快速成型機(jī)的設(shè)計(jì)說明書

1、1 緒論 11 . 1選擇性激光燒結(jié)概述11.1.1 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展 11.1.2 選擇性激光燒結(jié)的工藝原理 21.1.3 選擇性激光燒結(jié)的工藝特點(diǎn) 21.2 SLS 快速成型技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 31.2.1 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)具的特點(diǎn) 31.2.2 選擇性激光燒結(jié)的主要應(yīng)用 31.3 國外現(xiàn)狀快速成型技術(shù)的現(xiàn)狀 31.3.1 國的發(fā)展現(xiàn)狀 31.3.2 國外RP技術(shù)的最新發(fā)展 41.4 快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢 52 方案選擇 62.1 設(shè)計(jì)的目的和要求 62.1.1 設(shè)計(jì)的目的 62.1.2 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的容和要求 72.1.3 對本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求 72.2 機(jī)械部分設(shè)

2、計(jì) 82.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 82.2.2 整體布局示意圖 92.3 電氣部分設(shè)計(jì) 93 設(shè)計(jì)計(jì)算 113.1 鋪粉的設(shè)計(jì) 113.1.1 小車速度的確定 113.1.2 小車鋪粉過程的受力分析 123.1.3 同步帶輪的設(shè)計(jì) 143.2 缸體部分設(shè)計(jì) 153.2.1 缸體的設(shè)計(jì) 153.2.2 滾珠絲杠副的計(jì)算 183.2.3 蝸輪蝸桿的計(jì)算 204電氣部分設(shè)計(jì) 224.1 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 224.2 步進(jìn)電機(jī)簡介 234.2.1 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 244.2.2 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 244.2.3 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 244.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成理論簡介 2

3、54.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 274.3.1 工控機(jī)的簡介 274.3.2 工控機(jī)的設(shè)計(jì) 294.3.3 工控機(jī)的選擇 304.4 固態(tài)繼電器 314.5 溫度控制卡 324.6 檢測原件的選擇 324.6.1 傳感器的選擇 324.6.2 光電傳感器的選擇 344.6.3 行程開關(guān)34結(jié)束語 36致謝 37參考文獻(xiàn) 381 緒論1.1選擇性激光燒結(jié)概述選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展1986年美國Texas大學(xué)的研究生Deckard提出了選擇性激光燒結(jié)成型（Selective Laser Sintering ，SLS的思想，并于1989獲得了第一個(gè)SLS技術(shù)專利。這是一種用紅 外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料

4、成型的快速成型技術(shù)（Rap id Prototypi ng ，RP。同其它快速成型技術(shù)一樣，SLS技術(shù)采用離散/堆積成形的原理，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制 造，將固體粉末材料直接成型為三維實(shí)體零件，不受成型零件形狀復(fù)雜程度的限制，不 需任何工裝模具2，3。1992年美國DTh公司推出Sinterstation2000 系列商品化SLS成型機(jī)，隨后分別于1996年、1998年推出了經(jīng)過改進(jìn)的 SLS成機(jī)Sinterstation 2500和Sin terstatio n2500plus，同時(shí)開發(fā)出多種燒結(jié)材料，可直接制造蠟?zāi)＜八芰稀⑻沾珊徒饘倭慵TM司擁有多項(xiàng)SLS技術(shù)專利，無論是在成型設(shè)備還

5、是在成型材料方面均處 于領(lǐng)先地位，該公司于2001年被3D公司收購，因此3D公司擁有了最先進(jìn)的SLS技術(shù)。SLS 技術(shù)在新產(chǎn)品的研制開發(fā)、模具制造、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)等方面均顯示出廣闊的應(yīng)用前 景，現(xiàn)已成為技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。世界上另一個(gè)在SLS技術(shù)方面占有重要地位的是德國的E0公司。E0公司成立于1989年, 1994年E0公司先后推 出了三個(gè)系列的SLS成型機(jī)，其中EOSINT用于燒結(jié)熱塑性塑料粉末，制造塑料功能件及 熔模鑄造和真空鑄造的原型；EOSINT用于金屬粉末的直接燒結(jié)，制造金屬模具和金屬 零件；EOSINT用于直接燒結(jié)樹脂砂，制造復(fù)雜的鑄造砂型和砂芯。EO公司

6、對這些成型設(shè)備的硬件和軟件進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和升級(jí)，使得設(shè)備的成型速度更快、成型精度更高、 操作更方便，并能制造尺寸更大的燒結(jié)件。國從1994年開始研究SLS技術(shù)，弓I進(jìn)了多臺(tái)國外SLS成型機(jī)。北京隆源公司于1995年初研制成功第一臺(tái)AFS激光快速成型機(jī)，隨后華 中科技大學(xué)也研制出了 HRP系列的SLS成型機(jī)，這兩家單位的SLS成型設(shè)備均已產(chǎn)業(yè)化。 國研究SLS技術(shù)的還有航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和中北大學(xué)等單位，其中中北大學(xué) 研制成功變長線掃描SLSS備。此外，目前國還有多家企業(yè)和高等院校在進(jìn)行 SLS技術(shù)的 研究及應(yīng)用工作。文獻(xiàn)11列出了國外生產(chǎn)激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備的主要制造商及其燒結(jié)設(shè)備型號(hào)與

7、主要性能參數(shù)。可以看出，按燒結(jié)用材料的特性，SLS技術(shù)的發(fā)展可分為兩個(gè)階段：1) 用SLS技術(shù)燒結(jié)低熔點(diǎn)的粉料來制造原型。目前的燒結(jié)設(shè)備和工藝大多處于這一 階段，所用的材料是塑料、尼龍、覆膜金屬粉、覆膜陶瓷粉及覆膜樹脂砂。2) 用SLS技術(shù)直接燒結(jié)金屬等高熔點(diǎn)的粉料來制造零件。此方面，國外設(shè)備、工藝、 材料均不成熟，仍處于研究的初級(jí)階段。選擇性激光燒結(jié)的工藝原理SLS工藝原理可參考文獻(xiàn)20,21，首先由CA產(chǎn)生制件的三維模型，用分層切片軟 件對其進(jìn)行切片處理，獲得各截面形狀的信息參數(shù)，作為激光束進(jìn)行二維掃描的軌跡。 其次，將SLS成型機(jī)粉床上的粉末材料預(yù)熱至材料熔融溫度以下 2C3C，然后根據(jù)

