立體光固化造型機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀畢業(yè)論文 答辯通過(guò)】

需要購(gòu)買(mǎi)對(duì)應(yīng) 紙 咨詢(xún) 14951605 買(mǎi)對(duì)應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 摘 要 自 20 世紀(jì) 80 年代中期以來(lái)，光固化快速成型技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用越來(lái)越廣 泛和深入，光固化成型機(jī)的需求也越來(lái)越大。由此，本論文針對(duì) 激光 固化成型機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括： 1、 描機(jī)構(gòu)； 2、 Z 軸升降機(jī)構(gòu)； 3、刮刀機(jī)構(gòu)，并且對(duì)其中的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。 向的平面掃描運(yùn)動(dòng)和 刮刀的水平運(yùn)動(dòng)由原來(lái)的精密同步帶傳動(dòng)改成精密滾珠絲杠傳動(dòng)，使其在行程 較長(zhǎng)時(shí)不出現(xiàn)抖動(dòng)，有利于保證掃描精度，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。采用直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)直接 連接滾珠絲杠，響應(yīng)更加快速準(zhǔn)確，同時(shí)因無(wú)中間部 件，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化， 精度較高。 通過(guò)對(duì)立體激光固化造型機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得其運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)更加合理 和平穩(wěn)，進(jìn)而使其在生產(chǎn)過(guò)程中能夠更好的進(jìn)行生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 立體激光固化 ； 掃描機(jī)構(gòu) ； 快速成型 ； 傳動(dòng) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 需要購(gòu)買(mǎi)對(duì)應(yīng) 紙 咨詢(xún) 14951605 買(mǎi)對(duì)應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 of of to to to of to Y to Z to by a Z to by is is to by to of up or of in in so it 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 . I . 1 章 緒 論 . 1 速原型技術(shù)簡(jiǎn)介 . 1 基本構(gòu)思 . 1 種典型的快速成型技術(shù) . 2 種成型方法簡(jiǎn)介及對(duì)比 . 3 速成型精度概述 . 3 體光固造型 術(shù)原理 . 5 體光固造型 內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平 . 6 體光固造型 用領(lǐng)域 . 6 次設(shè)計(jì)的主要工作 . 7 要設(shè)計(jì)工作 . 7 計(jì)參數(shù) . 7 計(jì)思路及主要問(wèn)題 . 7 第 2 章 向設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 計(jì)任務(wù) . 9 計(jì)參數(shù) . 9 案的分析、比較、論證 . 9 沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 . 10 沖當(dāng)量的確定 . 10 動(dòng)比的確定 . 10 定步進(jìn)電機(jī)步距角 . 10 杠的選型及計(jì)算 . 11 算絲杠受力 . 11 珠絲杠螺母副的選型和校核 . 11 軌的選型及計(jì)算 . 15 選導(dǎo)軌型號(hào) . 15 算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L . 16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 進(jìn)電機(jī)的選擇 . 16 動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量計(jì)算 . 17 需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 . 18 章小結(jié) . 