機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-桌面級(jí)3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)

桌面級(jí)3DPrinter課程設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：桌面級(jí)3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u總述 5第一章：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6第一節(jié)：總體方案設(shè)計(jì) 61.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 61.2機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 71.2.1X軸方向傳動(dòng)方案 71.2.2Y軸方向傳動(dòng)方案 71.2.3Z軸方向傳動(dòng)方案 7第二節(jié)：同步帶選型 82.1同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用 82.2同步帶的主要結(jié)構(gòu)及分類 82.2.1同步帶的材料 82.2.2同步帶主要類型 82.3同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 92.3.1選定同步帶類型 92.3.2選定帶的型號(hào)和節(jié)距Pb 92.3.3選定帶輪的齒數(shù)z 92.3.4載荷的校核 9第三節(jié)：絲桿螺母選型 93.1絲桿螺母副的工作原理與特點(diǎn) 93.1.1絲桿螺母副的工作原理 93.1.2滾珠絲桿螺母副的特點(diǎn) 103.2絲桿螺母副的主要參數(shù) 113.3絲桿螺母副選型設(shè)計(jì) 11第四節(jié)：聯(lián)軸器選型 114.1聯(lián)軸器分類 114.1.1剛性聯(lián)軸器 114.1.2撓性聯(lián)軸器 114.2聯(lián)軸器的選型設(shè)計(jì) 12第五節(jié)：直線滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與選型 125.1直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的分類及其特點(diǎn) 135.1.1矩形導(dǎo)軌 135.1.2三角形導(dǎo)軌 135.1.3燕尾形導(dǎo)軌 135.1.4圓柱形導(dǎo)軌 135.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型 13第二章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14第一節(jié)：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 141.1系統(tǒng)任務(wù)要求 141.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 151.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 15第二節(jié)：元器件選型 152.1控制器選擇 152.1.1ArduinoUNO控制板參數(shù) 162.2執(zhí)行器（步進(jìn)電機(jī)） 17第三節(jié)：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片 193.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片特點(diǎn) 193.2步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片與步進(jìn)電機(jī)連接圖 203.3Arduino控制板與驅(qū)動(dòng)芯片互連圖 20第四節(jié)：硬件連接圖 214.1Arduino控制板與傳感器、限位開關(guān)、擠出頭等連接圖 214.2整體硬件互連原理圖 224.3硬件互連實(shí)物示意圖 23第三章:軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23第一節(jié)：3D打印的一般流程 23第二節(jié)：軟件系統(tǒng)組成 242.1切片軟件Cura 242.2Repetier-Host軟件 262.3Arduino開發(fā)環(huán)境 27第四章：心得體會(huì) 28第一節(jié)：陳成的體會(huì)感悟 28第二節(jié)：江祺楊的體會(huì)感悟 28第三節(jié)：閆峘宇的體會(huì)感悟 28第四節(jié)：楊東的體會(huì)感悟 29參考文獻(xiàn) 29附件1：日志 30第一節(jié)：陳成的日志 30第二節(jié)：江祺楊的日志 30第三節(jié)：閆峘宇的日志 31第四節(jié)：楊東的日志 32附件2：步進(jìn)電機(jī)參數(shù)及校核 32第一節(jié)：最大靜轉(zhuǎn)矩 32第二節(jié)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩 32第三節(jié)：等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 33第四節(jié)：工作最高轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 33第五節(jié)：?jiǎn)?dòng)頻率、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)時(shí)間 34第六節(jié)：步進(jìn)電機(jī)的校核 34任務(wù)分配表機(jī)械系統(tǒng)的同步帶、絲桿、聯(lián)軸器、導(dǎo)軌選型；控制系統(tǒng)的控制板、驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)選型；獨(dú)立完成設(shè)計(jì)說明書第一章、第二章的書寫；說明書的部分編輯工作。機(jī)械零件的SOLIDWORKS三維建模，合作裝配整體機(jī)構(gòu)，使用AutoCAD生成二維零件圖，以及負(fù)責(zé)部分說明書的編輯。機(jī)械零件的SOLIDWORKS三維建模，以及主要負(fù)責(zé)整體機(jī)構(gòu)的裝配，使用AutoCAD生成二維裝配圖，負(fù)責(zé)部分的結(jié)構(gòu)上的機(jī)械設(shè)計(jì)。固件下載并進(jìn)行參數(shù)的配置，學(xué)習(xí)Arduino開發(fā)環(huán)境、cura、Repetier-Host等軟件，熟悉軟件的參數(shù)設(shè)置和各按鈕功能，軟件部分設(shè)計(jì)說明書的編寫。總述3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。現(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來制造產(chǎn)品。逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來。3D打印機(jī)堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣，可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅(jiān)硬而另一頭柔軟。(=1\*romani)有些3D打印機(jī)使用“噴墨”的方式。即使用打印機(jī)噴頭(擠出頭)將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。然后鑄模托盤下降一定距離（即上一層涂層的厚度），使得下一層涂層能堆疊上來。也有些是使得噴頭（擠出頭）上升一定距離來滿足下一層涂層的噴涂。(=2\*romanii)還有的使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

