選擇性激光燒結(jié)快速成型鋪粉裝置的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目錄 中文摘要 3 4 1 緒論 5 題來(lái)源 5 究目的和意義 6 擇性激光燒結(jié)概述 7 術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 9 粉裝置的目前現(xiàn)狀 10 12 2 選擇性激光燒結(jié)的鋪粉裝置的設(shè)計(jì) 13 粉裝置的總體設(shè)計(jì) 13 粉裝置的第一種方案 13 粉裝置的第二種方案 15 案的比較及最終選擇 16 計(jì)方案的設(shè)計(jì)要求 16 章小結(jié) 17 3 鋪粉裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 機(jī) 18 型工作缸 18 杠設(shè)計(jì) 18 輪的設(shè)計(jì) 27 進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì) 31 料回收缸 33 粉滾筒裝置 33 料工作缸 34 光器 34 鏡式動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng) 34 身與機(jī)殼 36 4 總結(jié) 37 5 致謝 38 6 參考文獻(xiàn) 39 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 7 附錄 40 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 選擇性激光燒結(jié)鋪粉裝置設(shè)計(jì) 摘要： 近年來(lái)，集中先進(jìn)的激光技術(shù)，粉體技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的選擇性激光燒結(jié)（ 稱 藝日漸成熟， 需模具就可將金屬和非金屬粉末直接逐層燒結(jié)成近凈形致密零件，具有成形靈活性強(qiáng)，周期短，原料廣泛等特點(diǎn)，在汽車，造船，機(jī)械，航空與航天等諸多領(lǐng)域逐漸得到廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)前成形技術(shù)中的一個(gè)研究熱點(diǎn) 和幾句發(fā)展?jié)摿Φ那把丶夹g(shù)。為了分析鋪粉精度對(duì)選擇性激光燒結(jié)成型質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)一種新型的鋪粉裝置。介紹該鋪粉裝置的工作原理，結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 選擇性激光燒結(jié)；粉末；快速成形；鋪粉裝置；鋪粉精度 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 of in LS be to of of so on,LS is in as is as in of is an of of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 1 緒論 題來(lái)源 在機(jī)械制造業(yè)，長(zhǎng)期以來(lái)采用的加工方法是減材制造法，即用刀具從較大的毛坯上逐步切除無(wú)用材料來(lái)制作工件的方法，傳統(tǒng)的車、銑、刨、鉆、磨等切削加工方法，以及現(xiàn)代的電火花成形與激光切割都屬于減材制造法。它是機(jī)械制造業(yè)最常用的方法，減材制造的工件精度高，表面品質(zhì)好，成形材料與加工機(jī)床之間通常不存在從屬依存關(guān)系，因此適用材料廣泛，不需要機(jī)床制造商研制提供專用的材料。但是，它采用的毛坯通常必須由鑄造或鍛造而成，并且往往還需要模具預(yù)成形，加工周期較長(zhǎng)，材料利用率低，成本較高 ，此外，還受刀具或模具的限制，有時(shí)甚至無(wú)法成形一些內(nèi)部形狀很復(fù)雜的工件。 圖 1械制造方法 a)減材制造 b)增材制造 增材制造法的出現(xiàn)是在 20 世紀(jì) 80 年代，率先實(shí)現(xiàn)增材制造的是快速成形技術(shù)，又稱為自由成形技術(shù)，其核心是將所需成形工件的復(fù)雜三維形體通過(guò)切片轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的二維截面的組合，因此不必要采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工、模具 ，依據(jù)工件的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，在計(jì)算機(jī)控制的快速成形機(jī)上直接成形三維工件。成形過(guò)程如下：利用快速成形機(jī)中的軟件，沿模型的高度方向?qū)δＰ瓦M(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓圖?？焖俪尚螜C(jī)按照這些輪廓圖，分層沉積材料，成形一系列二維截面薄片層。快速成形機(jī)使片層與片層之間相互黏結(jié)，將這些片層順序堆積成三維工件實(shí)體。由于 增材制造法通過(guò)三維至二維的轉(zhuǎn)化使工件的成形大為簡(jiǎn)化，因此只需傳統(tǒng)切削加工 30%至 50%的工時(shí)和 20%至 35%的成本，就能直接制作復(fù)雜的三維工件，在機(jī)械制造業(yè)引起了巨大的反響，曾經(jīng)被譽(yù) 為制造業(yè)的一場(chǎng)革命。