人體組織工程載體框架設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本設(shè)計(jì)屬于人體組織工程載體框架制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，其方法包括以下步驟：首先制備室溫 下含組織工程載體框架材料的液體和含生長(zhǎng)因子的液體；根據(jù)用戶的預(yù)先設(shè)計(jì) 的路徑，將上述兩種液體在低于 0 的低溫環(huán)境中分別通過(guò)不同的噴頭擠出或噴射出來(lái)，逐層堆積成形為冷凍的多孔組織工程載體框架，然后在凍干機(jī)中冷凍干燥，去除 溶劑 后得到組織工程載體框架。 落實(shí)到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是 描工作臺(tái)， Z 軸升降臺(tái)以及整機(jī)布局的設(shè)計(jì)， 電控部分的初步設(shè)計(jì)。 工作臺(tái)采用光杠導(dǎo)向，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)， Z 向工作臺(tái)通過(guò)光杠導(dǎo)向， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，絲杠 螺母?jìng)鲃?dòng)。電控部分主要 包括 8031 單片機(jī) 、 I/ O 接口 卡 、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路 、 伺服電機(jī)、光電隔離電路 、 步進(jìn)電機(jī)、 測(cè)速發(fā)電機(jī) , 以及 鍵盤(pán)、顯示器等。 關(guān)鍵詞 ：人體 組織工程 快速成型技術(shù) 掃描工作臺(tái) 單片機(jī)控制 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 to of of as of of to s is by be of in a of is to _Y Z as of -Y by -Y is by is by I/O D / A as as RP 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 第一章 綜 述 . 1 織工程載體框架制備綜述 . 1 加熱沉積制造的設(shè)備與工藝 . 3 第二章 具體設(shè)計(jì)任務(wù)及時(shí)間安排 . 4 . 4 . 5 . 5 . 5 計(jì)要求參數(shù) . 5 第三章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì) . 6 向工作臺(tái)設(shè)計(jì) . 6 X 向?qū)驒C(jī)構(gòu) . 6 杠與 直線軸承 . 6 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 6 珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 7 方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 11 向機(jī)構(gòu)選擇 . 11 機(jī)選擇 . 11 動(dòng)副選擇 . 12 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 Z 向步進(jìn)電機(jī)選擇 . 13 軸器選用 . 14 第四章 電氣原理部分設(shè)計(jì) . 15 體部分設(shè)計(jì) . 15 氣部分基本組成 . 15 氣系統(tǒng)參數(shù)選擇 . 15 單片機(jī)系統(tǒng)元件布置框圖 . 18 服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 . 19 口電路及其原理 . 19 度反饋輸入接口 . 19 電編碼器及其接口 . 20 電耦合器與步進(jìn)電機(jī) . 21 電耦合器 . 21 進(jìn)電機(jī)及其軟件環(huán)形分配器 . 22 總結(jié)與心得 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 總結(jié) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) . 24 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄：加減計(jì)數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序 . 25 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第一章 綜 述 織工程載體框架制備 綜述 目前國(guó)際上組織工程的載體框架的成形方法一般使用發(fā)泡法，溶鹽法，浸漿法和熱相分離法等。這些工藝都遵循相似的原理。那就是通過(guò)間接的手段造孔，如加入發(fā)泡劑，糖，無(wú)機(jī)鹽，多空海綿和有機(jī)溶劑等作為造孔劑，空隙的形態(tài)參數(shù)與造孔劑的選擇有著直接的關(guān)系。 例如浸漿法的典型工藝， 聚氨酯海綿浸漿法就是將聚氨酯海綿浸如陶瓷漿料中，然后在 125C 干燥一小時(shí)，以 速度加熱到 500c，再以 1工藝方法的原理如圖 1，這中工藝方法只能成形燒結(jié)的陶瓷載體框架，而許 多生 物材料不能承受高溫的加工過(guò)程，因此可用的材料受限制。 