(=3\*romaniii)還有一些系統(tǒng)使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)，以粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，熔鑄成指定形狀，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。(=4\*romaniv)有的則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒，當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。第一章：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)：總體方案設(shè)計(jì)我們參考DIY項(xiàng)目中3DPrinter的設(shè)計(jì)方案，以下圖1-1作為初步方案，然后根據(jù)設(shè)定打印件尺寸（熱床大小以及Z向高度）來確定設(shè)計(jì)的基本尺寸以及傳動(dòng)方式。我們采用龍門式的設(shè)計(jì)，龍門由一個(gè)橫梁和兩個(gè)立柱構(gòu)成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定型結(jié)構(gòu)機(jī)床剛性好，但不適合加工高大的工件，因?yàn)樵诩庸た拷ぷ髋_(tái)面的工件部位時(shí)，滑枕伸出長(zhǎng)度過大，加工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結(jié)構(gòu)機(jī)床剛性較好，但橫梁升降運(yùn)動(dòng)不能與滑枕上下移動(dòng)聯(lián)動(dòng)，且操作較復(fù)雜；橫梁任意升降型結(jié)構(gòu)橫梁升降運(yùn)動(dòng)可以與滑枕上下移動(dòng)聯(lián)動(dòng)，加工范圍較廣，適合新產(chǎn)品開發(fā)。所以我們采用的是橫梁任意升降型結(jié)構(gòu)。立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，長(zhǎng)期保持高精度。圖1-1機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求桌面級(jí)3D打印機(jī)的打印件是二維薄層（XY平面）沿Z方向堆積形成，因此要求機(jī)械系統(tǒng)能有X、Y、Z三個(gè)方向的自由度。設(shè)定打印尺寸為X=400mm、Y=500mm、Z=300mm即熱床大小，考慮到電機(jī)尺寸和安裝板以及連線所占空間，整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)X方向總長(zhǎng)設(shè)為600mm,Y方向長(zhǎng)度設(shè)為720mm,Z方向長(zhǎng)度設(shè)為600mm。為了減輕重量以及降低載荷考慮，非運(yùn)動(dòng)件材料選擇鋁合金，底座上有升降螺母以用于調(diào)節(jié)平臺(tái)的水平狀態(tài)。1.2機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)1.2.1X軸方向傳動(dòng)方案X軸方向載荷以滾動(dòng)輪與導(dǎo)軌間滾動(dòng)摩擦阻力為主，載荷很輕，采用單個(gè)步進(jìn)電機(jī)結(jié)合同步帶方式驅(qū)動(dòng)——電機(jī)軸與帶輪1直接相連，帶輪1與同步帶配合。將同步帶兩端固定情況下，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而同步帶不能伸長(zhǎng)，因此電機(jī)（包括帶輪、轉(zhuǎn)向輪1、輪2、擠出頭等）就沿著X方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，該方向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度取決于電機(jī)轉(zhuǎn)速和帶輪節(jié)圓直徑。圖1-2同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖1.2.2Y軸方向傳動(dòng)方案Y軸方向載荷也以滾動(dòng)輪與導(dǎo)軌間滾動(dòng)摩擦阻力為主，載荷也不大，采用雙步進(jìn)電機(jī)結(jié)合同步帶方式驅(qū)動(dòng)——電機(jī)軸與帶輪2直接相連，齒輪2與同步帶配合，其傳動(dòng)方式與X軸方向類似。但Y軸方向若采取單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則需將電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中置于X軸方向的正中間，這樣會(huì)使得傳動(dòng)結(jié)構(gòu)以及部分零件變得復(fù)雜，將兩步進(jìn)電機(jī)分別置于X軸方向兩端，采用與X軸方向類似的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以很容易滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。此外Y軸方向阻力明顯大于X軸方向（數(shù)倍），采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以使得選型上X軸方向與Y軸方向采用同類型電機(jī)，便于后面控制系統(tǒng)中硬件的設(shè)計(jì)，同時(shí)還能保證X方向、Y方向幾乎相等的進(jìn)給速度，便于提高控制精度。1.2.3Z軸方向傳動(dòng)方案Z軸方向采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，絲桿帶動(dòng)螺母運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方式。由于在進(jìn)行XY平面打印時(shí)，需要保持Z值不變即自鎖，因此必須選擇絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)方式，而不宜采用齒輪同步帶傳動(dòng)方式。用于整體結(jié)構(gòu)采用龍門結(jié)構(gòu)，因此采用雙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。第二節(jié)：同步帶選型2.1同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用同步帶傳動(dòng)屬于嚙合型帶傳動(dòng)，工作時(shí)，依靠帶的凸齒與帶輪齒槽相嚙合，來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，同步帶與帶輪間沒有相對(duì)滑動(dòng)，從而使主動(dòng)輪與從動(dòng)輪間基本保證無滑差的同步傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)基本結(jié)構(gòu)如左圖所示。同步帶傳動(dòng)主要由小帶輪、大帶輪和同步帶通過帶齒間的嚙合連接而成，同時(shí)還要其他輔件，如張緊帶輪等。同步帶是一根內(nèi)周表面具有等間距齒的封閉環(huán)行傳動(dòng)帶，帶輪則具有相應(yīng)齒的圓輪。而本系統(tǒng)中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)方案如圖1-2，此時(shí)直線運(yùn)動(dòng)速度等于帶輪轉(zhuǎn)速與帶輪分度圓直徑乘積的一半。2.2同步帶的主要結(jié)構(gòu)及分類2.2.1同步帶的材料同步帶主要由橡膠、抗拉體線繩、齒面包布組合而成，其結(jié)構(gòu)如左下圖所示。