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 在這 20 多年的努力下，實(shí)現(xiàn)快速成形工藝的關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)有 5 種商品化，即：激光固化式（ 激光燒結(jié)式（ 貼片刻寫(xiě)式（ 噴墨黏粉式（ 3熔融擠壓式（ 形式的快速成形機(jī)。在這 5 種快速成形機(jī)中，前 3 種都是用激光束使材料逐層成形，本篇論文所設(shè)計(jì)的題目是基于激光燒結(jié)式，即用激光束燒結(jié)材料使之成為三維工件的快速成形機(jī)?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)鋪粉裝置，實(shí)現(xiàn)了粉末鋪覆的自動(dòng)化和鋪粉厚度、粉末層密度大小的精確控制，目的是使生成的金屬構(gòu)件在精度及物理性能上達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求水平。 究目的和意義 金屬成形精度和密度是快速成形技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，近年來(lái)，集中先進(jìn)的激光技術(shù)粉體技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的選擇性激光燒結(jié)工藝日漸成熟， 需模具就可將金屬和非金屬粉末直接逐層燒結(jié)成近凈形致密零件，在汽車造船機(jī)械航空與航天等諸多領(lǐng)域逐漸得到廣泛應(yīng)用。 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)有如下的特點(diǎn)： （ 1） 材料選擇廣泛。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。 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。 （ 2） 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%。 （ 3） 工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。與其他原型制造工藝（如 ）， 形無(wú)須研究專門(mén)的廢料清除工藝。 （ 4） 具有廣闊的應(yīng)用前景。 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。從從目前的國(guó)內(nèi)外 術(shù)的研究情況來(lái)看，覆膜砂，石蠟粉以及塑料粉三種材料的激光 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(chǎng)。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)尚處在研發(fā)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)。 在本論文中所設(shè)計(jì)的選擇性激光燒結(jié)機(jī)械系統(tǒng)中鋪粉裝置，它是對(duì)選擇性激光燒結(jié)成形質(zhì)量是有重大的影響，它實(shí)現(xiàn)了粉末鋪覆的自動(dòng)化和鋪粉厚度，粉末層密度大小的精確控制，目的是使生成的金屬構(gòu)件在精度及物理性能上達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的水平。 鋪粉裝置的特點(diǎn)： （ 1）整套裝置利用了機(jī)械部件與電氣元件的組合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，提高可工作 效率與自動(dòng)化程度。 （ 2）鋪粉裝置機(jī)構(gòu)裝配簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 （ 3）粉末層的密度可以根據(jù)所用粉末材料的特性通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，擴(kuò)大了快速成形機(jī)的使用范圍。 對(duì)成形工件質(zhì)量，是否符合用戶所要求，在未來(lái)增材制造技術(shù)中將會(huì)越來(lái)越受到重視，隨著選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成熟，我們對(duì)產(chǎn)品的要求會(huì)越來(lái)越高，而對(duì)影響工件的質(zhì)量的各種因素將會(huì)越來(lái)越受到科研學(xué)者的重視，而鋪粉裝置僅是其中的因素之一，而且它也有很多改進(jìn)的地方，所以，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，它的意義是非常重大的。 激光選 區(qū)燒結(jié)工藝 又稱選擇性激光燒結(jié)，它是采用紅外激光作為熱源來(lái)燒結(jié)粉末材料，并以逐層堆積方式成形三維零件的一種快速成形技術(shù)。 藝的基本思想是基于離散 現(xiàn)從三維（ 型到實(shí)體原型 /零件的轉(zhuǎn)變。選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)的原理如下： （ 1） 在計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)零件模型的離散過(guò)程。首先利用 術(shù)構(gòu)建被加工零件的三維實(shí)體模型；然后利用分層軟件將三維 一薄片稱為一個(gè)分層，每個(gè)分層具有一定的厚度，并包含二維 輪廓信息，即每個(gè)分層實(shí)際上是 用掃描軌跡生成軟件將分層的輪廓信息轉(zhuǎn)化成激光的掃描軌跡信息。 （ 2） 在 形機(jī)上，實(shí)現(xiàn)零件的層面制造。堆積成形的過(guò)程：首先在成形缸內(nèi)將粉末材料鋪平，預(yù)熱之后，在控制系統(tǒng)的控制下，激光束以一定的功率和掃描速度在鋪好的粉末層上掃描。被激光掃描過(guò)的區(qū)域內(nèi)，粉末燒結(jié)成具有一定厚度的實(shí)體結(jié)構(gòu)。激光未掃描的地方仍然是粉末，可以作為下一層的支撐并能在成形完成后去除，這樣得到零件的一層。當(dāng)一層截面燒結(jié)完成后，供粉活塞上移一定距離，成形活塞下移一定距離，通過(guò)鋪粉操作，鋪上一層粉末材料。 繼續(xù)下一層的激光掃描燒結(jié)，而且新的燒結(jié)層與前 面已成形的部分連接在一起。如此逐層地添加粉末材料，有選擇地?zé)Y(jié)堆積，最終生成三維實(shí)體原型或零件。 （ 3） 全部燒結(jié)完成后，要做一些后處理工作，如去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨，烘干等處理便獲得原型或零件。 激光選區(qū)燒結(jié)快速成形設(shè)備的主要構(gòu)成機(jī)械主體部分光路系統(tǒng)控制系統(tǒng)冷卻裝置輔助加熱裝置等部分組成。 下面簡(jiǎn)單介紹各個(gè)部分的組成： 機(jī)械主體部分 （ 1） 機(jī)架 用于支撐設(shè)備的其他部分。 （ 2） 工作平臺(tái) 用于安裝鋪粉機(jī)構(gòu)和活塞缸，同時(shí)作為它的安裝基面。 （ 3） 鋪粉機(jī)構(gòu) 有滾輪式和刮板式兩種。作用是不斷提供成形用的粉末并將粉末鋪平。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 滾輪式在直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將供粉缸中的粉末送至成形缸，并使平面平整。對(duì)于大多數(shù)粉末材料，滾輪式結(jié)構(gòu)的鋪粉效果優(yōu)于刮板式結(jié)構(gòu)。 （ 4） 供粉系統(tǒng) 有活塞頂出式和漏斗下料式兩種。無(wú)論何種方式，成形時(shí)每次的送料量均應(yīng)大于成形室的單層成形體積。 （ 5） 集料箱 用于收集鋪粉過(guò)程中多鋪的粉料和卸料。 （ 6） 通風(fēng)除塵機(jī)構(gòu) 光路系統(tǒng) （ 1） 激光器 在 大輸出功率為 50W，其特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，效率高，結(jié)構(gòu) 緊湊，輸出穩(wěn)定，可靠性高，易于控制。 （ 2） 反射鏡 將激光束導(dǎo)入聚焦系統(tǒng)。 （ 3） 擴(kuò)束聚焦系統(tǒng) 為了得到較小的聚焦光斑。 （ 4） 掃描器 （ 5） 指示光源 由于加工用的激光束是不可見(jiàn)光，不便調(diào)試和操作，引入可見(jiàn)光，能夠清晰看見(jiàn)激光光路，便于各光學(xué)元件的定位 （ 6） 光束合成器 控制系統(tǒng) 形機(jī)的控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和多快控制卡組成。其基本過(guò)程是由計(jì)算機(jī)控制鋪粉機(jī)構(gòu)，將粉末均勻地鋪在燒結(jié)面上，然后控制激光器和掃描器，使激光束在燒結(jié)面上掃描。完成一層的燒結(jié)后，燒結(jié)面下降一段距離，完成一次燒結(jié)過(guò)程。不斷重復(fù)，最終就燒結(jié)成了三維實(shí)體。 一般情況下鋪粉裝置有多臺(tái)伺服或步進(jìn)電機(jī)，其中有控制供料缸和成形缸的，一種用于驅(qū)動(dòng)鋪粉小車作水平運(yùn)動(dòng)，一臺(tái)用于鋪粉小車的滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)各步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。 987年在其碩士論文中提出，之后美國(guó)的 司于 1992 年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備 著研究的不斷深入，特別是激光束控制技術(shù)的突破，美國(guó)的 國(guó)的 司，比利時(shí)的 學(xué)，英國(guó)的 司，我國(guó)的北京隆源自動(dòng)化成型有限公司，南京航空航天大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)，華北工學(xué)院和華中科技大學(xué)等單位研發(fā)的 能不斷完善，性能不斷提高。 按 個(gè)階段： 1）利用 前的燒結(jié)設(shè)備和工藝大多處于這一階段，所用的材料是聚合物，低熔點(diǎn)金屬或陶瓷的包覆粉末（或陶瓷與聚合物的混合物）； 2）利用 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 點(diǎn)金屬材料（如鈦合金，鎳合金等），這是 重要發(fā)展方向 之一。 國(guó)外許多快速成形系統(tǒng)開(kāi)發(fā)公司和使用單位對(duì)快速成形材料進(jìn)行了大量的研究，開(kāi)發(fā)出了多種適合于快速成形工藝的粉末材料。美國(guó)的 司于 1993 年推出了造技術(shù)，在 統(tǒng)中燒結(jié)表面包覆樹(shù)脂材料的鐵粉，初次成形零件后，置入銅粉中再一起放入高溫爐進(jìn)行二次燒結(jié)制造出注塑模具，此模具 250系統(tǒng)。該系統(tǒng)所使用的由不同金屬粉末組成的混合粉，適用于制作滾軸和注塑模具。