圖 漿法工藝簡(jiǎn)圖 這些傳統(tǒng)的組織工程載體框架制造工藝通常存在以下問(wèn)題； 1、 難以形成 200 微米到 500 微米尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)，由于這些工藝都是簡(jiǎn)介造孔（通過(guò)發(fā)泡劑，無(wú)機(jī)鹽等）很難實(shí)現(xiàn)對(duì)與載體框架孔隙結(jié)構(gòu)的直接有效控制。成形的孔隙結(jié)構(gòu)在一定程度上存在隨意性。很難滿足組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求 200 微米到 500微米的尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)。 2、難以實(shí)現(xiàn)孔隙 梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形。這種均勻孔隙結(jié)構(gòu)與材料組成的載體框架，很難協(xié)調(diào)載體框架的降解性能與機(jī)械強(qiáng)度之間的矛盾。很難滿足組織工程載體框架的復(fù)雜性能要求。 3、難以實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。由于不同病例的組織缺損情況千差萬(wàn)別，需要針對(duì)具體的病例設(shè)計(jì)和制造載體框架，傳統(tǒng)的工藝方法難以實(shí)現(xiàn)。 如果采用低溫?cái)D壓噴射堆積成型的工藝方法，就可以克服傳統(tǒng)的組織工程載體框架成型工藝的不足之處，提供一種組織工程載體框架制造的低溫?cái)D壓，噴射堆積成形工藝，是其便于道道組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求及復(fù)雜的性能要求， 實(shí)現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形，實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。該工藝可以按照以下步驟進(jìn)行： 1、 將所需的組織工程載體框架材料和溶劑混合，制備成室溫下的含組織工程載體框架材料的液體，并制備室溫下含所需生長(zhǎng)因子的液體。 2、 根據(jù)用戶組織的具體結(jié)構(gòu)以及預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑，將上述含組織工程載體框架材料的液體和含生長(zhǎng)因子的液體在低于 0 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 過(guò)不同的噴頭擠出或者噴射出來(lái)，逐層堆積成行為冷凍的多孔組織工程載體框架。 3、 將上述冷凍的組織工程載體框架送入凍干機(jī)中干燥，去除溶劑后即可得到組織工程載體框架。 上述步驟中， 1 步驟 中所述的制備含組織工程載體框架材料的液體為含組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或者材料部分溶解的漿料，所述的室溫下含所需生長(zhǎng)因子的液體為包括生長(zhǎng)因子的溶液，懸濁液，乳濁液或者生長(zhǎng)因子部分溶解的漿料。 該工藝方法的原理和特點(diǎn)： 1、 低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理是基于快速成型制造的離散 /堆積基本原理，成形過(guò)程及框架的空隙結(jié)構(gòu)可以根據(jù)預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層堆積成型。因此孔隙尺寸有相互貫通性可以得到很好的控制。 2、 在該工藝中，材料的制備是在室溫下采用溶劑溶解或液體懸浮的方式得到液態(tài)的成型材料而不采用任何加熱的 熔融的液態(tài)材料制備方式，因此，很好的保持了生物材料的生物活性，使本工藝具有廣泛的材料適應(yīng)性。 3、 該工藝采用冷凍干燥方法，將冷凍狀態(tài)的組織工程載體框架中的溶劑去除，此工藝中溶劑的升華，留下了大量五十微米以下尺寸的相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)，提高了載體框架的空隙率。有利于載體框架的體內(nèi)降解和再生組織的營(yíng)養(yǎng)與代謝。 4、 由于本工藝采用快速成形工藝，在制造復(fù)雜形狀方面的巨大柔性，可以實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。 具體的工藝實(shí)施方式： 組織工程載體框架的低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理圖如下圖所示： 圖 溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝簡(jiǎn)圖 首先將組織工程載體框架材料和溶劑混合制備成室溫下含組織工程載體框架材料的液體，制備室溫下含生長(zhǎng)因子的液體，不同的組織需要采用不同的組織工程載體框架 材料。如：骨組織工程常采用可降解高分子材料，鈣磷鹽或他們的復(fù)合材料，血管組織工程常采用聚氨酯材料等等。不同的材料需要溶于不同的溶劑，有的材料不溶于溶劑，不容的部分制備成 10下的粉料。