橡膠使用主要是氯丁橡膠，抗拉線體繩為同步帶主要強(qiáng)力材質(zhì)，它一般用高強(qiáng)度和高韌性的鋼絲繩、芳綸（芳香族聚酰胺）線繩或玻璃纖維制成。齒面包布一般采用加有氯綸或氨綸的耐磨尼龍布（變形紗）。圖1-3同步帶組成圖2.2.2同步帶主要類型1、一般工業(yè)用同步帶一般工業(yè)用同步帶，即梯形齒工業(yè)同步帶。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。2、高轉(zhuǎn)矩同步帶高轉(zhuǎn)矩同步帶，又稱HTD帶（HighTorqueDrive）或STPD（SuperTorquePositiveDrive）。由于其齒形呈圓弧狀，又稱圓弧齒同步帶，它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)，如運(yùn)輸機(jī)械（飛機(jī)、汽車），石油機(jī)械和機(jī)床，發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。3、特種規(guī)格同步帶這是根據(jù)具體機(jī)器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶，如工業(yè)縫紉機(jī)用的、汽車發(fā)電機(jī)用的同步帶傳動(dòng)。4、特殊用途同步帶該種同步帶主要用于滿足適應(yīng)特殊工作環(huán)境而制造的同步帶。2.3同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.3.1選定同步帶類型由于不論在X軸方向還是Y軸方向傳動(dòng)中，載荷都不大，而且對(duì)速度要求也不高，因此選擇一般工業(yè)用同步帶即梯形齒工業(yè)同步帶就可以滿足要求。2.3.2選定帶的型號(hào)和節(jié)距Pb根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速n1,由同步帶選型圖來確定所需采用帶的型號(hào)和節(jié)距。假定Pd=30W，帶輪最高速度n1=200r/min，根據(jù)同步帶選型圖，選擇T5型同步帶。表1-1梯形齒同步帶的型號(hào)和齒形尺寸齒型類別型號(hào)節(jié)距Pb/mm齒高h(yuǎn)f/mm帶高h(yuǎn)s/mm角度/Deg公制梯形齒T551.22.2402.3.3選定帶輪的齒數(shù)z同步帶傳動(dòng)中小帶輪的最小許用齒數(shù)zmin,可按照表來查找。根據(jù)帶型以及帶輪轉(zhuǎn)速，選擇zmin=10,因此小帶輪的節(jié)圓直徑d=z*Pb/pi=10*5/3.14=15.92mm。對(duì)應(yīng)最大速度Vmax=2.3.4載荷的校核由同步帶所帶載荷很小，同步帶抗拉能力較強(qiáng)，而且實(shí)際打印過程平均運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)未達(dá)到最大速度，因此無需校核應(yīng)力，即可認(rèn)定同步帶的符合要求。第三節(jié)：絲桿螺母選型3.1絲桿螺母副的工作原理與特點(diǎn)3.1.1絲桿螺母副的工作原理普通絲桿螺母副沒有滾珠，只是絲桿上外螺紋與螺母的內(nèi)螺紋嚙合傳動(dòng)，將絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動(dòng)；而滾珠絲桿螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)如下圖1-4所示。圖1-4滾珠絲桿螺母副結(jié)構(gòu)圖在絲桿1和螺母2上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道4，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠3.當(dāng)絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自傳又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母（或滾珠絲桿）軸向移動(dòng)。3.1.2滾珠絲桿螺母副的特點(diǎn)（1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲桿螺母副的傳動(dòng)效率為0.92~0.98,比普通絲桿（梯形絲桿）高3~4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲桿的1/4~1/3。（2）能夠預(yù)緊。若給予適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲桿螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載區(qū)，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度，從而使絲桿的定位精度高，剛度好；同時(shí)增加的摩擦力矩相對(duì)不大。而普通絲桿則存在反向間隙，無法消除。（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高。滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作的摩擦力矩差別很小，啟動(dòng)時(shí)無沖擊，低速時(shí)無爬行。而普通絲桿在低速運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)爬行。（4）具有可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋運(yùn)動(dòng)。而一些普通絲桿可以自鎖，直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間不能互相轉(zhuǎn)換。（5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。滾珠絲桿螺母副的表面為高硬度(HRC58~62)、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性，壽命為滑動(dòng)絲桿副的4~10倍以上。（6）制造成本較高。滾珠絲桿和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，由于滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，故制造成本高，價(jià)格往往以長(zhǎng)度mm為單位計(jì)算。（7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲桿，由于其自重和慣性力的作用，下降是當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（8）定位精度和重復(fù)定位精度高。由于滾珠絲桿螺母副摩擦小，溫升少，無爬行、無間隙，通過預(yù)緊可以進(jìn)行預(yù)拉伸的熱膨脹補(bǔ)償，因此能達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。(9)同步性好。用幾套相同的滾珠絲桿螺母副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。（10）可靠性高。潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。3.2絲桿螺母副的主要參數(shù)公稱直徑d0：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)下時(shí)包括滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲桿螺母副的特征尺寸。公稱直徑d0越大，承載能力和剛度越大。對(duì)于普通絲桿公稱直徑d0則表示與絲桿外螺紋的牙頂相重合的假想圓柱面的直徑。基本導(dǎo)程L0：是指絲桿相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。