8、制 件幾何形體各層截面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)的控制下，激光以一定的掃描速度和能量密 度有選擇地對材料粉末分層掃描，使粉末材料粘結(jié)化。一層燒結(jié)完成后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作 臺(tái)，使粉末固化層下降一個(gè)層厚高度，用鋪粉輥將新粉末材料均勻地鋪放在前一固化層 上，再進(jìn)行下一層掃描燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起，如此層層疊加，最 終生成所需要的三維實(shí)體制件。選擇性激光燒結(jié)的工藝特點(diǎn)SLS成型技術(shù)開辟了不用刀具、模具等迅速制作零件的途徑，并為用傳統(tǒng)方法不能 或難于制造的零件或模型提供了一種嶄新的制造手段，slS技術(shù)的特點(diǎn)如下。(1) 成型過程與零件復(fù)雜程度無關(guān)，是真正的自由制造，傳統(tǒng)方法無法比擬。(2) 技術(shù)的

9、高度集成，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)與材料技術(shù)的綜合集 成。可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造。(3) 生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無關(guān)，從零件CA到CA完成只 需幾小時(shí)到幾十小時(shí)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和小批量零件的快速生產(chǎn)。(4) 材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。特別 是可以制造金屬零件，這使SLS工藝頗具吸引力。(5) 應(yīng)用面廣，由于成型材料的多樣化，使得 SLS適合于多種應(yīng)用領(lǐng)域，如原型設(shè)計(jì) 驗(yàn)證、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等。(6) 高精度，依賴于使用的材料種類和粒徑、產(chǎn)品的幾何形狀和復(fù)雜程度，該工藝 一般能夠達(dá)到工件整體圍±(

10、 0.052.5 ) mr的公差。當(dāng)粉末粒徑為0.1mm以下時(shí)，成型后的原型精度可達(dá)土 1%2。1.2 SLS快速成型技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）其工藝材料選擇廣泛，如尼龍、塑料、金屬、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物 均可作為加工材料。SLS可根據(jù)不同的用途選擇不同的材料，如用覆膜砂燒結(jié)精密鑄造 用砂型（或芯），用石蠟粉或塑料粉燒結(jié)熔模鑄造用的母模，用陶瓷粉燒結(jié)陶瓷模殼，或 用金屬粉直接成形金屬模具或零件。所以它的選材圍廣。（2）它不需特殊支撐、多余材料易于清理、適合原型及功能零件的制造等優(yōu)點(diǎn)，而且材料可以重復(fù)使用，材料利用率 高，粉末材料的利用率幾乎可以達(dá)到 100%

11、（ 3）與其它原型制作工藝（如SLA,LOM等） 不同，SLS成形無須研究專門的廢料清除工藝。所以工藝過程簡單。（4）SLS可以直接成形金屬或陶瓷制件，而快速原型與快速制模技術(shù)相結(jié)合是快速成形技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)主要 方面。從目前國外SLS技術(shù)的研究情況來看，覆膜砂、石蠟粉以及塑料粉這三種材料的 激光燒結(jié)技術(shù)的研究比較成熟，已經(jīng)有商品化的設(shè)備推向市場。金屬粉末的激光燒結(jié)技 術(shù)也逐漸成熟，而陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù)尚處在研究階段，陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù) 屬當(dāng)今激光燒結(jié)技術(shù)的研究前沿和技術(shù)難點(diǎn)，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。選擇性激光燒結(jié)的主要應(yīng)用（1）原型制作SLS系統(tǒng)能快速制造出任意難度的原型，設(shè)計(jì)人員可以

12、直觀地評(píng)估所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的造型效果、結(jié)構(gòu)的合理性以及生產(chǎn)工藝的可行性；同時(shí)，原型有一定的 強(qiáng)韌性，可以進(jìn)行裝配實(shí)驗(yàn)、功能測試。這樣快速成型技術(shù)的應(yīng)用對改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加 快研發(fā)進(jìn)度、降低開發(fā)成本起到非常有效的作用。另外，SLS除了做精度較高的薄壁件外，更適合做厚壁件、中大件。原型件變形小，強(qiáng)度高。（2） 快速鑄造選區(qū)粉末燒結(jié)（SLS技術(shù)有效地將快速成型技術(shù)和傳統(tǒng)的鑄造 工藝相結(jié)合。它包含快速熔模鑄造與沙型鑄造1.3 國外現(xiàn)狀快速成型技術(shù)的現(xiàn)狀1.3.1 國的發(fā)展現(xiàn)狀與快速成型設(shè)備的研究相比，我國快速成型材料及工藝的研究相對滯后，目前還處 在起步階段，與國外相比存在較大差距。雖國有多家研究開發(fā)單位對S

13、LS材料和工藝進(jìn)行了研究開發(fā)工作，但還沒有專門的成型材料生產(chǎn)和銷售單位。清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)代成型學(xué)理論和FDM工藝，并開展了基于SLA工藝的金屬模具的研究；華中科技 大學(xué)主要研究LOM工藝，推出了 HRP和RPS系列成型機(jī)和成型材料；交通大學(xué)開發(fā)出 LPS和CPS系列的光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂；中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制開發(fā)出 的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“納米晶陶瓷材料/零件的快速成型工藝與設(shè)備”，已經(jīng)通過了 國家863計(jì)劃的考核驗(yàn)收；北京化工大學(xué)針對目前成型機(jī)普遍采用的直角坐標(biāo)在加工旋 轉(zhuǎn)體薄壁零件時(shí)，輪廓易失真的現(xiàn)象，構(gòu)思設(shè)計(jì)了極坐標(biāo)快速成型設(shè)備。另外，國兩家 比較知名的RP專業(yè)也研究

14、并開發(fā)了實(shí)用的新技術(shù)并投入市場。北京隆源自動(dòng)成型開發(fā) 研制的AFS- 320和AFS- 450系列激光快速成型機(jī)已被廣泛應(yīng)用。北京殷華激光快速成 型與模具技術(shù)開發(fā)了 FDM工藝設(shè)備（MEM系列）、激光固化樹脂RP設(shè)備（AURO-350）、 分層實(shí)體RP設(shè)備（SSM系列）。另外，有關(guān)RP技術(shù)的組織和學(xué)術(shù)活動(dòng)也紛紛出現(xiàn)。如 1997年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)特種加工分會(huì)成立了“快速成型技術(shù)委員會(huì)”，該委員會(huì)作為我國唯一代表,出席了歷屆GARPA全球快速成型協(xié)會(huì)聯(lián)盟）的高峰年會(huì)；2003年6月， 基于交通大學(xué)承擔(dān)的國家863計(jì)劃項(xiàng)目“ RP&IW絡(luò)化服務(wù)集成系統(tǒng)”,成立了全國快速 成形網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)聯(lián)盟