制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體包括組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或該材料部分溶解的漿料，同樣，不同組織需要不同的生長(zhǎng)因子 ，紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 因子需要溶于不同的溶劑，有的生長(zhǎng)因子不溶于溶劑，不容的部分制備成 10備室溫下含生長(zhǎng)因子的液體的溶液，懸濁液，乳濁液，生長(zhǎng)因子部分熔接的漿料或生長(zhǎng)因子均勻混合在前述含組織工程載體框架材料的液體內(nèi)的混合物，然后按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，分別通過(guò)不同的噴頭將含的組織工程載體框架材料液體和含生長(zhǎng)因子的液體在低于 0C 的低溫環(huán)境中擠出或噴射出來(lái)，逐層堆積并冷凍成多空的組織工程載體支架 ，采用此工藝方法的制備原理如圖 示。按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，噴頭組 3 將貯藏在儲(chǔ)料罐組 2 中的液態(tài)原料， 分別通過(guò)擠出或噴射的方式，在低于 0C 的低溫成形室 5 中逐層堆積到工作臺(tái) 1 上。得到冷凍的組織工程載體框架 4，框架的孔隙結(jié)構(gòu)可以通過(guò)預(yù)先的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或者其他方式控制噴頭的掃描運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)得到。孔隙尺寸和相互貫通性可以得到更好的控制，噴頭組中的個(gè)噴頭均可以通過(guò)在控制下做獨(dú)立的掃描運(yùn)動(dòng)。擠出 /噴射不同的材料，根據(jù)預(yù)先的是設(shè)計(jì)成形的材料梯度結(jié)構(gòu)，將冷凍的 載體框架在凍干機(jī)中冷凍干燥。溶劑去除后得到用于組織修復(fù)的組織工程載體框架。 圖 加熱沉積制造的設(shè)備簡(jiǎn)圖 加熱沉積制造 的設(shè)備與工藝 在各種快速成形工藝中，基于擠出 /噴射成形的快速成形工藝是最適合于組織工程支架成形的工藝。因?yàn)檫@類工藝對(duì)于成型材料有著更為廣泛的適應(yīng)性，如圖所示，在這類快速成型的工藝中，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下將材料的液態(tài)或半固態(tài)細(xì)絲微粒擠出、噴射出來(lái)在工作臺(tái)面上逐層沉積成為三維的實(shí)體 （圖 。 在整個(gè)的成型的過(guò)程中，由于對(duì)于不同的組織，材料不是單一的，而是復(fù)合的，因此，就要 求，這種噴頭的數(shù)目不是一個(gè)，而是根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)置多個(gè)噴頭，如 圖 示。 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 圖 出 /噴射成形的快速成形工藝示意圖 圖 一個(gè)四噴頭的沉積制造專用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)現(xiàn)支架材料的擠出 /噴射成型，須按照以下步驟： 1： 首先通過(guò)非加熱的方法制備液態(tài)或者是半固態(tài)的材料。 2：將不同的液態(tài)材料裝入不同的送料罐中，在每個(gè)罐的底部有一跟輸料軟管分別與噴頭相連。這當(dāng)中，由于各種材料的流體力學(xué)性能不一致，因此噴頭的結(jié)構(gòu)也不盡相同。 3：在計(jì)算機(jī)中的電子模型的直接驅(qū)動(dòng)之下，逐層通過(guò)噴頭的擠出 /噴過(guò)程，堆積制造復(fù)雜的三維載體支架。噴頭在計(jì)算機(jī)的獨(dú)立控制之下，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)路徑和順序在 面內(nèi)獨(dú)立做擠出 /噴射和掃描運(yùn)動(dòng)。整個(gè)成型過(guò)程在低溫冰箱 提供的環(huán)境中完成。 描工作臺(tái)在指令的控制下運(yùn)動(dòng)，每完成一個(gè)斷面的掃描，由步進(jìn)電機(jī)控制工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)層高。 4：制造出支架以后，經(jīng)過(guò)冷凍和干燥處理。去除支架中的溶劑和水分，得到常溫下為固態(tài)的組織工程載體支架。 第二章 具體設(shè)計(jì) 任務(wù) 及時(shí)間安排 1： 工作臺(tái)在 上由于重復(fù)定位精度比較的高，考慮采用閉環(huán)控制，工作臺(tái)在 上由 直流 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)，通過(guò)滾珠絲杠來(lái)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用光電編碼器作為測(cè)量反饋元件。 必須安裝限位開(kāi)關(guān)。 2： 工作臺(tái)在 Z 軸上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只 需要按照層高不斷下降，因此，完全可以使用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)。出于對(duì)安全的考慮，必須要安裝限位開(kāi)關(guān)（可用一個(gè)簡(jiǎn)單的行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)），在工作臺(tái)碰到開(kāi)關(guān)之后，立即停止運(yùn)動(dòng)。 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 1： 電控系統(tǒng)考慮用 列單片機(jī)控制，其典型代表為 8031， 8031，用具有價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等有點(diǎn)的 8031 有擴(kuò)展系統(tǒng)的單片機(jī)。 