日本大阪大學(xué)焊接研究實(shí)驗(yàn)室的 等用激光焊接技術(shù)，成功制備出高精度高分子材料工件，也可以制備具有高致密度但表面精度稍差的金屬件，與此同時(shí)， 粉末材料的研究也取得進(jìn)展，粉末的品種越來(lái)越多。 目前，在國(guó)內(nèi)，正在逐漸運(yùn)用于生物應(yīng)用領(lǐng)域，采用 體化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)植入體及組織工程支架，并可通過(guò)調(diào)整 現(xiàn)對(duì)生物醫(yī)用材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的控制，只生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有重大的價(jià)值，比如在當(dāng)前北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院正在研究采用 法制備生物醫(yī)用的多空金屬材料，已經(jīng)取得 了一定的成果，所以，這可以說(shuō)明，利用 方便地制備利用細(xì)胞粘附和長(zhǎng)入的表面粗燥且多孔的金屬材料，尤其是生物相容性和力學(xué)性能優(yōu)良的鈦及鈦合金材料，這將是 當(dāng)前，在基于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的基礎(chǔ)上，也提出了一種密排電阻絲燒結(jié)這種新型快速成形方法 一種新的成形過(guò)程中的加熱方法。意義就在于替代價(jià)格昂貴的激光器，可以大大減小成型設(shè)備成本，并且可以整截面層同時(shí)燒結(jié)成型，具有區(qū)別于其他快速成形技術(shù)的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。如果這項(xiàng)技術(shù)得到推廣，那么它將在快速成形技術(shù)又將是 一大亮點(diǎn)，使得未來(lái)的快速成形技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。） 總而言之，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)是當(dāng)前較成熟的快速成形方法之一，它在航空，航天，醫(yī)用等領(lǐng)域逐漸得到重視，這在我們國(guó)家建立節(jié)約型，環(huán)境友好型的中國(guó)將會(huì)具有重大的意義，它值得我們的科學(xué)家，研究者去研究，去普及，去推廣到更多的領(lǐng)域。 目前市場(chǎng)上 型機(jī)產(chǎn)品很多，但從成型過(guò)程來(lái)看，其原理大體分為兩種。一種是 另一種是以 面就以這兩種為例，分別加以介紹 成型系 統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)在一個(gè)封閉的成型室中安裝兩個(gè)剛體活塞結(jié)構(gòu)。一個(gè)用于供粉，另一個(gè)用于成型。成型過(guò)程開(kāi)始前，用于紅外線板將粉末材料加熱之恰好低于燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度。成型開(kāi)始時(shí)，供粉缸內(nèi)活塞上移一給定量，而成型缸內(nèi)活塞下一相同量。鋪買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 粉滾筒將粉料均勻的鋪在成型缸的加工面上。激光束在計(jì)算機(jī)控制下以給定速度和能量對(duì)第一層信息進(jìn)行掃描。激光束掃過(guò)之初粉末被燒結(jié)，固化為給定厚度的一層，為燒結(jié)的粉末被用來(lái)作為支撐。這樣，零件的第一層制作出來(lái)了 。 而后，供料缸，成型缸分別重復(fù)操作上述動(dòng)作。激光束按第二層信息掃描，被燒結(jié)的粉末未固化成第 二層。如此反復(fù)至完成。如圖所示 圖 1 在 結(jié)固化過(guò)程與 鋪粉方式有所不同。粉末的鋪撒是有一個(gè)槽型噴嘴實(shí)現(xiàn)的，其導(dǎo)向跟蹤板的輪廓被設(shè)計(jì)成當(dāng)噴頭從一邊偏向另一邊是保持噴力的方向始終垂直于工作面。噴頭側(cè)面設(shè)計(jì)有刮刀裝置。 圖 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 本 章是全文的前言部分： 1，本文的課題來(lái)源，背景，是來(lái)自于當(dāng)前前沿制造技術(shù)的部分，增材技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)一個(gè)很好的發(fā)展趨勢(shì)，因此，這要求我們科研者具有開(kāi)拓創(chuàng)新精神，致力于該方向的研究。 2，研究的目的和意義，本文主要是對(duì) 造技術(shù)的鋪粉裝置的設(shè)計(jì)，它對(duì)成形工件的質(zhì)量的影響是十分重大的，它的改進(jìn)，優(yōu)化或者設(shè)計(jì)創(chuàng)新對(duì)以后 在增材制造技術(shù)領(lǐng)域或有很多重大的突破。 3， 速成型技術(shù)的當(dāng)前背景和研究現(xiàn)狀以及它的鋪粉裝置的當(dāng)前的研究的現(xiàn)狀。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 2 選擇性激光燒結(jié)的鋪粉裝置設(shè)計(jì) 選擇性激光燒結(jié)快速成型機(jī)主要由數(shù)據(jù)處理和成型執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分組成。