15、；2004年3月16日至19日在召開了 “第三屆全國快速成型與快 速制造學(xué)術(shù)會(huì)議”，該會(huì)議每四年舉行一次；2004年11月4日至9日在上海新國際博 覽中心舉行的“第六屆上海國際工業(yè)博覽會(huì)”上，多家國知名的RP技術(shù)企業(yè)參展。總之，我國的RP工業(yè)正緊跟國際先進(jìn)技術(shù)的步伐，迅速發(fā)展。1.3.2 國外RP技術(shù)的最新發(fā)展SLS技術(shù)起源于美國德克薩斯大學(xué)澳斯汀分校。1986年，該校學(xué)者Carl Deckard在 其論文中首次提出了 SLS工藝原理，并申請了專利，于1988年研制成功了第一臺(tái)SLS成 形機(jī)，隨后由DTM公司將其商業(yè)化，推出了 SLS Model125成形機(jī)，目前，DTM公司與 3D Syst

16、ems公司合并，成為全球影響力最大的公司，占有全球60%以上的市場份額。隨著RP技術(shù)的不斷發(fā)展，該領(lǐng)域的格局也隨之變化。在開發(fā)應(yīng)用方面，美國、日本以及 歐洲走在世界的前列。近幾年，對于比較成熟的各種成型技術(shù)，不管是成型設(shè)備還是材 料都有了不同程度的發(fā)展。（1） SLA: 從1999年至今,3DSystems公司相繼推出SLA7000 Viper HA SLA、Viper SLA 等機(jī)型,尤其是最新的Viprer系統(tǒng),可以同時(shí)實(shí) 現(xiàn)整體和部分兩種解決方案。（2） LOM: Helisys公司研制出多種LOM工藝用的成型材料,可制造用金屬薄板制作的成型件。（3） FDM: Stratasys 公司

17、1999年推出使用熱塑性塑料的Genisys成型機(jī)，并開發(fā)出水溶性支撐材料，解決了復(fù)雜及小型孔洞中的支撐材料難以去除的問題。近兩年推出的Tita nTM, Prodigy PlusTM, EDEN333TM, FDMMaxumTM,TripletsTM and FDM VantageTM系列生產(chǎn)線，其設(shè)備尺寸逐漸減少，適應(yīng)了 桌面化的發(fā)展趨勢。（4） SLS:3D Systems 新推出的Sinterstation HiQ system具有改善工件質(zhì)量的智能熱控系統(tǒng)和更高的生產(chǎn)效率 ；DTM公司推出了 Sin terstation系列成型機(jī)及多種成型材料。（5）DPG或3DP:美國的ZCorp

18、oration 與日本的 Rike nln stitute于2000年研制出基于噴墨打印技術(shù)的、能制作出彩色原型件的RP設(shè)備。同時(shí),美國的Z Corporation正在推行一種名為 ZP 250的新材料。2004年底, ZCorporation還掀起了一場新熱塑性粉末的開發(fā)熱潮，這種材料不需要滲透就能達(dá)到 很高的強(qiáng)度。2004年11月，Stratasys 公司還公布了其最新研制的新合成材料 PC- ABS, 它是由polycarbonate （PC,聚碳樹脂）和ABS合成,同時(shí)具有PC的高強(qiáng)度和ABS的高 彈性。1.4 快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢長期以來，不斷有一些學(xué)者和專家對R P的發(fā)展持觀望和

19、懷疑態(tài)度，尤其是在1998年 受全球經(jīng)濟(jì)的不景氣所影響，RP工業(yè)出現(xiàn)緩慢增長甚至某些方面為負(fù)增長。對此，TerryWohlers也中指出，RP工業(yè)將會(huì)在未來幾年發(fā)生巨大的變化，主要體現(xiàn)在新技術(shù)、新工藝及信息網(wǎng)絡(luò)化等方面。（1）開發(fā)概念模型機(jī)或臺(tái)式機(jī)目前，RP技術(shù)向兩個(gè)方向發(fā)展：工業(yè)化大型系統(tǒng)，用于制造高精度、高性能零件； 自動(dòng)化的桌面小型系統(tǒng)，此類系統(tǒng)稱為概念模型機(jī)或臺(tái)式機(jī)，主要用于制造概念原型。 發(fā)達(dá)國家許多科研（如I B M公司）及教育單位（中等職業(yè)學(xué)校甚至中小學(xué)）已經(jīng)開始 購買此種小型RP設(shè)備，并極有可能進(jìn)入家庭。美國通用汽車公司也計(jì)劃為其每位工程 師配備一臺(tái)此類設(shè)備。采用桌面RP系統(tǒng)制

20、造的概念原型，可用于展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體概念、立體型態(tài)布 局安排，進(jìn)行產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的宣傳，作為產(chǎn)品的展示模型、投標(biāo)模型等使用。（2）開發(fā)新的成型能源S L、L O M、S L S等快速成型技術(shù)大多以激光作為能源，而激光系統(tǒng)（包括激 光器、冷卻器、電源和外光路）的價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用昂貴，致使成型件的成本較高，于是 許多RP研究集中于新成型能源的開發(fā)。目前已有采用半導(dǎo)體激光器、紫外燈等低廉能 源代替昂貴激光器的RP系統(tǒng)，也有相當(dāng)多的系統(tǒng)不采用激光器而通過加熱成型材料堆積出成型件。（3）開發(fā)性能優(yōu)越的成型材料RP技術(shù)的進(jìn)步依賴于新型快速成型材料的開發(fā)和新設(shè)備的研制。發(fā)展全新的RP材料，特別是復(fù)合材料，如納