21 第 3 章 Z 方向設(shè)計(jì)計(jì)算 . 22 方向工作臺(tái)設(shè)計(jì) . 22 計(jì)任務(wù) . 22 計(jì)參數(shù) . 22 案的分析、比較、論證 . 22 沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 . 23 沖當(dāng)量的確定 . 23 動(dòng)比的確定 . 23 定步進(jìn)電機(jī)步距角 . 23 杠的選型及計(jì)算 . 24 算絲杠受力 . 24 珠絲杠螺母副的選型和校核 . 24 進(jìn)電機(jī)的選擇 . 28 動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 . 28 需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 . 29 章小結(jié) . 31 第 4 章 刮刀系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 32 板的選擇 . 32 板的材料和移動(dòng)速度對(duì)涂層質(zhì)量的影響 . 33 章小結(jié) . 34 第 5 章 制系統(tǒng) . 35 進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介 . 35 進(jìn)電機(jī)的工作原理及特性 . 35 單介紹 . 35 大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能 . 35 絡(luò)和數(shù)據(jù)通信 . 35 它功能 . 36 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 制原則 . 36 制方法 . 36 程控制 . 36 給速度控制 . 37 給方向控制 . 37 章小結(jié) . 37 結(jié) 論 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 致 謝 . 41 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 本文主要針對(duì)立體激光固化造型機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。按照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)，機(jī)械傳動(dòng)部分參照了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求使立體激光固化造型機(jī)的傳動(dòng)及零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、而且成本低廉、質(zhì)量 可靠、可批量生產(chǎn)，并且促進(jìn)立體激光固化造型機(jī)的普及與發(fā)展，同時(shí)為國(guó)內(nèi)同 類(lèi)機(jī)器的設(shè)計(jì)提供一定的參考。 速原型技術(shù)簡(jiǎn)介 快速原型制造技術(shù) (,簡(jiǎn)稱(chēng) 是先進(jìn)制造技術(shù)的重要分支 0年代后期起源于美國(guó) ,后很快發(fā)展到歐洲和日本 ,可以說(shuō)是近 20 年來(lái)制造技術(shù)最重大進(jìn)展之一 術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)之上 ,將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 各種自由造型 (術(shù)直接結(jié)合起來(lái) ,能以最快的速度將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件 ,從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可能進(jìn)行快速評(píng)價(jià)、測(cè)試、改進(jìn) ,以完成設(shè)計(jì)制造過(guò)程 ,適應(yīng)市場(chǎng)需求 . 基本構(gòu)思 任何三維零件都可看成是許多二維平面沿某一坐標(biāo)方向迭加而成 ,因此可利用分層切片軟件 ,將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的 維實(shí)體模型處理成一系列薄截面層 ,并根據(jù)各截面層形成的二維數(shù)據(jù) ,用粘貼、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段 ,逐層有選擇地固化液體 (或粘結(jié)固體 )材料 ,從而快速堆積制作出所要求形狀的零部件 (或模型 )念 ,先利用 術(shù)作出零件的三維圖形 ,然后對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析 (有限元分析、模態(tài)分析、熱分析等 ) ,再經(jīng)動(dòng)態(tài)仿真之后 ,通過(guò) 一個(gè)后處理 (塊仿真加工過(guò)程 ,所有的要求 均滿(mǎn)足之后 ,形成 件在數(shù)控機(jī)床上加工成形 破了傳統(tǒng)加工中的金屬成型 (如鍛、沖、拉伸、鑄、注塑加工 )和切削成形的工藝方法 ,是一種“使材料生長(zhǎng) 而 不 是 去 掉 材 料 的 制 造 過(guò) 程 ” , 其 制 造 過(guò) 程 的 主 要 特 點(diǎn) 是 : 1、新的加工概念 . 