3.3絲桿螺母副選型設(shè)計(jì)從滾珠絲桿螺母副特點(diǎn)可以知道，在垂直方向布置滾珠絲桿螺母副，由于不能自鎖，需要設(shè)計(jì)自動(dòng)制動(dòng)裝置，無形中增加了機(jī)械系統(tǒng)的的復(fù)雜程度。此外對(duì)于桌面級(jí)3D打印機(jī)，其精度要求不高，若采用滾珠絲桿螺母副，費(fèi)用過高，精度利用率不高，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，因此綜合考慮滾珠絲桿與普通滑動(dòng)絲桿的性能，最終選擇普通滑動(dòng)絲桿。普通絲桿選擇M8x1.25mm，其剛度足以承受載荷，由于是單頭螺紋，因此能很好地滿足自鎖要求。第四節(jié)：聯(lián)軸器選型聯(lián)軸器是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要用于來連接軸與軸（或連接軸與其他回轉(zhuǎn)零件）以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。此外，聯(lián)軸器還具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移、緩沖和減震，以及安全防護(hù)等功能。4.1聯(lián)軸器分類4.1.1剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器兩軸軸線的許用相對(duì)位移量甚微，通常的許用相對(duì)徑向位移為0.002~0.05mm，許用相對(duì)角位移在1m長(zhǎng)度上不超過0.05mm。但這類聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)，因此，在需要使兩軸牢固地剛性連接、啟動(dòng)頻繁、速度變化大的場(chǎng)合仍常使用。剛性聯(lián)軸器的主要形式有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等4.1.2撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理如圖1-5所示，壓圈用螺釘與連軸套相連，通過擰緊壓圈上的螺釘，可使壓圈對(duì)錐環(huán)施加軸向壓力。錐環(huán)又分為內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)，它們成對(duì)使用；由于錐環(huán)之間的楔緊作用，壓圈上的軸向壓力使內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)分別產(chǎn)生徑向收縮和脹大的彈件變形，從而消除間隙。同時(shí)，在被連接的軸與內(nèi)錐環(huán)、內(nèi)錐環(huán)與外錐環(huán)、外錐環(huán)與連軸套之間的接合面上產(chǎn)生很大的接觸壓力，就是依靠這個(gè)接觸壓力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩的。為了能補(bǔ)償兩軸的安裝位置誤差（同軸度及垂直度誤差）引起的“干涉”現(xiàn)象，采用柔性片結(jié)構(gòu)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的連軸套相連，通過柔性片傳遞扭矩。柔性片每片的厚度約為0.25mm，材質(zhì)一般為不銹鋼。兩端的位置偏差就是由柔性片的變形來抵消的。采用這種撓性片聯(lián)軸器把電機(jī)與絲桿直接連接，不僅簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且能夠消除傳動(dòng)間隙，提高傳動(dòng)剛度。圖1-5撓性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖4.2聯(lián)軸器的選型設(shè)計(jì)對(duì)于Z軸的步進(jìn)電機(jī)與絲桿連接之間的聯(lián)軸器，優(yōu)于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩都不大，對(duì)精度要求不高，考慮到經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先選用剛性聯(lián)軸器。為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，選用剛性套筒式聯(lián)軸器。具體結(jié)構(gòu)如下圖1-6圖1-6聯(lián)軸器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖第五節(jié)：直線滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與選型直線滑動(dòng)導(dǎo)軌有若干個(gè)平面，從制造、裝備和檢驗(yàn)來說，平面的數(shù)量應(yīng)盡量少。常用的直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面積形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓形，各個(gè)平面所起的作用也各不相同。在矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支承作用，N面是保證直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，J面是防止運(yùn)動(dòng)附件抬起的壓板面；在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支承作用。根據(jù)支承導(dǎo)軌的凹凸?fàn)顟B(tài)，又可以將導(dǎo)軌分成凸形導(dǎo)軌和凹形導(dǎo)軌。其中，凸形三角導(dǎo)軌稱為山形導(dǎo)軌，凹形三角導(dǎo)軌稱為V形導(dǎo)軌。凸形導(dǎo)軌不易存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，但易清楚導(dǎo)軌面的切屑等雜物。凹形導(dǎo)軌易存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，但易落入切屑和雜物，必須設(shè)置防護(hù)裝置。圖1-7各型導(dǎo)軌截面圖5.1直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的分類及其特點(diǎn)5.1.1矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌易加工制造，剛度和承載能力大，安裝調(diào)整方便。矩形導(dǎo)軌中M面起支承兼導(dǎo)向作用，起主要導(dǎo)向作用的N面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需要有間隙調(diào)整裝置。它適用于載荷大且導(dǎo)向精度要求不高的機(jī)床。5.1.2三角形導(dǎo)軌此導(dǎo)軌由M、N面兩個(gè)平面組成，起支承和導(dǎo)向作用，在垂直載荷作用下，導(dǎo)軌磨損后可以自動(dòng)補(bǔ)償，不產(chǎn)生間隙，導(dǎo)向精度高，但仍需設(shè)置壓板面間隙調(diào)整裝置。三角形頂角夾角一般90度。若重型機(jī)床承受載荷大時(shí)，為增大承載面積，夾角可取110~120度，但導(dǎo)向精度差。精密機(jī)床可以采用小于90度的夾角，以提高導(dǎo)向精度。5.1.3燕尾形導(dǎo)軌這是閉式導(dǎo)軌中接觸最少的一種結(jié)構(gòu)，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需要用鑲條調(diào)整。燕尾面（M面）起導(dǎo)向作用。燕尾導(dǎo)軌制造。檢驗(yàn)和維修復(fù)雜，摩擦阻力大，可以承受顛覆力矩，剛度較差，導(dǎo)軌的夾角為55度，用于高度小的多層移動(dòng)部件。