21、米材料、非均質(zhì)材料、其它傳統(tǒng)方法難以制作的復(fù)合材料已 是當(dāng)前RP成型材料研究的熱點(diǎn)。目前國外RP技術(shù)的研究重點(diǎn)是RP成型材料的研究開 發(fā)及其應(yīng)用，美國許多大學(xué)里進(jìn)行 R P技術(shù)研究的科技人員多數(shù)來自材料和化工專業(yè)。（4）研究新的成型方法與工藝在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，拓寬RP技術(shù)的應(yīng)用，開展新的成型技術(shù)的探索。新的成型方法層出不窮，如三維微結(jié)構(gòu)制造、生物活性組織的工程化制造、激光三維割技術(shù)、層片曝光方式等。對于RP微型制造的研究主要集中于：RP微成型機(jī)理與方法、R P系統(tǒng)的精 度控制、激光光斑尺寸的控制以及材料的成型特性等方面。目前制作的微零件僅是概念 模型，并不能稱之為功能零件，更談不上微機(jī)電系統(tǒng)（M

22、EM）要達(dá)到MEM S還需克服很多的問題，如：隨著尺寸的減小，表面積與體積之比相對增大，表面力學(xué)、表面物 理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用；微摩擦學(xué)、微熱力學(xué)、微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、測試等。（5）集成化生物科學(xué)、信息科學(xué)、納米科學(xué)、制造科學(xué)和管理科學(xué)是 21世紀(jì)的5個(gè)主流科學(xué)， 與其相關(guān)的五大技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界，制造科學(xué)與其它科學(xué)交叉是其發(fā)展趨勢。RP 與生物科學(xué)交叉的生物制造、與信息科學(xué)交叉的遠(yuǎn)程制造、與納米科學(xué)交叉的微機(jī)電系 統(tǒng)等都為RP技術(shù)提供了發(fā)展空間。并行工程（CE、虛擬技術(shù)（VT、快速模具（RT、 反求工程（VR、快速成型（RP、網(wǎng)絡(luò)（In ternet、Intranet、相結(jié)合而組成的快速反

23、 應(yīng)集成制造系統(tǒng)，將為R P的發(fā)展提供用力的技術(shù)支持o2方案選擇2.1 設(shè)計(jì)的目的和要求2.1.1 設(shè)計(jì)的目的(1) .設(shè)計(jì)SLS快速成型機(jī)的整體部分和缸體部分設(shè)計(jì)。主要用于單件小批零件和功 能模型的快速成型制造。(2) .通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉我們應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)中實(shí)際存在的問題，能夠獨(dú)立 或者和同學(xué)合作設(shè)計(jì)一些實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品，以提高自己的設(shè)計(jì)能力。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)也是 對我們在大學(xué)四年中所學(xué)知識(shí)一次最后的徹底的檢驗(yàn)。(3) .提高應(yīng)用手冊標(biāo)準(zhǔn)以及編寫文件等資料的能力。2.1.2 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的容和要求(1) SLS快速成型機(jī)的總體設(shè)計(jì)，包括機(jī)械、電氣和軟件三部分；(2) SLS快速成型機(jī)

24、缸體部件設(shè)計(jì)并拆畫零件圖；(3) 控制系統(tǒng)軟件分析設(shè)計(jì)；(4) 成型缸和料缸的最小位移量是 0.01mm(5) 最大成型尺寸是450450mm2.1.3 對本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求(1) SLS快速成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)裝配圖 A0圖紙1；(2) SLS快速成型機(jī)缸體部件圖 A0圖紙1；(3) SLS快速成型機(jī)硬件電路圖 A0圖紙1；(4) 程序框圖1；(5) 編寫2萬字的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。2.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和機(jī)床的整體布局設(shè)機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)床的主要組成部分。實(shí)踐證明，傳動(dòng)裝置在整臺(tái)機(jī)床的質(zhì)量和 成本都占很大的比例。機(jī)器的工作性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用

25、也在很大的程度上決定于傳動(dòng)裝置的 優(yōu)劣。因此傳動(dòng)方案的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在這次成型機(jī)的設(shè)計(jì)中電機(jī)到執(zhí)行部件的傳動(dòng)裝置可采取的幾種方案：齒輪傳動(dòng)、 普通V帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿傳動(dòng)。下面將以上幾種傳 動(dòng)方案進(jìn)行比較：齒輪傳動(dòng)的承載能力和速度圍大，傳動(dòng)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。齒輪齒條傳動(dòng)常用于行程較大的大 型機(jī)床上，可以得到較大的傳動(dòng)比，易得到高速直線運(yùn)動(dòng)，剛度及機(jī)械效率也高，但傳 動(dòng)不夠平穩(wěn)，傳動(dòng)精度不高。普通V帶傳動(dòng)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(dòng)形式大，但傳 動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖振動(dòng)，噪聲小

26、，經(jīng)濟(jì)性好。同步帶傳動(dòng)可保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)適用的速度圍廣，傳動(dòng)比大，效率高 （可達(dá)98%，預(yù)緊力較小，軸和軸承上受的載荷較小，單位長度質(zhì)量小，故允許較高的 線速度，但制造和安裝精度要求較高，中心距要求嚴(yán)格。鏈傳動(dòng)屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳 動(dòng)；運(yùn)動(dòng)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在載 荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。絲杠螺母副傳動(dòng)中，滾珠絲杠螺母副中是滾動(dòng)摩擦，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可 達(dá)0.90-0.96 ;絲杠與螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小， 幾乎與速度無關(guān)。能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易

27、發(fā)生低速爬行現(xiàn)象；不能自鎖，有可逆性。蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)， 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(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。綜合比較幾種傳動(dòng)方案最后選擇同步帶傳動(dòng)適合并能滿足步進(jìn)電機(jī)和鋪粉小車之 間的連接需要，因此減速傳動(dòng)裝置選擇同步帶傳動(dòng)。從電機(jī)到活塞缸的傳動(dòng)需要經(jīng)減速裝置，在減速傳動(dòng)中選擇蝸輪蝸桿減速，運(yùn)動(dòng)較 平穩(wěn)。考慮到滾珠絲杠傳動(dòng)的特點(diǎn)，滿足電機(jī)與缸體間的傳遞，故減速后經(jīng)滾珠絲杠傳 遞到活塞缸。機(jī)床的整體布局設(shè)計(jì)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求中能燒結(jié)的最大零件尺寸、重量、形狀以及傳 動(dòng)關(guān)系，位移，速度