采用材料累加的概念 ,即所謂“讓材料生長(zhǎng)而非去除” ,因此 ,加工過(guò)程無(wú)需刀具、模具和工裝夾具 ,且材料利用率極高 ; 2、突破了零件幾何形狀復(fù)雜程度的限制 ,成形迅速 ,制造出的零件或模型是具有一定功能的三維實(shí)體 ; 3、越過(guò)了 程 ,實(shí)現(xiàn)了 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 無(wú)縫連接 ; 4、 統(tǒng)是辦公室運(yùn)作環(huán)境 ,真正變成圖形工作站的外設(shè)。由于 以快速、自動(dòng)、精確地將 型轉(zhuǎn)化成為具有一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件 ,因此它對(duì)于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、控制風(fēng)險(xiǎn)、提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力 ,都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 . 種典型的快速成 型技術(shù) 1、立體光固造型 稱(chēng)激光立體造型、激光立體光刻或立體印刷 裝置 . 2、 疊層實(shí)體制造 層實(shí)體制造 成形材料是熱敏感類(lèi)箔材 (如紙等 ) ,激光器的作用變是切割 ,激光器先按最底層的 維實(shí)體模型的切片平面幾何信息數(shù)據(jù) ,對(duì)于鋪在工作臺(tái)上的箔材作輪廓切割 ,之后 ,工作臺(tái)下降一層高度 ,重新送入一層 (鋪在底層之上 )材料 ,并用加熱輥滾壓 ,與底層粘牢 ,激光器按對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)作輪廓切割 ,如此反復(fù)直至整個(gè)三維零件制作完成 作的零件不收縮、不變形 ,精度可達(dá) 切 片厚度 3、 選擇性激光燒結(jié) 擇性激光燒結(jié) 生產(chǎn)過(guò)程與 似 ,用 外激光對(duì)金屬粉末或塑料粉末一層層地掃描加熱使其達(dá)到燒結(jié)溫度 ,最后燒結(jié)出由金屬或塑料制成的立體結(jié)構(gòu) . 4、 融積成型技術(shù) 積成型技術(shù) (制造過(guò)程是 ,首先通過(guò)系統(tǒng)隨機(jī)的 件將 型分為一層層極薄的截面 ,生成控制 嘴移動(dòng)軌跡的幾何信息 ,熱頭把熱塑材料 (如聚脂塑料、 等 )加工到臨界狀態(tài) ,在微型機(jī)控制下 ,噴嘴沿著 定的平面幾何信息數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)并同時(shí)擠出半流動(dòng)的材料 ,沉積固化成精確的實(shí)際零件薄層 ,通過(guò)垂直升降系統(tǒng)降下新形成層并同樣固化之 ,且與已固化層牢固地連接在一起 ,由下而上形成一個(gè)三維實(shí)體 制作精度目前可達(dá) 連續(xù)堆積范圍 它允許材料以不同的顏色出現(xiàn) . 5、 其它快速原型制造技術(shù) 直接制模鑄造 源于三維印刷 (3D 速成型技術(shù) 計(jì)好的零件模型裝入模殼設(shè)計(jì)裝置 ,利用微型機(jī)繪制澆注模殼 ,產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到規(guī)定厚度 ,需要配有模芯的模殼組件的電子模型 ,黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 然后將其輸至模殼制造裝置 ,由電子模型制成固體的三維陶瓷模殼 ,露出完成的模殼 ,采用熔模鑄造的一般方法對(duì)模殼最后加工 ,完成整個(gè)加工過(guò)程 ,不需要圖紙 ,就可完成全部加工 . 光屏蔽 (即 以色列 司開(kāi)發(fā) ,該工藝可以在同一時(shí)間固化整個(gè)一層的液體光聚合物 . 藝使用丙烯酸鹽類(lèi)光聚合物材料 ,其制作精度可達(dá)整體尺寸的 ,切片厚度約為 司開(kāi)發(fā)的 產(chǎn)品制作的最大工作尺寸為 508 508 356所用紫外光燈功率為 2每一層循環(huán)約化 90s. 日本三 菱化學(xué)最近推出的三菱化學(xué)快速制模系統(tǒng) ,可將原型直接轉(zhuǎn)換成模具 ,采用稱(chēng)作“金屬補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂制模 (合料” ,制模成本降低為傳統(tǒng)制模的 1/2 ,制模時(shí)間縮短了 1/2 1/3. 