數(shù)據(jù)處理部分包括根據(jù)三維模型構(gòu)建加工軌跡的離散過(guò)程軟件，并由與快速成型機(jī)配套的計(jì)算機(jī)處理。成型執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分根據(jù)離散后的信息由數(shù)控設(shè)備來(lái)完成執(zhí)行和控制加工過(guò)程。本文對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即鋪粉裝置進(jìn)行了兩種方案的構(gòu)思，所設(shè)計(jì)方案如下所示 選擇性激光燒結(jié)快速成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理如下圖，由工作臺(tái)，鋪粉裝置，激 光器，激光光路發(fā)生系統(tǒng)外加輔助系統(tǒng)組成。鋪粉裝置主要由伺服電機(jī)，滾珠絲杠，鋪粉軋筒，工作缸體，齒輪和齒條等組成。 在燒結(jié)前或燒結(jié)過(guò)程中，把要燒結(jié)的粉末倒入供粉缸 8中，根據(jù)工藝要求對(duì)供粉缸8 進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度用溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并能進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制。待供粉缸中的粉末達(dá)到預(yù)定的預(yù)熱溫度后，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制鋪粉軋筒 3由供粉缸 8向成形缸9移動(dòng)，把供粉缸的活塞 6頂起的一定量的粉末均勻，平整地鋪在成型缸 9的工作面上，激光開(kāi)始掃描燒結(jié)。如此循環(huán)往復(fù)，層層堆積直至整個(gè)零件 4完成為止。在這一工作過(guò)程中，密封裝置使工作 腔保持密封，其作用一是保持工作具有恒定的溫度；二是保證粉末只在工作腔內(nèi)活動(dòng)，余料回收方便；三是避免燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng)。 圖 2型機(jī)構(gòu)工作原理圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 1,齒輪 2，工作臺(tái) 3，鋪粉軋筒 4，工件 5，激光發(fā)生器 6，活塞 7，滾珠絲杠 8，供粉缸 9，成形缸 10，伺服電機(jī) 圖 2鋪粉裝置的結(jié)構(gòu) 該鋪粉裝置的工作原理和第一種方案基本是差不多，但是它在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中未選擇用聯(lián)軸器連接而是選擇使用齒輪傳動(dòng)，而且在成形缸的右側(cè)設(shè)置了廢料回收缸，以便能夠節(jié)約材料，讓材料得到充分利用。其結(jié)構(gòu)如下圖所示 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 圖 2粉裝置的機(jī)構(gòu) 案的比較及最終選擇 方案一與方案二的比較分析得知，方案一裝配簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，粉末層的密度可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，方案二結(jié)構(gòu)雖復(fù)雜，但從節(jié)約原材料的角度去考慮，而且齒輪傳動(dòng)工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)效率高，所以方案二是一個(gè)可行性方案。 通過(guò)比較，選擇設(shè)計(jì)方案二，進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證。 計(jì)方案的要求： 工作內(nèi)容和要求： 成型空間： 300 300 300大成型件的重量約為： 5結(jié)深度 /托盤(pán)的層間下降距離： 方向的定位精度： 章總結(jié) 本章主要是對(duì)鋪粉裝置整體的一個(gè)構(gòu)思，通過(guò)分析比較，確定最終的選擇方案，而且所設(shè)計(jì)的方案主要是在本文第一章所闡述的 的鋪粉裝置，的鋪粉裝置，而國(guó)外選擇的多是 的鋪粉裝置。所以鑒于此，選擇嘗試設(shè)計(jì) 的鋪粉裝置。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 3 鋪粉裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī) 主機(jī)主要由成型工作缸，廢料回收缸，鋪粉輪筒裝置，送料工作缸，激光器振鏡式動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)，機(jī)身與機(jī)殼等組成。 型工作缸 在缸中完成零件的加工，工作缸每次下降的距離及為層厚。零件加工完后，缸升起時(shí)，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(dòng)，絲杠轉(zhuǎn) 動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母上下移動(dòng)，通過(guò)連接件從而使活塞作上下運(yùn)動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)如下圖 圖 3動(dòng)部件 結(jié)構(gòu)尺寸：底為直徑 400 毫米的圓形，高為 300 毫米。 