5.1.4圓柱形導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌剛度高，易制造，內(nèi)孔可以通過珩磨達(dá)到精密配合，但磨損后間隙調(diào)整困難。它適用于受軸向載荷的場(chǎng)合，如壓力機(jī)、珩磨機(jī)、攻螺紋機(jī)和機(jī)械手等。5.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型各種導(dǎo)軌特點(diǎn)各不相同，選擇時(shí)考慮剛度和承載力，導(dǎo)向精度，工藝性好、制造、檢驗(yàn)都方便，結(jié)構(gòu)緊湊性等因素。對(duì)于桌面級(jí)3D打印機(jī)，矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度不高而且承載能力無法充分利用，而燕尾形導(dǎo)軌則工藝性較差，圓形導(dǎo)軌比較適用于受軸向載荷的場(chǎng)合，因此綜合考慮導(dǎo)向精度、工藝性以及承載能力等因素，選擇三角形導(dǎo)軌。第二章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一節(jié)：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)任務(wù)要求控制對(duì)象如圖2-1所示，主要由Y、Z雙軸控制臺(tái)及安裝在軸端的步進(jìn)電機(jī)，X控制臺(tái)以及安裝在軸端的步進(jìn)電機(jī)，打印機(jī)擠出頭（噴頭）以及安裝在軸端的步進(jìn)電機(jī)組成。X、Y、Z方向都分別安裝兩組限位開關(guān)，一組用于實(shí)現(xiàn)回零操作，另一組用于機(jī)械保護(hù)。此外熱床、擠出頭都需要保證一定溫度，需要進(jìn)行溫度的控制，還有風(fēng)扇對(duì)擠出頭或電源控制箱進(jìn)行散熱。系統(tǒng)可以滿足電動(dòng)和G程序運(yùn)行，其精度為毫米級(jí)。圖2-1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路從系統(tǒng)的控制要求的位移精度為毫米級(jí)出發(fā)，優(yōu)先選擇步進(jìn)電機(jī)，且不需要測(cè)量位移的反饋。此處控制器采用ArduinoUno控制板，用以控制所有的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過USB接口與桌面PC連接，寫進(jìn)控制程序，在桌面PC上實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。熱平臺(tái)以及擠出頭溫度利用ArduinoUNO控制板來進(jìn)行溫度控制。1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-2控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，主要分為模塊：軟件模塊、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊。軟件模塊主要是安裝在PC上的各類軟件，控制模塊主要是ArduinoUno控制板，驅(qū)動(dòng)模塊是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，執(zhí)行模塊主要是步進(jìn)電機(jī)，此外還有電源、傳感器、風(fēng)扇以及擠出頭等。首先通過PC中軟件系統(tǒng)來設(shè)置各種具體參數(shù)，寫入ArduinoUno控制板中，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移來實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸向的運(yùn)動(dòng)，而回零限位開關(guān)獲得信號(hào)傳入ArduinoUno控制板可以在X、Y、Z軸向回零后將步進(jìn)電機(jī)停下，保護(hù)限位開關(guān)可以防止X、Y、Z軸超出行程，溫度傳感器用于測(cè)量熱床、擠出頭溫度從而控制相應(yīng)執(zhí)行件（如風(fēng)扇、熱床、擠出頭）對(duì)應(yīng)端口得電或失電。第二節(jié)：元器件選型2.1控制器選擇控制器選擇ArduinoUNO控制板?？刂破魇钦麄€(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理中心，其運(yùn)算速度和處理能力一定程度上決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。Arduino是一個(gè)開放源代碼的單芯片微控制器，它使用了AtmelAVR單片機(jī)，采用了基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于簡(jiǎn)易輸出/輸入（SimpleI/O）接口板，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。2.1.1ArduinoUNO控制板參數(shù)處理器ATmegaAT328工作電壓5V輸入電壓（推薦）7~12V輸入電壓（范圍）6~20V數(shù)字I/O腳14（其中6路作為PWM輸出模擬輸入腳6）I/O腳直流電流40mA3.3V腳直流電流50mAFlashMemory32KB（ATmega328，其中0.5KB用于bootloader）SRAM2KB（ATmega328）EEPROM1KB（ATmega328）工作時(shí)鐘16MHZ圖2-3Arduino控制板實(shí)物由于給定的ArduinoUNO控制板，只有14個(gè)I/O口，而需要控制的電機(jī)多達(dá)4組，因此使用擴(kuò)展的Arduino控制板，其擴(kuò)展結(jié)構(gòu)原理圖如下圖2-4所示。圖2-4擴(kuò)展的Arduino控制板原理圖2.2執(zhí)行器（步進(jìn)電機(jī)）顯然對(duì)于桌面級(jí)3D打印機(jī)，選擇開環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)就足以滿足精度要求。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移信號(hào)的執(zhí)行元件，每接收一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移與輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比，轉(zhuǎn)向取決于繞組的通電相序。因此，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。先根據(jù)三維模型計(jì)算出等效負(fù)載和負(fù)載的的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。根據(jù)機(jī)械原理，折算到電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為Jeq=j=1Teq=j=1p表2-1步進(jìn)電機(jī)的電氣性能參數(shù)型號(hào)步距角電流電阻電感保持轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引線數(shù)重量機(jī)身長(zhǎng)品牌DegA/mH/NcmgpinkgMm1705HS20DX1.82.01.636512040.663漢德保結(jié)合資料以及他人的項(xiàng)目實(shí)際情況，先選擇漢德保42mm系列2相混合式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)1705HS20DX,步距角為1.8°，最大靜轉(zhuǎn)矩為0.65N?m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為120g.cm2，重量Z軸方向載荷：絲桿——430mm,M8x1.25，0.169kg；聯(lián)軸器——0.053kg；螺母——0.021kg；連接板——0.452kg；X方向橫架——0.635kg；擠出頭連接板1——0.466kg；擠出頭連接板2——0.366kg；連接螺栓若干（5g/個(gè)）設(shè)每一薄層打印物厚度為0.3mm，而絲桿導(dǎo)程為1.25mm，步距角為1.8°，因此脈沖當(dāng)量δ=6.25um，擠出頭每上抬一層需要48個(gè)脈沖，而兩相電機(jī)通電兩次一個(gè)循環(huán)即需要24個(gè)循環(huán)。