先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(訴法)

逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書福建工程學(xué)院機(jī)電及自動(dòng)化工程系2013 年7月實(shí)驗(yàn)1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量實(shí)驗(yàn)—、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理、組成及各部分的作用；熟悉三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格；觀察三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作過程，了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量軟件 LKDMIS的基本使用。學(xué)習(xí)平行度、垂直度等位置公差或形狀公差的測(cè)量方法：二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼_描述三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理、組成及各部分的作用；了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量軟件 LKDMIS的基本使用。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高效、新穎的精密測(cè)量?jī)x器。它廣泛使用于機(jī)械制造、儀器制造、電子工業(yè)、航空工業(yè)等各領(lǐng)域。使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可對(duì)直線坐標(biāo)、平面坐標(biāo)以及空間三維尺寸進(jìn)行測(cè)量，可以測(cè)量球體直徑、球心坐標(biāo)、曲線曲面輪廓、各種角度關(guān)系以及凸輪、葉片等復(fù)雜零件的幾何尺寸和形狀位置誤差。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量精度高，速度快，軟件功能強(qiáng)大，是測(cè)量行業(yè)不可或缺的高級(jí)儀器。四、 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成及工作原理圖1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成圖1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成1.工作臺(tái)2.移動(dòng)橋架3.中央滑架4.Z軸5.測(cè)頭6.電子系統(tǒng)（1）機(jī)械系統(tǒng)：一般由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。如圖 1所示結(jié)構(gòu)中，X向?qū)к壪到y(tǒng)裝在工作臺(tái)上，移動(dòng)橋架橫梁是 Y向?qū)к壪到y(tǒng)，Z向?qū)к壪到y(tǒng)裝在中央滑架內(nèi)。三個(gè)方向軸上均裝有光柵尺用以度量各軸位移值。人工驅(qū)動(dòng)的手輪及機(jī)動(dòng)、數(shù)控驅(qū)動(dòng)的電機(jī)一般都在各軸附近。用來觸測(cè)被檢測(cè)零件表面的測(cè)頭裝在Z軸端部。（2）電子系統(tǒng)：一般由光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)、測(cè)頭信號(hào)接口和計(jì)算機(jī)等組成，用于獲得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理I,II，…，mm為測(cè)量的截面三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是基于坐標(biāo)測(cè)量的通用化數(shù)字測(cè)量設(shè)備。它首先將各被測(cè)幾何元素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)這些幾何元素上一些點(diǎn)集坐標(biāo)位置的測(cè)量，在測(cè)得這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置后，再根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算求出其尺寸和形位誤差。