杠的設(shè)計(jì) 杠的類型的確定 滾珠絲杠副的組成及其特點(diǎn)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 滾珠絲杠副是一種新型的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件一滾珠。它由絲杠，螺母，滾珠和反向器四部分組成。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返向通道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合通路。 與滑動(dòng)絲杠副相比較，滾珠絲杠副除上述的優(yōu)點(diǎn)外，還具有軸向剛度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)可逆性，在用作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)措施。 從作用上來(lái)看，兩者相同 從應(yīng)用上去看，滾珠絲杠多用于數(shù)控機(jī)床，定位工作臺(tái)。而 滑動(dòng)絲杠一般僅用于傳遞力，無(wú)較高定位要求不長(zhǎng)的場(chǎng)合。 基于選擇性激光燒結(jié)的快速成型技術(shù)的鋪粉裝置的設(shè)計(jì)要求，定位精度要較高，因?yàn)闈L珠絲杠副更適合于此。 杠的設(shè)計(jì) 絲杠的導(dǎo)程計(jì)算： m a xm a （ mm/ r/ 動(dòng)比，從輸出端（馬達(dá)）至輸入端（絲杠）的傳動(dòng)比。 通過(guò)對(duì)已知條件的比較， 初步選定絲杠導(dǎo)程為 4 絲杠螺母位置簡(jiǎn)圖如下： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 圖 3滾珠絲杠 (1) 滾珠絲杠進(jìn)給力的計(jì)算 在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，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(duì)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(shí)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(wàn)轉(zhuǎn)后，不產(chǎn)生 點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載成為滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷。 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給力主要包括上下運(yùn)動(dòng)件及成型原料的重力和運(yùn)動(dòng)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(duì)于活塞，牽引力可由下式計(jì)算： Fx+f() 式中 N f N 由于此設(shè)計(jì)采用的運(yùn)動(dòng)件摩擦較小，所以 f= f= （ 2） 滾珠絲杠的剛度計(jì)算 1 軸向總剛度 滾珠絲杠傳動(dòng)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 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 圖 3杠傳動(dòng)副 公式： 1/+1/（ N/m） 承軸承剛度（ N/m） 杠剛度（ N/m） 母剛度 （ N/m） 向負(fù)荷 （ N） 2 支 承剛度 支 = F a/ 向彈性變形量 （ m ） 承軸承剛度 a/ 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 （ N/m ） 向負(fù)荷 （ N） 承軸承彈性變形量（ m ） 3 螺母剛度 在多數(shù)情況下，絲杠剛度 遠(yuǎn)小于螺母的剛度 至 5倍。 有預(yù)加載荷的螺母剛度 當(dāng)檢測(cè)預(yù)緊載荷 0%及軸向載荷 ，螺母剛度為系列表中剛度值的 80%，若預(yù)緊載荷 0%時(shí)，則剛度計(jì)算如下： 1 / 30 . 8 母剛度（ N/m ） R 列表中的剛度值（ N/m ） 向負(fù)荷 （ N） 列表中的基本動(dòng)載荷 度計(jì)算系數(shù) =墊片式預(yù)警、 =增大鋼球式預(yù)警 4 絲杠剛度 絲杠剛度 設(shè)計(jì)采用 一端固定支承 圖 3杠支撐 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 211( 0 . 7 0 7 )165 杠剛度（ N/m ） 珠直徑（ 一般來(lái)說(shuō)絲杠在使用時(shí)， 10002m 的伸長(zhǎng)量，因此即使?jié)L珠絲杠的導(dǎo)程經(jīng)過(guò)高精度的加工，也會(huì)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(rùn)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(shí)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(shí)，首先從工作負(fù)載推算出最大動(dòng)負(fù)載，計(jì)算時(shí)可采用滾珠軸承同樣的方法， 從機(jī)械零件得： 3Q 最大動(dòng)負(fù)載 N F 工作負(fù)載 N L 壽命 （以 106位單位） 而壽命 61060 n 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/ 使用壽命時(shí)間 h 查表得 T=15000h 初步計(jì)算導(dǎo)程 L0 活塞最快快進(jìn)速度 mm/ 3600mm/文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 絲杠最大轉(zhuǎn)度 r/ 500r/以 600/1500= 初取 絲杠的轉(zhuǎn)速 m a 0 0 0 3 . 