假定Z軸方向上升速度為0.3mm/s，即通電頻率為24Hz，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=120*假定絲桿下端以及絲桿螺母之間的最大靜摩擦阻力矩M1=0.2Nm，直線位移部分阻力：F=(1+0.3)*(0.452+0.635/2+0.466/2+0.366/2+0.1)*9.8=16.5N，等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq=采用兩相步進(jìn)電機(jī)采用四拍式的通電方式，可以降低電機(jī)換相時(shí)的抖動(dòng)，電機(jī)啟啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T由于上面計(jì)算本來就將阻力矩和阻力認(rèn)為放大，而此時(shí)電機(jī)仍舊能滿足正常啟動(dòng)，因此該類型電機(jī)足以滿足Z軸方向需要。對(duì)比Y方向的阻力情況，受到載荷重量還包括上面兩個(gè)豎直支架等結(jié)構(gòu)，不存在重力型阻力，而摩擦力系數(shù)本來就很小，雖然運(yùn)行速度要高一些（假定3mm/s），但仍舊還是以絲桿與螺母的摩擦阻力矩為主，因此Y軸方向也足以滿足要求。至于X軸方向，其載荷最小，一定能滿足要求。假定Y軸方向速度最大為170mm/s，脈沖當(dāng)量δ=θb360?πd=0.25mm，最大轉(zhuǎn)速nmax=60Vmaxπd=(60*170/3/15.92)=204r/min空載時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為數(shù)千轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)頻率為10^2Hz級(jí)別，而等效到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量本身幾乎與電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差不多，因此總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率與空載時(shí)啟動(dòng)頻率在一個(gè)數(shù)量級(jí)，而這個(gè)值是遠(yuǎn)大于本系統(tǒng)最大運(yùn)行速度所對(duì)應(yīng)的最大頻率，所以步進(jìn)電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)失步情況。第三節(jié)：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片選擇TOSHIBA的TB62206FG步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片。TB62206FG芯片用于驅(qū)動(dòng)兩雙極步進(jìn)電機(jī)，該芯片能承受的最大電壓是40V,最大輸出電流1.8A。其原理圖如圖2-4所示。圖2-6端口功能表注：只有在STANDBY’處在高電平時(shí)，芯片才能工作，只有相應(yīng)輸出端口的ENABLE處于高電平時(shí)，才能有輸出。圖2-5步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片原理圖3.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片特點(diǎn)雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片；內(nèi)置的PWM電流控制；兩相或單相勵(lì)磁；高電壓和電流輸出40V/1.8A；熱關(guān)閉電路，過流保護(hù)電流和重置3.2步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片與步進(jìn)電機(jī)連接圖ENABLEA、ENABLEB、PASHEA、PASHEB分別與Arduino控制板的I/0口相連，STANDBY’置于高電平用來啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片，輸出的OUTB、OUTB’、OUTA、OUTA’分別與電機(jī)兩相線圈相連。芯片本身由電源供電，完成功率放大和環(huán)形分配的功能。圖2-7為芯片與電機(jī)互連圖。圖2-7步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片與步進(jìn)電機(jī)互連圖3.3Arduino控制板與驅(qū)動(dòng)芯片互連圖Arduino控制板的4個(gè)I/O口分別與驅(qū)動(dòng)芯片的ENABLEA、ENABLEB、PASHEA、PASHEB相連，用于控制芯片的輸出。圖2-8Arduino控制板與驅(qū)動(dòng)芯片互連圖第四節(jié)：硬件連接圖4.1Arduino控制板與傳感器、限位開關(guān)、擠出頭等連接圖對(duì)于熱床、擠出頭、電源箱風(fēng)扇等與控制板POWER處5V的輸出端口相連，分別用于加熱熱床、加熱擠出頭、對(duì)電源箱散熱。溫度傳感器用于測(cè)量熱床和擠出頭處溫度，測(cè)得模擬信號(hào)接入控制板的ANALOGIN，當(dāng)溫度存在問題時(shí)，用于控制其他端口得電或失電來控制溫度，而限位開關(guān)則即可與ANALOGIN端口相連也可與I/O口連接，用于控制電機(jī)啟停。如下圖2-8所示，限位開關(guān)只畫出兩個(gè)（分別用于同一方向的回零和保護(hù)作用）。圖2-9Arduino控制板與傳感器等互連圖4.2整體硬件互連原理圖對(duì)于Z軸和Y軸方向采用雙電機(jī)，由相同的4個(gè)I/0口接線控制。圖2-10硬件互連圖4.3硬件互連實(shí)物示意圖圖2-11硬件互連實(shí)物示意圖第三章:軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)：3D打印的一般流程1、使用制圖軟件畫出3D模型，并導(dǎo)出.stl文件，制圖軟件用的最多的有CAD、SolidWorks、openSCAD等。這里我們選用SolidWorks作為制圖軟件。；2、通過切片軟件對(duì).stl文件進(jìn)行切片，轉(zhuǎn)換成GCODE文件（機(jī)器識(shí)別碼），切片軟件用的最多的有Slic3r、Cura，Slic3r軟件有著非常豐富的配置選項(xiàng)，但是它運(yùn)行速度慢，內(nèi)存占用高；而Cura則不同，它的特點(diǎn)是切片速度快，用戶體驗(yàn)好，并且切片的效果并不差，而且隨時(shí)改變參數(shù)設(shè)置后，軟件馬上重新進(jìn)行切片處理，所以這里我們選擇Cura作為我們的切片軟件；3、通過串口/藍(lán)牙傳輸gcode到打印機(jī)控制打印。因?yàn)槲覀兪峭ㄟ^PC來控制打印，這里就需要用到上位機(jī)軟件。用的比較多的上位機(jī)軟件是pronterface，其界面簡(jiǎn)單，操作起來也非常簡(jiǎn)單；還有RepetierHost也比較常用，其界面更加直接，但是操作相對(duì)復(fù)雜些。這里我們選擇的是pronterface軟件。上位機(jī)作用就是讀取由切片軟件生成的gcode文件，并傳輸相應(yīng)的指令給3D打印機(jī)，控制打印。因?yàn)槠溥€有很多手動(dòng)控制功能，在調(diào)試3D打印機(jī)的時(shí)候是不可缺少的。