如圖I,II，…，mm為測(cè)量的截面壁上三個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)1、2、3）,則根據(jù)這三點(diǎn)的坐標(biāo)值就可計(jì)算出孔的直徑及圓心坐標(biāo) OI;如果在該截面內(nèi)觸測(cè)更多的點(diǎn)（點(diǎn) 1,2,…，n,n為測(cè)點(diǎn)數(shù)），則可根據(jù)最小二乘法或最小條件法計(jì)算出該截面圓的圓度誤差；如果對(duì)多個(gè)垂直于孔軸線的截面圓圓數(shù)）進(jìn)行測(cè)量，則根據(jù)測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)值可計(jì)算出孔的圓柱度誤差以及各截面圓的圓心坐標(biāo)，再根據(jù)各圓心坐標(biāo)值又可計(jì)算出孔軸線位置；如果再在孔端面 A上觸測(cè)三點(diǎn)，則可計(jì)算出孔軸線對(duì)端面的位置度誤差。 由此可見，CMM勺這一工作原理使得其具有很大的通用性和柔性。從原理上說，它可以測(cè)量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)。五、實(shí)驗(yàn)步驟檢測(cè)門25中心01和門25中心02的中心距。實(shí)驗(yàn)步驟如下：將試件1放在測(cè)量平臺(tái)上。建立工件測(cè)量坐標(biāo)系：將坐標(biāo)系的三個(gè)軸的 圖2坐標(biāo)測(cè)量原理方向和坐標(biāo)原點(diǎn)建立在零件上，用于一些同類零件的程序控制自動(dòng)測(cè)量。在試件上分別測(cè)量一個(gè)平面、一條直線、一個(gè)點(diǎn)。約束試件的六個(gè)自由度。在同一Z軸高度上，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓，手動(dòng)采點(diǎn) 8個(gè)，并且報(bào)告兩個(gè)圓的的直徑尺寸。移動(dòng)測(cè)針到被測(cè)圓弧面上方，手動(dòng)采點(diǎn)若干個(gè) （分析為什么采點(diǎn)個(gè)數(shù)不同而造成結(jié)果也不冋？）。2?兩個(gè)圓的中心距離將試件1放在測(cè)量平臺(tái)上。建立工件測(cè)量坐標(biāo)系：在試件上分別測(cè)量一個(gè)平面、一條直線、一個(gè)點(diǎn)。約束試件的六個(gè)自由度。測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓的中心矩。報(bào)告兩個(gè)圓的中心距離。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果填好如下表格項(xiàng)目圓直徑測(cè)量值中心距測(cè)量值①25(01)①25(02)項(xiàng)目①25（01）圓直徑測(cè)量值①25(02)3點(diǎn)8點(diǎn)①25(02)圓

的圓柱度七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)的步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2?對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用于什么樣的場(chǎng)合？測(cè)量原理如何？實(shí)驗(yàn)2快速原型機(jī)加工實(shí)驗(yàn)—、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)了解快速原型設(shè)備的組成及各部分的作用；熟悉快速原型設(shè)備的主要技術(shù)規(guī)格；觀察快速原型設(shè)備的工作過程，了解其工作原理。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼_描述快速原型設(shè)備的組成及各部分的作用；了解快速原型設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)定；了解SLS方法的工作原理。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備AFS-320MZ/Q自動(dòng)成型機(jī)由機(jī)械主體部分、光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。（1）機(jī)械主體部分由機(jī)架、工作平臺(tái)、鋪粉機(jī)械、活塞缸、集料箱、加熱燈和通風(fēng)除塵裝置組成。工作平臺(tái)用于安裝鋪粉機(jī)構(gòu)和活塞缸。鋪粉機(jī)構(gòu)的作用是將成型粉料鋪平，由兩根密封式導(dǎo)軌、鋪粉車驅(qū)動(dòng)電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)） 、聯(lián)軸器、鋪粉小車和鋪粉車罩組成?；钊子筛左w、活塞、密封圈、精密滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)等組成，其中一個(gè)用于儲(chǔ)備成型粉料和供料，稱為料缸；另一個(gè)用于成型燒結(jié)，稱為成型缸，兩缸結(jié)構(gòu)相同。集料箱用于收集成型過程中多鋪的粉料及卸料。 加熱燈安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌上，其作用是將成型缸表面的粉均勻加熱，以節(jié)省激光能量及減少成型過程中由于受熱不均勻所產(chǎn)生的變形。通風(fēng)除塵裝置由通風(fēng)管路和濾塵箱組成，用于排除工作過程中產(chǎn)生的粉塵和煙霧。