奧斯丁的德克薩斯大學(xué)正在研究的高溫選擇激光燒結(jié) (,在取消聚合物粘結(jié)劑方面進(jìn)行了嘗試 ,可利用 青銅 鎳粉兩相粉末 ,采用激光局部熔化低熔點(diǎn)粉 末來(lái)制造模具 種成型方法簡(jiǎn)介及對(duì)比 表 種典型成型工藝的比較 成型 工藝 原型 精度 表面 質(zhì)量 復(fù)雜 程度 零件 大小 材料 價(jià)格 利用 率 常用 材料 制造 成本 生產(chǎn) 效率 設(shè)備 費(fèi)用 高 優(yōu) 中等 中小件 較貴 很高 樹(shù)脂 較高 高 較貴 高 較差 簡(jiǎn)單 中小件 便宜 較差 塑料 低 高 便宜 低 中等 復(fù)雜 中小件 較貴 很高 石蠟 較低 中等 較貴 低 較差 中等 中小件 較貴 很高 金屬 較低 較低 便宜 速成型精度概述 研究成型機(jī)的成型精度，提高成型精度，對(duì)于 術(shù)的推廣和應(yīng)用有很重要的影響。制件誤差的產(chǎn)生原因見(jiàn)圖 1示： 光固化成型由三個(gè)環(huán)節(jié)組成 :前處理、快速成型加工和后處理。 這三個(gè)部分彼此相連，共同完成光固化快速成型過(guò)程。每一環(huán)節(jié)中存在的誤差都會(huì)影響到最終成型零件的精度?？焖俪尚偷木葹闄C(jī)械精度和制件精度。 目前影響快速成型最終精度的主要原因由于下幾個(gè)方面 : 1、 型的前處理造成的誤差 目前，對(duì)于絕大多數(shù)快速成型系統(tǒng)而言，必須對(duì)工件的三維 型進(jìn)行 便得到一系列的截面輪廓。在對(duì)三維 型分層切片前，黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 需作實(shí)體模型的近似處理，即用三角面片近似逼近處理表面，其輸出的數(shù)據(jù)為 件格式，這種格式非常簡(jiǎn)單，便于后續(xù)的分層處理。 式中每個(gè)三角面片只用四個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)表示，即三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)法向矢量，而整個(gè) 型就是這樣一組矢量的集合， 式化用許多小三角面去逼近模型的表面，由于以下原因，它會(huì)導(dǎo)致誤差 : A: 從本質(zhì)上看，三角面的組合，不可能完全表達(dá)實(shí)際表面，所以，誤差無(wú)法避免 ; B: 式化時(shí)，數(shù)據(jù)的沉余量太大，致使所需計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量過(guò)大，從而難于選取更小、更多的小三角面，造近似結(jié)果與實(shí)際表面有更大的誤差 ; C: 另外，在進(jìn)行 格式轉(zhuǎn)換時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些局部缺陷 ，例如，在表面曲率變化較大的分界處，可能出現(xiàn)據(jù)齒狀小凹坑，從而造成誤差。圖 件誤差產(chǎn)生原因 2、成型系統(tǒng)的工作誤差 型機(jī)成型系統(tǒng)的工作誤差按照組成可分為托板升降誤差、 描誤差和樹(shù)脂涂層誤差。托板升降誤差指的是托板的運(yùn)動(dòng)精度，它直接影響層厚的精制 件 誤 差 數(shù)據(jù)處理誤差 成型過(guò)程誤差 后處理誤差 分成切片產(chǎn)生誤差 光斑變化誤差 固化成型誤差 機(jī)器誤差 方向運(yùn)動(dòng)誤差 Z 描誤差 圖層誤差 液位波動(dòng)引起誤差 多光譜造成誤 差 驅(qū) 動(dòng)器 參數(shù)補(bǔ)償誤差 樹(shù)脂收縮引起工件變型 殘留液態(tài)樹(shù)脂不均 勻收縮引起工件變型 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 度 ;描誤差指的是 面掃描系統(tǒng)沿 X, Y 方向的運(yùn)動(dòng)精度，它影響成型零件的尺寸精度和表面光潔度。 3、成型過(guò)程中材料 狀態(tài)引起的翹曲變形 在光固化過(guò)程中，樹(shù)脂由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，此時(shí)單體分子發(fā)生聚合反應(yīng)，分子之間距離改變，相應(yīng)地造成體積收縮。在這個(gè)過(guò)程中，伴有加熱作用，這些因素會(huì)引起制件每層截面的尺寸變化，再加上相鄰層間不規(guī)則約束，以由收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)造成零件在加工過(guò)程中的變形。如加工一懸臂零件 (在懸臂部分不加支撐 )，可以很明顯地看到由于樹(shù)脂收縮而造成的變形。 4、成型之后環(huán)境度化引起的誤差 從成型系統(tǒng)上取下已成型的工件之后，由于溫度、濕度等環(huán)境狀況的變化，工件會(huì)繼續(xù)蠕變并導(dǎo)致誤差。成型過(guò)程中殘留在工件內(nèi)的殘余應(yīng)力也可能由 于時(shí)效的作用而部分消失而導(dǎo)致誤差。 