動(dòng)，加速，制動(dòng)的性能好，反應(yīng)快，比較理想。 此類電機(jī)最高轉(zhuǎn)速一般是3000r/min上下，取3000為參考研究 按360dpi的分辨率來考慮，,又打印噴頭為雙排的，所以，打印噴頭周期移動(dòng)距離d=*2=，噴墨一次，噴粘劑一次，兩個(gè)噴頭噴出同步；設(shè)定機(jī)械精度：，對(duì)應(yīng)的脈沖當(dāng)量:由i=1，求得絲桿轉(zhuǎn)一圈，噴頭前進(jìn)4mm。則機(jī)械精度對(duì)應(yīng)絲桿轉(zhuǎn)一周，上位機(jī)應(yīng)該發(fā)出的指令脈沖為4mm/=800（個(gè)）則對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速約為3000，上位機(jī)脈沖能力至少800*3000/60=40000r/s；對(duì)應(yīng)6000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，則上位機(jī)脈沖能力80000r/s，電子齒輪比不變.CMX：電子齒輪比的分子是電機(jī)編碼器反饋脈沖。CDV：電子齒輪比的分母是上位機(jī)的給定脈沖（指令脈沖）。電子齒輪比=CMX/CDV=（131072100）/80000=6553600/200000=。 在此計(jì)算電子齒輪比的目的——電子齒輪比把上位機(jī)的給定脈沖要換算成與電機(jī)編碼器反饋脈沖同等意義的信號(hào)，便于控制中心按給定指令要求控制伺服轉(zhuǎn)動(dòng)定位。此外，通過上位機(jī)的脈沖能力的估算，對(duì)比實(shí)現(xiàn)的可能性，得知我們方案的合理性。 噴頭的選擇選用Konica512L型號(hào)，實(shí)現(xiàn)寬度盡可能滿足，分辨率滿足，控制X軸方向運(yùn)動(dòng)，Y軸方向由另一電機(jī)控制，控制方式類似，,精度控制一樣。雙排式排列方式，使得走完一個(gè)幅面的時(shí)間相對(duì)于單排式減半，利于打印速度的提高。4 電機(jī)的選擇 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的對(duì)比控制電機(jī)的比較與選?。弘姍C(jī)控制系統(tǒng)按照運(yùn)動(dòng)過程的需要分為驅(qū)動(dòng)伺服和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)兩大類。伺服有速度控制和位置控制模式。 交流直流伺服電機(jī)對(duì)比 在20世紀(jì)60年代，最早是直流電機(jī)作為主要執(zhí)行部件，在70年代以后，交流伺服電機(jī)的性價(jià)比不斷提高，逐漸取代直流電機(jī)成為伺服系統(tǒng)的主導(dǎo)執(zhí)行電機(jī)?？刂破鞯墓δ苁峭瓿伤欧到y(tǒng)的閉環(huán)控制，包括力矩、速度和位置等。我們通常說的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)包括了控制器的基本功能和功率放大部分。雖然采用功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服系統(tǒng)曾經(jīng)在90年代的所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控領(lǐng)域獲得廣泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。 伺服電機(jī)可以考慮直流和交流兩種【6】：但直流電動(dòng)機(jī)都存在一些固有的缺點(diǎn)，如電刷和換向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高。而交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒有上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10﹪～70﹪，此外，交流電動(dòng)機(jī)的容量可比直流電動(dòng)機(jī)造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。PMSM主要由定子、轉(zhuǎn)子及測(cè)量轉(zhuǎn)子位置的傳感器構(gòu)成。定子和一般的三相感應(yīng)電機(jī)類似，采用三相對(duì)稱繞組結(jié)構(gòu)，它們的軸線在空間彼此相差120度。轉(zhuǎn)子上貼有磁性體，一般有兩對(duì)以上的磁極。位置傳感器一般為光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算PMSM定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同的。其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體且n與ns相同（同步）。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可看作一對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。(同性相斥，異性相吸)其中θ為失調(diào)角，也稱功率角；K與定子端電壓和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)（磁密)的乘積成正比。Fy和Fs分別是轉(zhuǎn)子、定子的磁勢(shì)或磁密；p為極對(duì)數(shù)。當(dāng)θ為90度角時(shí)，對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩，稱最大同步轉(zhuǎn)矩。對(duì)之前我們算得的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Jt=*。根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J角加速度a角”。加速度α影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，α越小，則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果α變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達(dá)選定后最大輸出T值不變，如果希望α的變化小，則J應(yīng)該盡量小。傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，