成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件有：兩個(gè)活塞缸中的活塞通過精密滾珠絲桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；鋪粉小車通過兩根直線導(dǎo)軌做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；鋪粉輥沿鋪粉方向做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠上均裝有限位裝置，使這些運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)限制在行程范圍之內(nèi)。（2）光學(xué)系統(tǒng)如圖 5所示，用于生成激光并控制其運(yùn)動(dòng)，最終對(duì)粉末材料進(jìn)行選區(qū)燒結(jié)。光學(xué)系統(tǒng)主要部件有激光器、掃射鏡、擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)、掃描器、窗口、光束合成器和指示光源等。圖5AFS-320MZ/Q圖5AFS-320MZ/Q自動(dòng)成型機(jī)光學(xué)系統(tǒng)（3）控制系統(tǒng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。其原理是：計(jì)算機(jī)一方面控制鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉，將成型粉料均勻地鋪在燒結(jié)表面上，另一方面控制激光器和掃描器動(dòng)作，使激光束在工作平面上不斷掃描。完成一層的燒結(jié)后，成型缸活塞下降一定高度，料缸上升一定高度，鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉，系統(tǒng)進(jìn)行新一層的燒結(jié)。不斷重復(fù)上述過程，直至完成整個(gè)零件的加工。鋪粉裝置含有四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)（兩臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)料缸和活塞缸的上下運(yùn)動(dòng)、另兩臺(tái)分別用于驅(qū)動(dòng)鋪粉小車的水平運(yùn)動(dòng)和滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)） ，系統(tǒng)通過AT6400卡對(duì)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。四、工作流程RP技術(shù)的工作原理是：根據(jù)零件的三維 CAD實(shí)體模型，利用專業(yè)切片軟件對(duì)其進(jìn)行切片處理，得到模型每層截面的輪廓，再在快速原型設(shè)備中用激光或其它方法將材料進(jìn)行逐層成型，散、材料堆積。由于通常又稱為層加工（散/堆積的原理，由從而形成零件的原型。 RP技術(shù)的工作原理可簡(jiǎn)單地概括為數(shù)據(jù)離RP技術(shù)是將復(fù)雜三維實(shí)體通過切片轉(zhuǎn)換為二維來加工的，因此LayerManufacturing）。RP技術(shù)打破了傳統(tǒng)的制造模式，利用離CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，快速完成任意復(fù)雜形狀的原型和零件。SLS（選擇性激光燒結(jié)）成型技術(shù)的工作原理如 6所示。在成型時(shí)，鋪粉裝置先在成型缸中鋪上一層粉末材料，然后激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓信息，對(duì)制件實(shí)體部分所在的區(qū)域進(jìn)行掃描，使粉末的溫度升高并達(dá)到熔點(diǎn)，粉末顆粒被熔化而相互粘結(jié)，激光束不斷掃描直至完成一層截面的成型。在該層中，非燒結(jié)區(qū)的粉末未被激光掃描，因此仍然是松散的粉末，這些松散的粉末可作為工件和下一層粉末的支撐。完成一層的成型后，成型缸下降一個(gè)截面層的高度，同時(shí)料缸上升一定的高度，進(jìn)行下一層的鋪粉和掃描燒結(jié)，如此循環(huán)，最終完成整個(gè)制件的成型。選擇性激光燒結(jié)具有成型材料類型多、成型工藝簡(jiǎn)單、成型成本較低等特點(diǎn)。從成型原理上說， SLS成型方法可適用于任何粉末材料，是目前成型材料種類最多的一種快速原型技術(shù)。目前在實(shí)際使用中，工藝較成熟的成型材料有石蠟和塑料，陶瓷、金屬等成型材料由于熔點(diǎn)較高，尚處理研究階段。在 AFS-320MZ/Q自動(dòng)成型機(jī)上,其工作流程如圖7所示。1.零件造型、生成STL文件使用CAD/CAM軟件完成零件的三維實(shí)體造型，并通過數(shù)據(jù)接口輸出 STL文件。應(yīng)該注意的是：進(jìn)行零件造型時(shí)，最終必需用實(shí)體模型來表達(dá)。2.