64 = 900 r/以壽命值 666 0 6 0 9 0 0 1 5 0 0 0 8101 0 1 0 考慮到滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中有沖擊振動(dòng)和滾珠絲杠的硬度對(duì) 其壽命的影響，最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算公式為： Q=3L F 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 查表取 微沖擊） 硬度系數(shù) 查表取 滾道實(shí)際硬度 8） Q= 3810 2420 N 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載的值，選取滾珠絲杠 的公稱直徑 6選用的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為 額定動(dòng)載荷為 3390N，符合設(shè)計(jì)要求。具體參數(shù)如下表： 表 3杠設(shè)計(jì)參數(shù) 一般情況下數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)程精度為 （ 4）傳動(dòng)效率的計(jì) 算 根據(jù)機(jī)械原理，絲杠的傳動(dòng)效率可按下式計(jì)算： = 絲杠的螺旋升角 摩擦角 滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f=摩擦角約為 10 ，即型號(hào) 滾珠絲杠尺寸 循環(huán)圈數(shù) 滾珠直徑 螺旋角 動(dòng)負(fù)載 中徑 大徑 導(dǎo)程 6 3 1 33 3390 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 f= 所以 = n00 即滾珠絲杠副效率為 96%。 （ 5） 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(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算 。 （ 6）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 3絲杠固定端 支撐端如下： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 圖 3杠支撐端 輪的設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)中，齒輪作用只是平穩(wěn)安全的傳遞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，及改變傳動(dòng)方向。故而原則上可選 低傳動(dòng)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(duì)閉式單級(jí)直齒圓柱齒輪，傳動(dòng)比 67i= 小齒輪齒數(shù)1z=21，2z=2z=67，傳動(dòng)比 67 i= 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，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。 F a S d 1 T )z 查表得 K= 6 511p 2 8T 9 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 . 7 5 1 0n 9 7 0 公式可知： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 12111. 8 8 3 . 2 ( ) c o 計(jì)算端面重合度 ，則 0 . 7 5Y 0 . 2 5 + 0 . 7 查表選取 d 0 . 7 可得： ； 91 1 0 n j L 6 0 9 7 0 1 ( 2 8 3 0 0 1 5 ) 4 . 1 9 1 0. 3 1 1 0i 查表得： ，選 按齒面硬度均值 51得F l i m 1 F l i m 2 4 5 0 M P a； F l i m 1 N 1m i nF l i m 2 N 2m i nF a 1 S a 1a 2 S a 2 5 0 0 . 8 5 3 0 6 M P . 2 5Y 4 5 0 0 . 8 8 3 1 6 M P . 2 5 . 7 8 1. 5 60 . 0 1 4 1 3 0 6 . 2 5 1. 7 5 3 1 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 25 取F a 1 S a 1 4 1 ，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： 5t 1 F a 1 S a 133t 22d 1 F 12 K T Y Y Y 2 2 2 . 7 5 1 0 0 . 7m ( ) 0 . 0 1 4 1 3 . 2 8 m 0 . 7 2 1 修正tm：t 1 1z 3 . 4 9 m / 1 0 0 0K 1. 1 8. 2K K K K K 1. 5 1. 1 8 1 1. 2 = 2 . 1 2K 2 . 1 2m = m 3 . 2 8 3 . 