5、工件后處理造成誤差 通常，成型后的工件需進(jìn)行打磨、拋光和表面涂鍍等后處理。如果后處理不當(dāng)，對(duì)形狀尺寸控制不嚴(yán)格，也可能導(dǎo)致誤差。后處理過(guò)程產(chǎn)生的誤差可分為三種 :一是支撐去除時(shí)對(duì)表面質(zhì)量的影響。要求支撐的設(shè)計(jì)必須合理，不多不少。另外一種是殘留液態(tài)樹(shù)脂的固化引起工件的變形。因此在掃描成型時(shí)盡可能使殘留樹(shù)脂為零 ;成型過(guò)程中工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力引起的蠕變也是影響精度的因素之一。設(shè)法減小成型過(guò)程中的殘余應(yīng)力有利于提高零件的成型精度。 體光固造型 術(shù)原理 稱(chēng)激光立體造型、激光立體光刻或立體印刷裝置 。它是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)（ =325功率（ P=30紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對(duì)分子質(zhì)量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。 原理是由 統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)備制造的零件進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì) ,再由專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)切片軟件 統(tǒng)的三維造型切割成若干薄層平面數(shù)據(jù)模型 ,但對(duì)表面形狀變化大和精度要求高的部分應(yīng)切得薄些 ,其他一般部位切得厚些 件再 根據(jù)各薄層平面的 X - Y 運(yùn)動(dòng)指令 ,在結(jié)合提升機(jī)構(gòu)沿 Z 坐標(biāo)方向的間歇下降運(yùn)動(dòng) ,形成整個(gè)零件的數(shù)控加工指令 統(tǒng)中 ,首先是工作臺(tái)下降至液體容器的液面之下 ,對(duì)應(yīng)于 型最下一層切片的厚度處 ,根據(jù)該切片的 平面幾何數(shù)據(jù) ,紫外光照射可固化的液態(tài)樹(shù)脂 (如環(huán)氧樹(shù)脂 ,乙烯酸樹(shù)脂或丙烯酸樹(shù)脂 ) ,在紫外光的作用下 ,因光聚合作用 ,第一層被固化在工作臺(tái)上 ,升降工作臺(tái)下降至第二層切片厚度 ,激光器按照該層切片的平面幾何數(shù)據(jù)掃描黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 液面 ,使新一層液態(tài)樹(shù)脂固化并緊緊粘長(zhǎng)在前一層 已固化的樹(shù)脂上 。 如此反復(fù)“生長(zhǎng)” ,直至形成整個(gè)三維實(shí)體零件 圖 體光固造型 體光固造型 內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平 立體光固造型 法是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型方法 。 目前 ,研究 法的有 3D 司、 司、 F&S 公司、 司、 D - 司、 司、 司、西安交通大學(xué)等 3D 司的 術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上 占的比例最大 ,其設(shè)備自 1988 年推出 250 機(jī)型以后 ,又于 1997 年推出 250 3500 , 5000 三種機(jī)型 ,在技術(shù)上有了長(zhǎng)足進(jìn)步 . 其中 ,3500 和 5000 使用半導(dǎo)體激勵(lì)的固體激光器 ,掃描速度分別達(dá)到 m/ s 和 5m/ s,成型層厚最小可達(dá) 0. 05 此外 ,還采用了一種稱(chēng)之為 新技術(shù) ,該技術(shù)是在每一成型層上 ,用一種真空吸附式刮板在該層上涂 一層 0. 1 待固化樹(shù)脂 ,使成型時(shí)間平均縮短了 20 %999 年推出的 7000 機(jī)型與 5000 機(jī)型相比 成型體積雖然大致相同 ,但其掃描速度卻達(dá) 9. 52m/ s,平均成型速度提高了 4 倍 , 度提高了 1 倍 。 國(guó)內(nèi)對(duì) 術(shù)的研究始于 90 年代初 ,一些高校在其成型理論、控制技術(shù)、成型材料等多方面都進(jìn)行了大量的研究工作 ,取得了顯著成果 00A 型快速成型系統(tǒng) ,已有商品化產(chǎn)品 . 國(guó) 內(nèi)外研究者在 術(shù)的成形機(jī)理、控制制件變形、提高制件精度等方面進(jìn)行了大量研究。 