4、固件燒寫軟件：arduino開發(fā)環(huán)境。整體軟件數(shù)據(jù)流動(dòng)過程如下圖所示。圖3-1軟件數(shù)據(jù)流程圖第二節(jié)：軟件系統(tǒng)組成2.1切片軟件Cura基礎(chǔ)（basic）設(shè)置界面圖3-2切片軟件Cura質(zhì)量（Quality）欄，層高（Layerheight）指切片每一層的高度。這個(gè)設(shè)置最直接影響到打印的速度，很明顯層高越小，打印時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)可以獲得相對(duì)好的打印精度，這里我們選擇層高為0.1mm。外殼厚度（Shellthickness）指模型切面最外層的厚度，通常設(shè)置成噴嘴直徑的倍數(shù)。外殼厚度很大程度上影響了3D打印件的堅(jiān)固程度。開啟回抽（Enableretraction）指的是在兩次打印間隔時(shí)是否將塑料絲回抽，以防止多余的塑料在間隔期擠出，產(chǎn)生拉絲，影響打印質(zhì)量。填充（Fill）欄，底/頂厚度（Bottom/Topthickness）與外殼厚度類似，這個(gè)值和外殼厚度最好接近，并且是層厚和噴嘴直徑的公倍數(shù)。填充密度（FillDensity）指的就是原本實(shí)心的3D模型，內(nèi)部網(wǎng)格狀塑料填充的密度，通常情況下20%的填充密度就足夠了。速度和溫度（SpeedandTemperature）欄，打印速度（Printspeed）指的是每秒擠出多少毫米的塑料絲，這個(gè)值在50~60毫米之間就可以。打印溫度（Printingtemperature）隨使用材料的不同而不同。PLA材料通常將這個(gè)值設(shè)定在185度。熱床溫度（Bedtemperature）設(shè)定在60度。支撐（Support）欄，支撐類型（Supporttype）可以在無支撐（None）、接觸平臺(tái)支撐（Touchingbuildplate）或者到處支撐（Everywhere）之間進(jìn)行選擇。平臺(tái)附著類型（Platformadhesiontype）是指是否加強(qiáng)模型與熱床之間的附著特性。耗材（Filament）欄，這一欄要指定好耗材的直徑，RepRapPrusai3似乎只能使用1.75mm的耗材，因此直徑（Diameter）要改為1.75。流（Flow）這一欄可以設(shè)置擠出塑料量相對(duì)于缺省值的百分比。高級(jí)切片設(shè)置界面圖3-3切片軟件Cura設(shè)置界面擠出頭尺寸（Nozzlesize），把它設(shè)置為你實(shí)際使用的擠出頭尺寸值?；爻椋≧etraction）欄，可以設(shè)定回抽的速度（Speed）和距離（Distance）。保持缺省值就可以。質(zhì)量（Quality）欄中，首層厚度（Initiallayerthickness）一般設(shè)置為與層高一樣就可以，首層線寬（Initiallayerlinewidth）也與3D打印對(duì)象和熱床之間的粘合相關(guān)，一些情況下，可以指定一個(gè)大于100%的值，加強(qiáng)這個(gè)粘合的強(qiáng)度。剪平對(duì)象底部（Cutoffobjectbottom）用于一些不規(guī)則形狀的3D對(duì)象，如果對(duì)象的底部與熱床的連接點(diǎn)太少，也會(huì)造成無法粘合的情況，這時(shí)將這個(gè)值設(shè)置為一個(gè)大于0的值，3D對(duì)象將被從底部剪平，自然可以更好的粘在熱床上了。速度（Speed）欄，就是用來指定各種3D打印階段的打印機(jī)運(yùn)行速度。制冷（Cool）欄，用來控制制冷風(fēng)扇的參數(shù)。這兩欄基本不需要進(jìn)行修改，保持缺省值就好。最后輸出G-code文件。雖然cura軟件也有控制功能，但是其在與固件配合方面有很大的問題，所以這里不能作為控制軟件進(jìn)行使用，所以我們選擇了另外的控制軟件來完成后面的操作。2.2pronterface軟件軟件主界面如下：圖3-4pronterface軟件界面部分按鈕介紹：Watch按鈕用于打印頭和熱床溫度的顯示控制，checktemp用于溫度顯示異常時(shí)的矯正；Extrude用于控制擠出機(jī)擠出動(dòng)作，Reverse控制擠出機(jī)后退動(dòng)作。下面對(duì)打印過程做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：1、通過connect將打印機(jī)與電腦連接；2、點(diǎn)擊各軸較小單位按鈕對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢查；3、點(diǎn)擊loadfile按鈕，加載G代碼；4、點(diǎn)擊加熱頭（Heat）及熱床（Bed）的加熱開關(guān)（set），開始加熱；5、當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，開啟擠出機(jī)風(fēng)扇（在界面右下角命令框輸入M106S200，S200為風(fēng)扇速度的PWM值，最高255，但不能低于150），如果想關(guān)閉則輸入M107，不過開始正式打印時(shí)應(yīng)保持風(fēng)扇的開啟；6、點(diǎn)擊Print，打印機(jī)各軸開始運(yùn)行，打印頭確定原點(diǎn)位置，打印開始。2.3Arduino開發(fā)環(huán)境圖3-5Arduino開發(fā)界面這個(gè)是負(fù)責(zé)固件燒寫的軟件，這里我們選擇了marlin固件。只有將固件燒寫進(jìn)ArduinoUno板子里面，控制軟件才能與打印機(jī)連接。第四章：心得體會(huì)對(duì)這次3D打印機(jī)設(shè)計(jì)，我們采用龍門式傳動(dòng)，其中絲桿螺母副中螺母的設(shè)計(jì)很有特色，既起到直線運(yùn)動(dòng)作用，又支承其整個(gè)X方向重量。Y方向（或X方向）采用同步帶傳動(dòng)方式，一般情況下，同步帶多用于圓運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)，但這次我們將圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成了直線運(yùn)動(dòng)，這是機(jī)械原理中未曾見到的傳動(dòng)方式。當(dāng)然，還有一些細(xì)節(jié)如螺釘（確實(shí)太多）沒有一一畫出，而且阻力也未能準(zhǔn)確地計(jì)算，還有未能實(shí)際動(dòng)手制作實(shí)物都是遺憾，希望今后能親自動(dòng)手做一臺(tái)3D打印機(jī)。第一節(jié)：陳成的體會(huì)感悟經(jīng)歷三周的課程設(shè)計(jì)，于今天告一段落，這次我作為組長(zhǎng)，擔(dān)任分配任務(wù)以及負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分工作。通過學(xué)習(xí)對(duì)Arduino控制板有了一定了解，初步弄明白了各個(gè)端口的功能與作用。個(gè)人認(rèn)為這是學(xué)習(xí)Arduino的基礎(chǔ)，只有明白各個(gè)端口的作用，才能利用Arduino進(jìn)行進(jìn)一步的功能擴(kuò)展。通過課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)以及驅(qū)動(dòng)芯片的作用也有了更為深入了解，知道如何根據(jù)哪些參數(shù)進(jìn)行選擇。更為重要的是，從硬件層面對(duì)控制系統(tǒng)的各器件的連接情況有了一定認(rèn)識(shí)，這于今后的實(shí)踐顯得尤為重要。雖然這次沒有進(jìn)行實(shí)踐的測(cè)試，但對(duì)我全面把握控制系統(tǒng)有很多幫助。此外，我也學(xué)習(xí)了AltiumDesigner軟件的使用，雖然對(duì)電路的知識(shí)掌握還不夠，但已經(jīng)可以通過軟件，畫出簡(jiǎn)易原理圖。作為組長(zhǎng)，我也發(fā)現(xiàn)此次課設(shè)在某些方面確實(shí)存在問題，不過由于精力和能力限制未能改善，但大家還是非常認(rèn)真的做事完成自己的工作。第二節(jié)：江祺楊的體會(huì)感悟經(jīng)過為期三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我感覺我得到了很充分的鍛煉。