2： 使用 8031 外接 2764（ ， 6264(以及 8155（擴(kuò)展 I/O 接口）等芯片擴(kuò)展成一個(gè)簡(jiǎn)單的微機(jī)控制系統(tǒng)，編制的用戶程序由鍵盤(pán)輸入，修改程序也可以由鍵盤(pán)來(lái)完成。程序存入外部 統(tǒng)中有始終電路模塊，復(fù)位和復(fù)位電路，數(shù)碼顯示接口電路，光電耦合器等等。 1： 噴頭部分設(shè)計(jì)，計(jì)劃采用擠壓式雙噴頭，送料箱初擬置于機(jī)床上部，采 使用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣來(lái)擠出生長(zhǎng)因子和支架材料。 2： 觀察窗，冷凍室上蓋，以及機(jī)床底座設(shè)計(jì)。冷凍室上蓋計(jì)劃采用在 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)起到隔熱的作用。機(jī)床底座采用四只滾 輪和升降地角。 資料，調(diào)研，定設(shè)計(jì)方案，提交開(kāi)題報(bào)告。 計(jì)，計(jì)算，修改設(shè)計(jì)方案。 制裝配圖，教師審核電子版圖紙。 寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，修改裝配圖，繪制其他圖紙，教師審核說(shuō)明書(shū) 中出圖，打印說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。 計(jì)要求參數(shù) 最大成型空間： 2 0 0 2 0 0 2 0 0描運(yùn)動(dòng)最大成型速度： 200mm/s 復(fù)定位精度： 向重復(fù)定位精度： 移動(dòng)件最大重量： 6Kg 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 第三 章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì) 向工作臺(tái)設(shè)計(jì) X 向?qū)驒C(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一般有使用導(dǎo)軌，或者是光杠，但是鑒于該工作臺(tái)質(zhì)量較小，且無(wú)切削力，所以考慮使用摩擦系數(shù)較小，安裝簡(jiǎn)便，占用空間小的光杠。 杠 與直線軸承 直線軸承 ： M 型直線軸承與 軸配合使用在不限行程 的直線運(yùn)動(dòng)系列中。由于滾珠和直線軸間為點(diǎn)接觸，因此摩擦力小，運(yùn)動(dòng)精度高 構(gòu)造和特點(diǎn) 套筒采用高碳鉻軸承鋼材料，熱處理后內(nèi)外圓經(jīng)磨削加工。 互換性 ： 三益直線軸承的尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的，完全可以互換。為了保證裝配精度，直線軸外圓采用磨削加工。 剛性外套 經(jīng)硬化處理和精密磨削的軸承鋼外套，可以直接嵌入滾針軸承裝配。 高精度保持架 整體式的保持架有 4 到 6 個(gè)滾珠回路，為滾珠的滾動(dòng)和軸承的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)提供精確的導(dǎo)向。 式單元 由輕鋁箱體和 承組成， 珠軸承箱式單元，安裝于帶有密封的滾珠軸承上。易于通過(guò)螺栓安裝于工作平臺(tái)上，而且可通過(guò)設(shè)計(jì)緊湊的鋁箱來(lái)移動(dòng)。 可通過(guò)螺栓聯(lián)接方便地完成裝配。 可通過(guò)調(diào)整滾珠回路與載荷方向的相對(duì)位置來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。 圖 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于工作臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，因此考慮螺旋傳動(dòng)，螺旋傳動(dòng)的主要目的就是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 螺紋副螺旋傳動(dòng)有兩種形式，比較如下： 種類 簡(jiǎn)要特點(diǎn) 應(yīng)用 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)易于自鎖，但是摩擦阻力大，傳動(dòng)效 率低，有側(cè)向間隙反向有空行程，低速有爬行 金屬切削機(jī)床的進(jìn)給，分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋，摩擦壓力機(jī)千斤頂?shù)膫髁β菪?滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 傳動(dòng)效率高（ 90%以上）具有傳動(dòng)的可逆性運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)低速不爬行，經(jīng)過(guò)調(diào)整預(yù)緊可以獲得很高的定位精度和較高的軸向剛度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗沖擊性能差 數(shù)控機(jī)床，機(jī)密機(jī)床，測(cè)試機(jī)械儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋，飛行器，船舶等自控系統(tǒng)的傳動(dòng)和傳力螺旋 該機(jī)床受成形零件的形狀影響必然要求工作臺(tái)要有頻繁的啟動(dòng)，停止，前行，倒車，而且要求很高的傳動(dòng)效率和精度，所以綜合考慮各種因素，應(yīng)該使用滾珠絲杠副來(lái)傳動(dòng) 。 珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：機(jī)床工作臺(tái)如圖 最大行程： 考慮 00*200慮噴頭體積，最大行程初定于 300行程上定位精度： g 動(dòng)量： s=工作臺(tái)最高速度 0mm/s（成型運(yùn)動(dòng)無(wú)切削力） 壽命 10000小時(shí) （兩班工作制 5年） 電機(jī)直聯(lián)絲杠，最高轉(zhuǎn)速000r/步考慮 用 光杠導(dǎo)向， ，摩擦系數(shù) =0. 2 絲杠用 固定 計(jì)算步驟 1. 1 工作臺(tái)質(zhì)量 N（ w） 6 夾具與工件質(zhì)量 N 0 3 垂直切削力 0 4 水平切削力 0 5 進(jìn)給速度 mm/00 60=12000mm/ 占用時(shí)間比例（ %） 100 7 絲杠轉(zhuǎn)速 待定 8 絲杠軸向負(fù)荷 F= Y 工作臺(tái)示意圖 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 2. 1： 按照公式m a x*/ V nI：傳動(dòng)比，電機(jī)直連絲杠，所以 I=1； 2000mm/000r/以 1* 4 42：絲杠轉(zhuǎn)速 按照公式 /i i P有： 2000/4=3000r/：根據(jù)公式 3 3 33 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2( ) / ( )m n n n n n t F n t F n t n t n t n t 滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)速12, jn n jt t ) / ( )i j i jm i i n t t 于是有 000r/： 滾珠絲杠副在當(dāng)量載荷達(dá)到預(yù)計(jì)壽命計(jì)時(shí)要保證a 3 6 0 ( / 1 0 0 )a a m m n m m n L P f f 于是有 3 6 0 3 0 0 0 1 0 0 0 0 ( 1 1 . 7 6 1 . 2 / 1 0 0 1 . 0 )a a =：安裝方式選擇 由于有振動(dòng)的工況，所以考慮使用固定 時(shí) 1 22z x a e b L L L 8 2 8 1 4x h h h P P P =128+300 =428 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 圓整，取50 珠絲杠安裝參數(shù) 圖 珠絲杠安裝示意圖 6：估算允許的滾珠絲杠最大彈性變量m按照定位精度的 1/4選定。 于是 0 5 1 / 4m =m 由于采用的是固定 2 2 00 . 0 3 9 /0 . 0 3 9 1 1 . 7 6 4 0 0 / 1 . 2 5m z md d F L =此即為按安裝方式確定的底徑 7：選擇內(nèi)循環(huán)反相器雙螺母墊片預(yù)緊 根據(jù)樣本值，選擇 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 ，2d=杠底徑） 243N 滿足以上計(jì)算要求。 8：按公式 Dn=d0*0*3000=6000070000 ( 滿足要求 )按照精度確定， 1n 70000 9：扭矩計(jì)算： 理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩0 0 ( / 2 ) ( 1 ) /p p P 向載荷； ：傳動(dòng)效率； = 取為 是有： 320 1 0 ( 3 . 9 2 4 / 2 ) ( 1 0 . 9 ) / 0 . 9 = 大動(dòng)態(tài)摩擦力矩 3級(jí)精度，于是有 40%P m a x 0(1 4 0 % ) =動(dòng)負(fù)載所需最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 m a x 1 1 于是，根據(jù) 221 / 2 1 / 2m v 有： 2( / )j m v w ； 13 0 0 0 2 / 6 0 3 1 4 . 2w r a d s 所以， l=14.2 m a x 0 . 2 / 3 1 4 . 2 /0 . 0 0 8 4 m 啟動(dòng)時(shí)間取為 10v=s 2/ 0 . 2 / 0 . 0 1 2 0 /a v t m s （加速度） m a x 6 2 0 1 2 0F m a N m 1 2 0 0 . 2 / 3 1 4 . 2 / 0 . 0 8 5 m 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 m a x/ 9 5 5 00 . 0 8 5 3 0 0 0 / 9 5 5 0 0 . 0 2 70 . 0 2 7P T w 因此選定 5步而引起的絲杠誤差計(jì)算， 根據(jù)材料力學(xué)直桿 軸向 拉伸壓縮 公式有： /A 件的抗拉（抗壓）剛度。 查樣本有 K=347 于是有 =以 +m=合定位精度要求。 圖 珠絲杠 螺母 方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 向機(jī)構(gòu)選擇 采用光杠和直線軸承的配合方式，因?yàn)椴季值目紤]，決定把 Z 向光杠布置在總體框架后方，方便與前方開(kāi)取工件的窗口和便于 裝配 。 機(jī)選擇 根據(jù)快速成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。 