體光固造型 用領(lǐng)域 美國(guó)克萊斯勒公司 (用 藝制成了車(chē)體模型 ,將其放在高速風(fēng)洞中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)分析 ;此外美國(guó) 學(xué)還利用 藝研制了一種桌面成型系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)用于人體軟組織器官模型的建造 。 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 次設(shè)計(jì)的主要工作 要設(shè)計(jì)工作 1、固化用激光掃描裝置設(shè)計(jì)； 2、浸于樹(shù)脂液體中的升降托盤(pán)設(shè)計(jì)； 3、刮刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4、整機(jī)總裝配圖設(shè)計(jì)； 5、部分 硬件控制電路的設(shè)計(jì)。 計(jì)參數(shù) 1、成型空間： 400*400*300、激光頭最大運(yùn)行速度： 80mm/s; 3、激光頭定位精度： 、上拖板、激光聚焦系統(tǒng)以及直線(xiàn)導(dǎo)軌軸等的總重量：約 10、最大成型件重量：約為 10、固化深度 /托盤(pán)的層間下降距離： 、 Z 向定位精度： 設(shè)計(jì)思路及主要問(wèn)題 采用分塊設(shè)計(jì)的思路，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分 X Y 掃描系統(tǒng)， Z 方向工作臺(tái)升降系統(tǒng)，刮刀機(jī)構(gòu)等三部分。 1、 描系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 成型機(jī)的掃描系統(tǒng)采 用高精度的 工作臺(tái)，它帶動(dòng)光纖和聚焦鏡完成零件的二維掃描成型。其結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)掃描頭作 面運(yùn)動(dòng)，掃描范圍為 400復(fù)定位精度 0. 005減輕質(zhì)量，提高響應(yīng)速度，選用鋁材進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選取大扭矩輸出的高頻響應(yīng)電機(jī)。 掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、 描頭、聚焦鏡頭、直線(xiàn)圓柱滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)等組成。由于混合式步進(jìn)電機(jī)具有體積小、力矩大、低頻特性好、運(yùn)行噪音小、失電自鎖等優(yōu)點(diǎn)， X, Y 方向都采用了這種電機(jī)。為減少 X 方向負(fù)載的質(zhì)量，連接板及電機(jī)座采用鋁材。 2、 Z 軸升降系統(tǒng) Z 軸升降系統(tǒng)完成零件支撐及在 Z 軸方向運(yùn)動(dòng)的功能，它帶動(dòng)托板上下移動(dòng)。每固化一層，托板要下降 1 個(gè)層厚。它是實(shí)現(xiàn)零件堆積的主要過(guò)程，必須保證其定位精度。定位精度的好壞直接影響成型零件的尺寸精度、表面光潔度以及層與層之間的粘接性能。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精密滾珠絲杠傳動(dòng)及精密導(dǎo)軌導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 混合式步進(jìn)電機(jī)，配合細(xì)分驅(qū) 動(dòng)電路，與滾珠絲杠直接聯(lián)接實(shí)現(xiàn)高分辨率驅(qū)動(dòng)，省去了中間齒輪級(jí)傳動(dòng)，既減小了尺寸又減小了傳動(dòng)誤差。 成形零件時(shí)，托板經(jīng)常做下降、提升運(yùn)動(dòng)，為了減少運(yùn)動(dòng)時(shí)與托板對(duì)液面的攪動(dòng)，并且 便于成型后的零件從托板上取下，需將托板加工成篩網(wǎng)狀，網(wǎng)孔大小、孔距設(shè)計(jì)要合理，既能使零件的基礎(chǔ)與其能牢固粘結(jié)，又要使托板升降運(yùn)動(dòng)時(shí)最小限度地阻礙液體流動(dòng)。此外，考慮到樹(shù)脂有一定的酸性作用，所以浸泡在樹(shù)脂內(nèi)的材料全部選用鋁合金或不銹鋼材料，一方面防腐 ;另一方面防止普通鋼和鑄鐵對(duì)樹(shù)脂的致凝作用。由于在正常工作在狀態(tài)下，吊梁懸臂較長(zhǎng)，為避免托板 Z 方向上下運(yùn)動(dòng)時(shí)造成吊梁扭曲變形，吊梁采用 2m 不銹鋼板做成中空行管結(jié)構(gòu)的形狀。 3、刮平系統(tǒng) 由于樹(shù)脂的粘性及固化樹(shù)脂的表面張力作用，如僅僅依賴(lài)樹(shù)脂的流動(dòng)而達(dá)到液面平整 的話(huà)，就會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，特別是在固化面積較大的零件時(shí)。刮平運(yùn)動(dòng)可以使液面盡快流平，提高涂層效率。 