零件切片、生成CLI文件由于RP工藝是按一層一層截面輪廓進(jìn)行加工的，因此加工前必須在三維模型上沿成形高度方向每隔一定的間距進(jìn)行切片處理，以便提取截面的輪廓?？梢哉f，零件切片是快速原型技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。目前常用的切片軟件有 MagicRP、等。下面以MagicRP6.2為例簡(jiǎn)要介紹切片軟件的使用（圖8為MagicRP6.2軟件的用戶界面）。（1）打開文件：在下拉菜單中點(diǎn)擊FiletLoadPart（或按Ctrl+L）,選擇需要打開的STL文件。（2）零件修復(fù)：打開文件后，首先要對(duì)零件進(jìn)行修復(fù)，檢查其是否存在缺陷。按F9，系統(tǒng)彈出零件屬性對(duì)話框， 若對(duì)話框中"BadEdges”或"BadContours”不為零，則說明零件存在缺陷，需要進(jìn)行修復(fù)。在圖9a所示對(duì)話框中點(diǎn)擊 Automatic標(biāo)簽，系統(tǒng)顯示圖9b所示頁(yè)面。點(diǎn)擊“DoAll”選項(xiàng)，系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行修復(fù)計(jì)算。修復(fù)結(jié)束后，再查看零件屬性，若“BadEdges”或“BadContours”為零，則說明零件已沒有錯(cuò)誤；若仍不為零，則需修改參數(shù)，再次進(jìn)行修復(fù)。不斷重復(fù)上述操作，直至“BadEdges”或“BadContours”為零為止。（3）零件編輯：通常包括形狀編輯琴件造型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換■±威STL宜■件割牛賈查II零件敢置］!［零件合并I ［ ||SLS和位置編輯。形狀編輯有零件比例縮放、實(shí)體布爾運(yùn)算等，位置編輯有零件回零、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等。（4）零件切片：在下拉菜單中點(diǎn)擊Slicert選擇SliceAll或SliceSelected對(duì)所有零件或所選零件進(jìn)行切片，設(shè)置切片參數(shù)后（如圖10所示），點(diǎn)擊對(duì)話框“0K”選項(xiàng),系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行切片，切片結(jié)果一般為 CLI文件。注意：如果對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行切片，在切片前需先選取所有零件，然后對(duì)其進(jìn)行合并，完成合并操作后再進(jìn)行切片。3.“iEtf-HsqksfeZftprlcr?4<iTriUtf]*F^Khf| 1In irf|liliIlmi| | 1]rt?I(3HWH1l&WTnan^lXAgrpLyOe.All廣 OhTI*tQ>LIIMF TiM r tri中廠EluLEJ[hx廣.Mr.li:.Rotts|皿LtaPPTaAGAlAtnLAl?AIfeF*廠Eb町LaMeUGHfcjfDI?*fril?M|4*5MIiwctEFbtI]FiKingTools:FFiKingTools圖8MagicRP6.2用尸界面零件?(FixiTcnmals|Trian吐輕Fixer1Anto^(b)SlicerProperties-FisParameters-GapFillIMaximuinpmm]數(shù)據(jù)校核護(hù)輸AFI文件Contour圖J0零件切片Closed運(yùn)行1iArpsi■軟件，打開剛生成的入文件后，在下拉菜單中點(diǎn)擊文件▼（F）t輸出-AFI文件，設(shè)置有關(guān)數(shù)（如圖11所示），完成AFI的輸出。4.工藝設(shè)置、完成原型制作 SLS加工工藝參數(shù)包括激光功率、激光束掃描速度、掃描間距、境溫度、層厚、儲(chǔ)料桶的粉末預(yù)熱度、粉層預(yù)熱溫度、鋪粉棍速度等，些參數(shù)應(yīng)根據(jù)成型材料的特性，結(jié)實(shí)際加工條件綜合考慮。有些參數(shù)設(shè)置在零件切片或輸出 afi文件時(shí)完成（如層厚、掃描間距等），其余數(shù)一般在工控機(jī)上設(shè)置。當(dāng)作好有關(guān)準(zhǔn)備工作后，便可開始加工：FixNormals|Tritingl?FixarAutor|2ditch|mmmmSmoothi確<*■Off廣Nornnsl「H&avyCm總文件，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)該文件進(jìn)行數(shù)據(jù)校核。調(diào)r.AVisrThtrknauu [flIK “圖11輸出afi文件參數(shù)設(shè)置環(huán)溫這合的已參以打開AFSWin軟件，系統(tǒng)將自動(dòng)打開激光器、掃描器和冷卻器；將料缸和成型缸的粉料鋪平；檢查料缸的余料高度是否超過需料高度；將激光器的功率調(diào)節(jié)至20%~25%（需根據(jù)具體情況而定）;移動(dòng)加熱器至成型缸上方，按下加熱器按鈕，開始粉料加熱（一般加熱溫度設(shè)置為92C~96C）