28、，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。機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要組成有機(jī)架、工作平臺(tái)、鋪粉、兩個(gè)活塞缸、集料箱、加熱燈、通風(fēng)除塵設(shè)備、小集料箱、激光室、電氣柜。2.2.1 整體布局示意圖傳動(dòng)裝置基本確定后，在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的考慮。首先根據(jù)重量和剛度的要求選取機(jī)架為鋁合金框架式結(jié)構(gòu)，用于支撐設(shè)備的其他部分。機(jī)架下安有四個(gè)地腳螺栓，用于調(diào)整設(shè)備的水平；同時(shí)安有四個(gè)腳輪，便于搬運(yùn)。其原理較簡單，其原理結(jié)構(gòu)簡圖如圖11鋪粉滾筒；2聚焦鏡；3懸臂；4工件；5余料收集箱；6燒結(jié)缸；7活塞；8 滾珠絲杠；9步進(jìn)電機(jī)；10供粉缸圖1結(jié)構(gòu)原理簡圖兩

29、個(gè)缸的結(jié)構(gòu)相同，位于工作平臺(tái)下方支撐架上，集料箱位于成型缸的左邊下料口 的下方，小集料箱位于料缸的右邊下料口的下方，電氣柜位于主機(jī)的右下緊靠著小集料 箱，加熱燈位于成型室上方的加熱框，可以左右拖動(dòng)，方便取出工件，通風(fēng)除塵設(shè)備位 于成型室的左上方，激光室位于成型室的上方，用來安裝激光掃描器。具體的整體結(jié)構(gòu) 裝配見總裝配圖。2.3 電氣部分設(shè)計(jì)電氣部分是整個(gè)成型機(jī)的核心，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞。電氣部分的設(shè)計(jì)也相當(dāng)?shù)闹?要。在控制中常用的控制系統(tǒng)有工控機(jī)、單片機(jī)、PLC可編程控制器。各種控制方法的特點(diǎn)如下：1工控機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng) 烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另

30、有很高的電磁場力干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn):1) 機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。2) 機(jī)箱有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3) 機(jī)箱有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。4) 要求具有連續(xù)長時(shí)間工作能力。另外，由于以上的專業(yè)特點(diǎn)，同層次的工控機(jī)在價(jià)格上要比普通計(jì)算機(jī)偏貴，但一般不 會(huì)相差太多。2單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測控系統(tǒng)數(shù)字化、智能化的迫切要求而提出的。片存儲(chǔ)器容量較小；可靠性好，其高速操作基本在片進(jìn)行，程序指令及常數(shù)，表格固化在ROh中不易破壞；控制能力強(qiáng)；一般單片機(jī)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，

31、 不具備自開發(fā)的能力， 只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序，常用于小型智能單元，或大型系統(tǒng)。3 PLC具有很好的柔性控制程序可變；具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境；功能完 善，現(xiàn)在的PLC具有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序 控制、等功能；易于掌握，便于維修、價(jià)格低廉。另外，PLC不需要專用的機(jī)房，為工業(yè)現(xiàn)場的大量直接應(yīng)用提供了方便，常用于工業(yè)現(xiàn)場，過程控制。在成型機(jī)的控制系統(tǒng)中選用工控機(jī)作為控制機(jī)。由于其良好的顯示效果，可以直接 看到零件的圖形。其上的PCI和ISA插槽可以直接插相應(yīng)的控制卡，使控制系統(tǒng)比較簡 單，可靠。為保證運(yùn)動(dòng)的可靠，在小車運(yùn)動(dòng)的極限位置裝上行程開關(guān)，在

32、缸體升降的極 限位置，也裝上行程開關(guān)，確保運(yùn)動(dòng)的可靠性。3設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 鋪粉的設(shè)計(jì)鋪粉的作用是將成型缸的粉料鋪平，它由兩根直線導(dǎo)軌、鋪粉車驅(qū)動(dòng)電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)）、減速器、聯(lián)軸器、鋪粉小車和鋪粉車罩組成。3.1.1 小車速度的確定根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求最大成型尺寸450X 450mm據(jù)此擬定成型室的空間長度為1100mm設(shè)定小車需要在2秒完成一次鋪粉過程，小車的行程是2200mm小車在這個(gè)過 程中要經(jīng)過加速-勻速-減速三個(gè)速度變換的過程，當(dāng)速度在減速到零時(shí)，停止幾秒后再 反向加速，加速到一定速度時(shí)再勻速，然后在碰到行程開關(guān)時(shí)減速復(fù)位的運(yùn)動(dòng)過程。小 車運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2:v錯(cuò)誤!未找到引用源。圖2小車運(yùn)

33、動(dòng)示意圖根據(jù)上述條件假設(shè)小車鋪粉過程中，一個(gè)行程的加速時(shí)間t1與減速時(shí)間t3相等即t1=t 3 =0.2小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為tt 0.5t t1 t3 10 0.2 0.2 9.6設(shè)定小車加減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小相等即錯(cuò)誤!未找到引用源。根據(jù)加速度公式可得：錯(cuò)誤!未找到引用源。也n二耳二丄錯(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤!未找到引用源。又因?yàn)樾谐叹嚯x錯(cuò)誤!未找到引用源。所以 s at； at1t2 a 0-22 a 0.2 0.961.12a 0.56 m / sS1 S2 0.5at2 0.5 0.56 0.22 0.0112m錯(cuò)誤！未找到引用源。3.1.2 小車鋪粉過程的受力分析小車來回運(yùn)動(dòng)的情況是

34、相同的，現(xiàn)在研究小車鋪粉的運(yùn)動(dòng)，做以下分析。小車在前進(jìn)時(shí)各階段所受的力分別如下：a加速階段在小車剛啟動(dòng)的時(shí)候，受到自身重力 G粉料的阻力Fi、導(dǎo)軌的阻力F2、電機(jī)的推 力F3、小車慣性力F,支持力F4。設(shè)小車前進(jìn)的方向?yàn)檎较颉t在加速階段，小車的受力如下圖3：v圖3加速階段小車受力分析b勻速階段在小車勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，小車受到自身重力 G粉料的阻力Fi、導(dǎo)軌的阻力F2、電 機(jī)的推力F3，支持力F4。在此階段，小車處于勻速平衡狀態(tài)，不受慣性力。其受力情況 如下圖4所示：圖4勻速階段小車受力分析C 減速階段小車減速的時(shí)候，受到自身的重力 G粉料的阻力Fi、導(dǎo)軌的阻力F2、小車的慣性力F,電機(jī)的推力

35、F3。此時(shí)的慣性力與小車的運(yùn)動(dòng)方向相同。受力如下圖5：v圖5小車減速階段的受力分析現(xiàn)在的加工中，一般鋪粉的厚度為0.21mm在鋪粉的過程中，鋪第一層時(shí)厚度較大，在機(jī)床的設(shè)計(jì)過程中，為了保證機(jī)床的可靠性，取小車鋪粉的最大厚度為5cm粉料的密度為P =0.5g/cm3小車與粉料的摩擦系數(shù)為卩i= 0.04，小車與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為卩 2=0.5則小車在鋪粉過程中，每次最多推動(dòng)的粉料的體積為：V 45 45 5cm3所以每次最多推動(dòng)的粉料的質(zhì)量為mmaxvmax 0.5 45 45 5 5062.5g 5.063kg所以小車每次鋪粉推動(dòng)的粉料的重量為：G max mmax g 5.063 9.849.