作臺(tái)完成一個(gè)斷面的掃描以后， 到下降到最低的時(shí)候，按壓行程開(kāi)關(guān)，然后停止，待取出工件以后， 工作臺(tái)復(fù)位，等待下一次掃描成型。 按照這樣的計(jì)劃， Z 軸使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，使得工作臺(tái)上升下降，控制器每發(fā)出一個(gè) 階躍 脈沖，紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 度。 動(dòng)副選擇 由此可見(jiàn)， 低速不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，要求要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有自鎖性能。于是，優(yōu)先考慮使用螺桿。 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 滑動(dòng)螺旋副設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1: 滑動(dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母的高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)界面的強(qiáng)度。青銅和鑄鐵螺母以及能承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的剪切和彎曲強(qiáng)度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性能，精密的傳動(dòng)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度。有時(shí)就是根據(jù)剛度確定其直徑。當(dāng)螺桿受壓力，其長(zhǎng)徑又比較大時(shí)容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性 。其直徑也可以按穩(wěn)定性要求確定。轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動(dòng)，還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。 2: 調(diào)整螺旋和部份傳力螺旋要求自鎖時(shí)，應(yīng)采用單線螺紋，為了提高傳動(dòng)效率，以及要求較高的直線運(yùn)動(dòng)速度，可以采用多線螺紋。以得到較大的螺紋升角和導(dǎo)程。 根據(jù)以上所屬原則，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況。可見(jiàn)， 鎖的螺桿。 3： 傳動(dòng)滑動(dòng)螺旋副的計(jì)算： 1：耐磨性計(jì)算： 螺 桿 中 徑2 / d F p， 因 為 采 用 梯 形 螺 紋 ， =F=6*速，潤(rùn)滑良好，螺桿的材料選擇鋼，螺母為鑄鐵，（整體式） =p暫定為 10是 2 0 . 8 5 8 . 8 / ( 2 . 0 1 0 )d =慮到動(dòng)載及壓桿穩(wěn)定的因素。22：螺母高度： H= *2d=24：旋合圈數(shù) Z=H/P 10表知 P=3（導(dǎo)程） 所以 Z=24/3=8 圈 4：螺紋工作高度 h=紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 5：工作壓強(qiáng) 2/ 5 8 . 8 / ( 3 . 1 4 1 2 1 . 5 8 ) 0 . 1 3 1 0P F d h z 滿足要求 6：自鎖性： 螺紋升角2a r c t a n ( / ) 單線螺紋，所以 L=P=3 a r c t a n ( / c o s )2f 查表知 f= =30 所以 =a r c t a n ( 3 / 3 . 1 4 1 2 ) 4 . 5 5 所以，該螺紋為自鎖螺紋。 7：因?yàn)槁輻U較長(zhǎng)，所以有必要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性校核。 50 1 1 0 44 / 0 . 5 2 5 0 4 / 1 0 . 5 4 7 . 6 2 9 0 所以為小柔度桿 ， 采用1340 2 2 . 81 0 . 0 0 0 1 3 ( / ) 4c 因?yàn)?F= 8 8 2 . 5 4 于是，滿足壓桿穩(wěn)定條件。 Z 向步進(jìn)電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)選擇： 由于采用螺桿傳動(dòng)，考慮到成型機(jī)的體積尺寸不能過(guò)大，且步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角可以根據(jù)脈沖寬度自動(dòng)調(diào)整，所以初擬不使用額外的減速機(jī)構(gòu)，采用電動(dòng)機(jī)直連絲杠。 i=1； 選擇： 根據(jù)公式 i 為傳動(dòng)比，負(fù)載軸要求的最小位移增量（紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 當(dāng)量，即每一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量） 由于要求 通過(guò)對(duì)螺桿的計(jì)算可知， P=2 3 =是 。 