3 4 查表選取第一系標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4 齒輪主要幾何尺寸： 112212m z 8 4 m md m z 2 6 8 m ( z z ) 1 7 6 m d 5 8 . 8 m 0 m 5 m m校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 1H E H T Z b d u 查表得（按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕） 8 9 P Z 0 Z 0 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 26 按齒面硬度均值 51 中間查出：H l i m 1 H l i m 2 1 0 6 0 M P a選?。?H l i m 1 N 1l i mH l i m 2 N 2l i 9 3 2 M P 9 6 4 M P ； 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得： 5H H 122 2 . 1 2 2 . 7 5 1 0 4 . 1 9= 1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 8 7 9 4 M P a 6 0 8 4 3 . 1 9 接觸強(qiáng)度滿足要求。 圖 3齒輪 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 27 進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì) 用步進(jìn)電機(jī)作為送粉缸和成型缸的驅(qū)動(dòng)裝置 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位 移或角位移的控制電動(dòng)機(jī)，由于步進(jìn)電機(jī)的步距角或轉(zhuǎn)速，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載的影響，不受環(huán)境條件（溫度，壓力，沖擊和振動(dòng)）的限制，僅與脈沖頻率同步，能按控制脈沖的要求立即啟動(dòng)，停止，反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速，它每一轉(zhuǎn)都有固定的步數(shù)，在步丟步的情況下運(yùn)行時(shí)，步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累，并且步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使其優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，基于這些優(yōu)點(diǎn)再結(jié)合本裝置，故采用步進(jìn)電機(jī)。 進(jìn)電機(jī)選擇類型 1，類型的選擇 通常情況下，步進(jìn)電機(jī)分為三種類型 :永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)就是功率??；在斷電的情況 下，有定位轉(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)就是步距大，啟動(dòng)頻率低。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)在于能做成多相，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且經(jīng)久耐用。永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（混合型電機(jī)）。具有步距小和較高頻率，兼控制功率小的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 基于本裝置的要求，提升裝置精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。故通過(guò)比較，選擇采用混合型步進(jìn)電機(jī)。 2，電機(jī)步距角的選擇 一般電機(jī)的一個(gè)步距角對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)定位精度的 1/2,由于 杠導(dǎo)程選擇為 :4初步選擇步距角 選擇 42具體參數(shù)： 絕緣電阻： 500V； 100 絕緣強(qiáng)度： 500V ； 升： 65K； 環(huán)境溫度： 55 ； 絕緣等級(jí)： B 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 28 圖 3機(jī)結(jié)構(gòu) 矩頻特性： 圖 3矩頻特性圖 電機(jī)相數(shù) 4； 電壓 電流 電阻 2； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 29 電感 靜轉(zhuǎn)矩 長(zhǎng)度 33度 40軸長(zhǎng) 8徑 8 料回收缸 廢料回收缸為回收鋪粉是溢出的粉末材料之用。 回收缸的尺寸為 200400400螺栓螺母配合，固定于機(jī)身上。 粉滾筒裝置 包括鋪粉滾筒及其驅(qū)動(dòng)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(dòng)，實(shí)現(xiàn) X 方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。每次工作時(shí)，鋪粉筒先運(yùn)動(dòng)至右限位，而后退回。 圖 3粉滾筒裝置 料工作缸 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，