36、6125NFi iG 0.04 49.61251.98N設(shè)鋪粉小車質(zhì)量為：錯(cuò)誤!未找到引用源。則小車受導(dǎo)軌的阻力為：錯(cuò)誤!未找到引用源。對以上的三種情況進(jìn)行分析可得，小車在初始階段即加速階段，需要的推力最大。最大的推力為：F F F (M mmax)a 1.98 247.5 (5 5.063) 0.5632.12N小車需要的最大推力為F3=32.12N。則小車運(yùn)動(dòng)的所需的功率 P。，根據(jù)錯(cuò)誤!未找到 引用源。得，小車運(yùn)動(dòng)所需的功率為：Pw Fv 1000 35.44 0.124 1000 0.0044kwn a為 傳動(dòng)裝置的總效率。錯(cuò)誤!未找到引用源。其中n 1，n 2分別是減速器，和同步帶傳

37、動(dòng)的效率。n 1= n 2=0.98所以同步帶輪的輸入功率為：P0Fv/100032.12 0.112/10000.0037kw即電動(dòng)機(jī)的功率為0.0037kw3.1.3 同步帶輪的設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶通常是以鋼絲繩或玻璃纖維繩等為抗拉層，氯丁橡膠或聚氨酯橡膠為基體、工作面上帶齒的環(huán)狀帶。工作時(shí)帶的凸齒與 帶輪外緣上的齒槽進(jìn)行嚙合傳動(dòng)。由于抗拉層承載后變形小，能保持同步帶的周節(jié)不變， 故帶與帶輪間沒有相對滑動(dòng)，從而保證了準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：a)無滑動(dòng)，能保證固定的傳動(dòng)比；b)預(yù)緊力較小，軸和軸承 上所受載荷小；c)帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線

38、速度較高；d)帶的柔性好，故選用帶輪的直徑可以較小。其主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，且價(jià)格要求較小車的速度和同步齒形帶的速度是一致的所以同步齒形帶輪的線速度為：帶速 v =0.112m /s初選小帶輪齒數(shù)為zi=14,模數(shù)m=4所以小帶輪直徑di=mz=2X 18=56mm根據(jù)公式 v= n din 1/6O X 1000得小帶輪的轉(zhuǎn)速ni=35.3r/min.因?yàn)閭鲃?dòng)比為1所以大帶輪的齒數(shù)和直徑分別為：Z2=14 d 2=56mm大帶輪的轉(zhuǎn)速n2=35.3r/minPd=KcK P=1.6 X 0.0037=0.00592kw(Ka-工況系數(shù))取軸向間距a°=1450mm帶長 L

39、0=2a0+ n (d 1+d2)/2+(d 2-d 1) 2/4a 0=3065.84mm由L°與m=4可取 乙=290, Lp=3644.25的同步帶，根據(jù)需要將他的寬度切為28mm即帶寬bs=28mm電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距為 Td=9550Pd/ni=9550X 3.2 缸體部分設(shè)計(jì)缸體部分的傳動(dòng)是電機(jī)經(jīng)過一個(gè)蝸輪蝸桿減速器后，由絲杠帶動(dòng)缸體做上下直線移動(dòng),這部分的主要特點(diǎn)就是蝸輪與絲杠的螺母相連，從而帶動(dòng)滾珠絲杠的螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，而絲杠只是上下移動(dòng)，不轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2.1 缸體的設(shè)計(jì)缸體的設(shè)計(jì)首先要對缸體進(jìn)行手力分析。考慮最不理想的情況，也即缸體受力最大 的情況，當(dāng)缸體裝滿粉料，從下端上升到頂

40、端的過程，缸體的底板受到的力最大。缸體的底板受到的力為粉料的重力G,粉料與缸體壁的摩擦力 F,受力圖如下圖6示:Fm圖6絲杠受力分析托板在上升的過程中，經(jīng)過加速，勻速，減速三個(gè)階段。與小車的受力分析相似，在加速階段受到的力最大，需要電機(jī)的推力最大。其中G為粉的重力與缸底板的重力之和，F(xiàn)i為粉料與缸體壁的摩擦力，F(xiàn)2為慣性力，F(xiàn)為電機(jī)推力。Fm Fi F2 G整缸粉的體積為 錯(cuò)誤!未找到引用源。整缸粉的重力為Givg 500 0.1 9.8 49°N缸體底板的重量為G=100N則有 G=G+G=590N取粉與缸體壁的摩擦力 錯(cuò)誤!未找到引用源。i缸體的慣性力F2 G，由于加速度不大，所

41、以慣性力較小。則缸體所需要的最大推力為：Fm F1 F2 G 0.8 490 590 5901572N電機(jī)的選擇國的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)有：70BYG,90BYG,130BY等由于缸體的上升速度不宜過快，以免影響 加工質(zhì)量，可取上升速度v=0.8mm/s。由上升過程所用的功率應(yīng)等于絲杠所提供的功率，則上升所消耗的功率為P=FV 升=FV。其中F為絲杠的圓周力，V為圓周線速度，F(xiàn)m為向上推力，V升為上升速度。有后面可知所選的絲杠的直徑d=32mm且其線速度 v=0.02m/s，F(xiàn)m=1572N,V升3=0.8mm/s。則代入上式有：1572 0.8 10 F 0.02 可得 F=62.88N則其轉(zhuǎn)矩為：T=