刮平過(guò)程包括兩個(gè)步驟 :第一步托板下降較大的深度并稍作停頓，這一過(guò)程是為了克服液態(tài)樹(shù)脂與固化層面的表面張力，使樹(shù)脂充分覆蓋已固化的一層，然后上升至比上一層低一個(gè)層厚的位置。第二步刮板按設(shè)定次數(shù)作刮平運(yùn)動(dòng)，其作用是把涂敷在零件表面的多余樹(shù)脂刮掉。刮平后，樹(shù)脂液面并不是完全平整，仍存在著一些波動(dòng)，尚需等待一定的時(shí)間才能平整。等待時(shí)間的長(zhǎng)短要根據(jù)樹(shù)脂的流動(dòng)性、零件尺寸的大小而定。 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 2 章 向設(shè)計(jì)計(jì)算 成 型機(jī)的掃描系統(tǒng)采用高精度的 作臺(tái)，它帶動(dòng)光纖和聚焦鏡完成零件的二維掃描成型。其結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)掃描頭作 面運(yùn)動(dòng)，掃描范圍為 400復(fù)定位精度 0. 005減輕質(zhì)量，提高響應(yīng)速度，選用鋁材進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選取大扭矩輸出的高頻響應(yīng)電機(jī)。 掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、 描頭、聚焦鏡頭、直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)等組成。由于混合式步進(jìn)電機(jī)具有體積小、力矩大、低頻特性好、運(yùn)行噪音小、失電自鎖等優(yōu)點(diǎn)， X, Y 方向都采用了這種電機(jī)。 計(jì)任務(wù) 機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 ， 紙一張。要求重要剖面表達(dá)完整，向視表達(dá)完整，視圖適合標(biāo)準(zhǔn)。 計(jì)參數(shù) 統(tǒng)分辨率 31 10 由靜止到最大快進(jìn)速度過(guò)度時(shí)間 1719工作臺(tái)行程 x 向 400mm y 向 400大快進(jìn)速度 x 向和 y 向 80mm/s 定位精度 案的分析、比較、論證 西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的 型機(jī) 描系 統(tǒng)，其掃描范圍為 250動(dòng)方式采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精密同步帶的方式，其傳動(dòng)較為平穩(wěn)，傳動(dòng)件質(zhì)量比較小，運(yùn)動(dòng)特性好。但工作行程較短，本設(shè)計(jì)掃描范圍 400程較長(zhǎng)，若采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精密同步帶的傳動(dòng)方式，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)掃描的精度不利。故本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的傳動(dòng)方式 ， 中間沒(méi)有其他部件降低傳動(dòng)精度損失，使運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)。 1、 向掃描進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)考慮以下幾點(diǎn)： A工作臺(tái)應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、暫停等功能，因此數(shù)控控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 B在保證一定加工性能的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，以求降低成本。因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 C 縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們各自由各的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、波紋管、絲杠螺母副組成。 D 為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙 。 E 為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌。 2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如下頁(yè)圖 示： 沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 沖當(dāng)量的確定 脈沖當(dāng)量p