于是可以選擇 工作臺(tái)質(zhì)量是 6200*200*200的成型空間里放置的工件質(zhì)量最大約為 10為螺桿的摩擦系數(shù)查表約為 以步進(jìn)電機(jī)最大力矩應(yīng)該為 T=m*g*f*L=16* 考慮到轉(zhuǎn)矩很小，只是對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的精度要求比較高，于是選擇小步距角步進(jìn)電機(jī)。 選擇 聯(lián)軸器選用 波紋管聯(lián)軸器是一種 一體成型的金屬?gòu)椥月?lián)軸器 ， 零回轉(zhuǎn)間隙 ， 彈性作用補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差 ， 高扭矩剛性和靈敏度 ， 順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同 ， 免維護(hù) ， 抗油和耐腐蝕性 ， 鋁合金和不銹鋼材料 ，這種優(yōu)良的性質(zhì)十分適合與頻繁啟動(dòng)的伺服電機(jī)連用，于是選用波紋管聯(lián)軸器。 圖 紋管聯(lián)軸器 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 第四 章 電氣原理部分設(shè)計(jì) 體部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案框圖見(jiàn)下，其控制原理利用了微機(jī) 的實(shí)時(shí)采集與處理特性 ,由 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， 帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) , 從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái) 的 Z 向的升降運(yùn)動(dòng)；另一方面由 I/O 口控制伺服電機(jī) 直接帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ，從而實(shí)現(xiàn) X 向， Y 向的 掃描 運(yùn)動(dòng) 。 和 Z 向的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做下降上升運(yùn)動(dòng)。 氣部分基本組成 控制系統(tǒng)由單片及部分、鍵盤(pán)、顯示器、 I/ O 接口、光電隔離電路、D/A 轉(zhuǎn)換電路、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn) ,顯示器采用數(shù) 碼管顯示加工數(shù)據(jù) 圖 控單元基本組成框圖 氣系統(tǒng)參數(shù)選擇 1：?jiǎn)纹瑱C(jī)選擇： 在選擇單片機(jī)適應(yīng)考慮的因素是： 單 片 機(jī) 擴(kuò)展接口 D/A 轉(zhuǎn)換器 伺服電機(jī) 功率放大器D/A 轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換器 功率放大器D/A 轉(zhuǎn)換器 光電隔離 功率放大 步進(jìn)電機(jī) 伺服電機(jī) 鍵盤(pán)及顯示其接口 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 （ 1）時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)（即控制數(shù)據(jù)處理的速度）； （ 2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（指 容量； （ 3）指令系統(tǒng)的功能是否強(qiáng)（即編程的靈活性）； （ 4） 對(duì)外設(shè)控制的能力）； （ 5） 開(kāi)發(fā)手段 （支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路）。 此外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象及各種參數(shù)要求選擇單片機(jī)。 分為三種基本產(chǎn)品 :8031、 8751 和 8031。 8031 單片機(jī)以片內(nèi)含有掩膜 因?yàn)檫@種只讀存儲(chǔ)器中的程序要由單片機(jī)生產(chǎn)廠制作芯片時(shí)為用戶固化于片內(nèi) ,所以只適用于批量極大 ,程序要永久性保留且不會(huì)修改的場(chǎng)合。 8751 片內(nèi)含有 用戶可以把程序固化在 需要修改時(shí) ,可用紫外線光照擦除 ,然后又寫(xiě)入新的 用戶程序 ,但該芯片價(jià)格較高。 8031 片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器 ,外部擴(kuò)展一片或多片含有用戶程序的 就相當(dāng)于一片 8751。因而使用方便靈活 ,且價(jià)格低廉 ,目前是應(yīng)用最廣泛的機(jī)型。 綜上所述 , 考慮到 51 的性能 , 選用該系列的 8031 8031單片機(jī) 屬 8位單片機(jī) ， 它是集 I/有價(jià)格低 、 功能全 、 體積小 、 編程靈活性大 、 開(kāi)發(fā)手段齊全 、 硬件資源豐富等特點(diǎn) 。 8031芯片內(nèi)部具有 128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 內(nèi)部地址為 00H 7 通過(guò)直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行訪問(wèn) 。 這 128個(gè)字節(jié)單元可作為數(shù)據(jù)緩沖器 、 堆棧和工作寄存器