42、Fd=62.88 0.032=2.01NM有余載計(jì)算中沒考慮到其效率損失，所以其所選的轉(zhuǎn)矩肯定比2.01NM大，根據(jù)轉(zhuǎn)矩可選取70BYG2501其最大轉(zhuǎn)矩為。電機(jī)型號(hào)數(shù)據(jù)見下表1所示：表1 90BYG250A系列步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)參數(shù)型號(hào)70BYG2501相電流（A）3步距角（0）0.9/1.8保持轉(zhuǎn)矩N.M2.5轉(zhuǎn)子慣量 kg.cm.s1.5空載啟動(dòng)頻率KHz1200空載運(yùn)行頻率KHz20電機(jī)重量Kg2.83.2.2 滾珠絲杠副的計(jì)算（1）滾珠絲桿簡介近年來，越來越多的滾珠絲桿被用在各式各樣的機(jī)床上。來滿足設(shè)備高精度與高性 能的需求，滾珠絲桿已成為使用最廣的傳動(dòng)元件之一。在 CNC勺機(jī)械中，使

43、用滾珠絲桿 能增加其定位精度及延長其使用壽命。在傳統(tǒng)機(jī)械上，滾珠絲桿也逐漸取代愛克姆絲桿。 滾珠絲桿通常搭配預(yù)壓力來消除機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的背隙。引起滾珠絲桿間隙過大的原因：1）無預(yù)壓或預(yù)壓不足無預(yù)壓的滾珠絲桿垂直放置時(shí)。螺帽會(huì)因本身的重量而造成轉(zhuǎn)動(dòng)下滑，無預(yù)壓的絲 桿會(huì)有相當(dāng)?shù)谋诚叮虼酥荒苡糜谳^小操作阻力的機(jī)器，但主要的依據(jù)是其定位精度沒 有太多的要求。絲杠在不同的應(yīng)用場所給出正確的預(yù)壓量，并在出廠前調(diào)整好預(yù)壓，因 此當(dāng)您定購滾珠絲桿前請?jiān)斒鲈O(shè)備的操作情況。2）扭轉(zhuǎn)位移太大絲桿的細(xì)長比越小，岡性越高，細(xì)長比的界限一般在 60以下。如果細(xì)長比太大，絲 桿會(huì)因自重原因產(chǎn)生下垂，如果滾珠絲桿只以側(cè)支撐。

44、此種設(shè)計(jì)剛性較弱，應(yīng)盡可能避 免。3）軸承選用不當(dāng)通常滾珠絲桿必須搭配斜角軸承。尤其是以高爪力角設(shè)計(jì)的軸承為較佳的選擇，當(dāng) 滾珠絲桿承受軸向負(fù)載時(shí)。一般的深溝滾軸軸承會(huì)產(chǎn)生一定量的軸向間隙，因此深溝滾 珠軸承不適用于此。4）軸承安裝不當(dāng)軸承的承靠面與鎖定螺帽V形牙軸心的垂直度不佳，或兩對應(yīng)方向的鎖定螺帽面平行度不佳，會(huì)導(dǎo)致軸承的傾斜。因此螺帽肩部的鎖定螺帽V形牙與軸承的承靠面必須同時(shí)加工，才能確保垂直度，如果以研磨方式加工更好。5）螺帽座或軸承座剛性不足如果螺帽座或軸承剛性不足，由于元件本身的重力就會(huì)引起絲桿變形，因此在設(shè)計(jì) 螺帽和軸承座時(shí)要使其剛度足夠，保證絲桿的間隙不會(huì)過大。7）支撐座的表

45、面平面度超差不論結(jié)合元件的表面是研磨或鏟花，只要其平面度超出公差圍，床臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)位置的 重現(xiàn)性精度將較差，因此一部機(jī)器中，通常在支撐座與機(jī)器本體間以薄墊片來達(dá)到調(diào)整 的目的。為了調(diào)整間隙，滾珠絲杠的使用要預(yù)緊。軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊常采用雙螺母預(yù)緊 的方法，其結(jié)構(gòu)型式有墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。在這次的設(shè)計(jì)中采用墊 片調(diào)隙式。(2)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。因此只需選擇合適的型號(hào)即可。 滾珠絲杠的負(fù)荷包括粉料的重力及摩擦引起的阻力。1) 經(jīng)查表和前述計(jì)算可以的出如下參數(shù)：查表得，使用壽命T=15000h,初選絲杠螺距t=4mm,且已經(jīng)知道缸體下降的最大的 下降速度是Vna=

46、0.8mm/mi n=0.048m/min所以絲杠轉(zhuǎn)速 n 1000vmax t 1000 0.048 4 12r min取絲杠轉(zhuǎn)速n=12r/min所以 L 60 12 15000 10610.8轉(zhuǎn)2) 額定動(dòng)載荷設(shè)計(jì)其精度為3級(jí)，可靠性為90%1則由 CamfwF(60 nLn)3/100fafc其中可查出精度系數(shù)fa = 1，可靠性系數(shù)fc=1，荷性質(zhì)系數(shù)fw=1.2，且已知F=1572N,L±=15000,n=12r/min。上述數(shù)據(jù)代入公式后，可得 Cam 1.2 1572 (60 12 15000)/1000 1 14169.7N查表(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊)，取滾珠絲杠的直徑d&

47、#176;=32,選用滾珠絲杠螺母副型號(hào)為3206-3, 其額定負(fù)荷為6766N,足夠用。3) 傳動(dòng)效率計(jì)算將公稱直徑do=32mn導(dǎo)程Ph=4mm代入“ tenh-1 卻屈廣 znh-14/32= 2 27&tg . tg () tg2.27 tg(2.27 10) 0.93式中，丫 -絲杠螺紋升角，© -摩擦角 © =10，4) 剛度檢驗(yàn)滾珠絲杠受工作負(fù)荷P引起的導(dǎo)程L0的變化量L FnL"EA6222其中 Fn=1574, L=0.4cm, E 20.6 10 N /cm , A R 8.04cml FnL 所以EA1574 0.420.6 106

48、8.083.8 10 6cm絲杠因受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略 所以導(dǎo)程總誤差6361. 20 . 72查表知6級(jí)精度的絲杠允許誤差13卩m,(中國機(jī)械設(shè)計(jì)手冊卷4)故剛度足夠。所 選絲杠符合要求3.2.3 蝸輪蝸桿的計(jì)算由 公傳動(dòng)比 360脈沖當(dāng)量/步距角 導(dǎo)程式：，其中脈沖當(dāng)量P 0.。01,步 距角為1.8，導(dǎo)程為4mm所以有 i 360 p (1.8 4)3600.001 (1.8 4)0.05在傳動(dòng)過程中蝸桿為主動(dòng)，傳動(dòng)比為i=20。考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是 中等，故蝸桿用45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度220-300HBS蝸輪用鑄造錫青銅。單頭蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，但傳遞的效率

49、較低，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)太 多，又給加工帶來困難，在這里取蝸桿的頭數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。，分度圓直徑d1=22.4mm蝸桿的軸面模數(shù)m=2.5。蝸桿導(dǎo)程角丫由式 錯(cuò)誤!未找到引用源。計(jì)算得丫 =12.58 °蝸桿軸向齒形角20則蝸輪的齒數(shù)為：錯(cuò)誤!未找到引用源。蝸輪的分度圓直徑為錯(cuò)誤!未找到引用源。根據(jù)實(shí)際需要，中心距a d1 d2/261.2，取a' 63mm為了配湊中心距，采用變位蝸桿傳動(dòng)。由式錯(cuò)誤!未找到引用源計(jì)算得蝸輪變位系數(shù)為a' a2m63 61.22.50.724電氣部分設(shè)計(jì)4.1本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)成型機(jī)的控制系統(tǒng)是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心，控

50、制激光在粉末表面選區(qū)燒結(jié)，由機(jī)械 電氣實(shí)現(xiàn)燒結(jié)區(qū)逐層疊加的一個(gè)系統(tǒng)。它由工控機(jī)、激光系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)部件、輔助部件等組成工控機(jī)除具備普通計(jì)算機(jī)的功能外，還具有抗電磁干擾、抗塵、抗震、長時(shí)間工作 可靠等特點(diǎn)，它擔(dān)負(fù)著控制激光器將計(jì)算機(jī)圖形文件轉(zhuǎn)為粉末表面的掃描圖形、控制各 運(yùn)動(dòng)部件等工作。激光器采用的是10.6um二氧化碳射頻激光器，安裝于成型室上部，功率控制信號(hào) 是由計(jì)算機(jī)部的掃描器控制卡提供。掃描器（或稱為振鏡）是將固定的激光束轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)掃描線的裝置，其原理是由兩面 振鏡沿其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)使入射激光發(fā)生組合偏轉(zhuǎn)，它位于成型室上部，正對成型缸。每個(gè)振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)位置也是由計(jì)算機(jī)通過其部的掃描器控制卡控制振鏡伺服

51、電機(jī)而 實(shí)現(xiàn)的。將激光焦點(diǎn)匯聚于成型面是采用前聚焦方式，為解決球差，采用了動(dòng)態(tài)聚焦， 具體光程是：激光器合束鏡第一反射鏡第二反射鏡動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)（擴(kuò)束聚焦系 統(tǒng)）一振鏡一窗口鏡一成型面。鋪粉裝置含有四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)通過其部的專用控制卡對各步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn) 行控制，其中兩臺(tái)用于料缸和成型缸活塞的上下運(yùn)動(dòng)，第三臺(tái)用于帶動(dòng)鋪粉小車水平運(yùn) 動(dòng)，第四臺(tái)用于鋪粉小車的鋪粉輥轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配有專用電源，為檢測、限制各部 件的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)對前三臺(tái)電機(jī)控制的運(yùn)動(dòng)部件各安裝了兩個(gè)檢測開關(guān)。為保證燒結(jié)條件，通過計(jì)算機(jī)可設(shè)定激光功率和原料加熱溫度。 系統(tǒng)中還包括照明、 通風(fēng)、激光指示光等輔助裝置。各部件的供電控制是

52、由計(jì)算機(jī)AFS界面的控制按鈕控制的。其中，激光器鍵必須在冷卻器和掃描器同時(shí)被打開時(shí)才能有效。設(shè)備剛啟動(dòng)時(shí)工作 狀態(tài)燈全亮表示處于預(yù)工作狀態(tài)。當(dāng)激光器、冷卻器、掃描器、電機(jī)、通風(fēng)五鍵均打開, 工作狀態(tài)燈為綠，表示處于正常工作狀態(tài)，加工完畢設(shè)備自動(dòng)關(guān)機(jī)，綠燈閃亮，紅燈滅 表示加工完成，當(dāng)加熱裝置因意外失控而超溫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷總電源。零件加工完畢，設(shè)備除工控機(jī)外可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，可按下鍵盤板上方的紅色蘑菇頭應(yīng)急按鈕，系統(tǒng)將全部斷電。4.2 步進(jìn)電機(jī)的簡介步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控 制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量

53、與日俱增，在國民經(jīng)濟(jì) 的各個(gè)領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動(dòng)作原理和今天 的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)沒有什么大的區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在上 個(gè)世紀(jì)初，造船工藝發(fā)展很快，同時(shí)也使得步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。到了八 十年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活 多樣。原來的步進(jìn)電機(jī)消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要 重新設(shè)計(jì)電路。計(jì)算機(jī)則通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，更好的挖掘出電機(jī)的潛力。因此， 用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。步進(jìn)電機(jī)和普

54、通電機(jī)的不同之處是步進(jìn)電機(jī)受脈沖信號(hào)的控制而改變起停、運(yùn)動(dòng)快慢等。步進(jìn)電機(jī)通過環(huán)形分配器和功率放大器使勵(lì)磁繞組按照順序輪流接通直流電源， 在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進(jìn)式的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否由脈沖的 接通與否相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢與脈沖頻率的高低相對應(yīng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的改變由脈沖 方向的改變來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)還與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)。現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、電磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī) 和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(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。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分的廣泛。感應(yīng)子式步進(jìn)電

55、機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供 軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能， 因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其 自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式步 進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作 二相運(yùn)行（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn) 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式。不難發(fā)現(xiàn)其條件為一 個(gè)二相電機(jī)的部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直

56、接接為二相，而功率大一 點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四 相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。在 激光選擇快速成型機(jī)的設(shè)計(jì)中，選擇感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為 ：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。 以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG（BY為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG 86BYG 110BYG （國際標(biāo)準(zhǔn)），而像70BYG 90BYG 130BYG等均為國標(biāo)準(zhǔn)。422步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用 m表示。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式：AB-BC-CD-DA-AB四相八拍運(yùn)行方式：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距