從接到題目開始的一無所知，之后再找參考資料時(shí)的若有所悟，再和搭檔們一起討論原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到完全了解3D打印機(jī)的工作過程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的這一個(gè)學(xué)習(xí)過程，我確實(shí)收獲不小。然后因?yàn)槲移綍r(shí)擅長(zhǎng)于建模畫圖這方面的工作，而且這個(gè)模型的零部件有點(diǎn)多，于是我就和閆峘宇二人搭檔負(fù)責(zé)建模和畫圖方面的工作。一開始我們小組商討3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)，就決定用龍門式的，之后就沿著這個(gè)思路去設(shè)計(jì)與畫圖。畫三維圖的過程是復(fù)雜的，建模大約用了一個(gè)多星期，之后我們便將三維圖生成二維零件圖和裝配圖。在這整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中，我的畫圖能力得到了鍛煉，能將零件眾多的設(shè)備有條理的裝配起來，并且將機(jī)械設(shè)計(jì)部分的知識(shí)回顧了一遍，鍛煉了我的查閱資料的能力，回顧了以前的知識(shí)并增長(zhǎng)了新的知識(shí)，我想這就是課程設(shè)計(jì)給我?guī)淼氖斋@吧。第三節(jié)：閆峘宇的體會(huì)感悟在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我是被分配機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作，主要做了畫零件圖和裝配圖的工作。經(jīng)過這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我感覺自己的畫圖水平得到了一定的鍛煉，那么多的繁瑣零件和復(fù)雜的裝配也經(jīng)過分析慢慢地畫出來了。也通過查閱資料學(xué)會(huì)了不少關(guān)于桌面級(jí)3D打印機(jī)的知識(shí)。剛開始被通知做這個(gè)課程設(shè)計(jì)的時(shí)候感覺好難，但是通過查閱資料以及和搭檔們的討論，便很快得到一些設(shè)計(jì)思路，我覺得這個(gè)課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作的能力。第四節(jié)：楊東的體會(huì)感悟三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次的課設(shè)是小組合作完成的，所以從開始就讓每個(gè)人都有了自己的任務(wù)，而我主要負(fù)責(zé)控制軟件這一塊。感覺自己還是學(xué)到了很多東西，從對(duì)軟件的完全不了解，到了解各種軟件的優(yōu)劣和對(duì)軟件的最終選擇，再通過網(wǎng)上查閱各種軟件的使用說明和教程，再到可以對(duì)一些常用的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和一些控制按鈕的使用。雖然只對(duì)軟件的部分功能進(jìn)行了學(xué)習(xí)，沒有完全掌握軟件的各種功能，收獲還是不少的。這是我們大學(xué)的最后一個(gè)課程設(shè)計(jì)了，雖然做的不是足夠好，但還是算為大學(xué)課設(shè)劃上了一個(gè)句號(hào)。參考文獻(xiàn)[1]王金娥羅生道機(jī)電一體化設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：北京大學(xué)出版社.2011[2]馮清秀鄧星鐘機(jī)電傳動(dòng)控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2011[3]唐增寶常建娥機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2011[4]吳昌林張衛(wèi)國(guó)姜柳林機(jī)械設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2011[5]黃文愷伍馮杰陳虹Arduino開發(fā)實(shí)站指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2014[6]PatrickHood-DanielJamesFloydKellyBuildYourOwnCNCMachine[M].US:Springer-VerlagNewYork,Inc.[7]徐灝機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1992附件1：日志第一節(jié)：陳成的日志3月2日 完成對(duì)本小組的任務(wù)（機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)）分配；對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況有了大致了解，很多細(xì)節(jié)需要與組員討論，由此確定控制系統(tǒng)的參數(shù)；參考課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，確定需要精細(xì)閱讀。3月3日 深入了解步進(jìn)電機(jī)原理以及主要參數(shù)和選型需要考慮因素；理解步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的原理和功能；仔細(xì)閱讀書籍PrintinginPlasticBuildyourown3DPrinter，了解到軟件的組成分為ReplicatorG、Java、Python以及一些Configuration文件，用于在PC上實(shí)際操作運(yùn)行3DPrinter。3月4日 結(jié)合網(wǎng)站上草圖，與同組成員討論了3DPrinter的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，基本弄明白全部的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；對(duì)于桌面級(jí)3DPrinter本身的精度是毫米級(jí)，因此采用絲桿雙驅(qū)動(dòng)時(shí)沒有進(jìn)行反饋控制。此外運(yùn)行位移精度都是靠步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角位移來決定，沒有閉環(huán)控制。3月5日 與機(jī)械設(shè)計(jì)組員深入討論了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)；完成了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖；了解ArduinoUno控制板的基本結(jié)構(gòu)；搜索了部分驅(qū)動(dòng)器以及步進(jìn)電機(jī)類型的基本情況，正在選型中。3月6日 查找電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)行初步選型；完成對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的部分物理量的估算，正在進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的校核；大致了解Arduino控制板的工作原理，進(jìn)一步了解各個(gè)端口的作用，以及端口連接方式。3月9日 已經(jīng)完成步進(jìn)電機(jī)選型以及校核；完成驅(qū)動(dòng)芯片選擇；初步了解各個(gè)電子器件間的連接情況。3月10日 對(duì)Arduino控制板各個(gè)端口進(jìn)行進(jìn)一步了解；對(duì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片的各個(gè)端口的功能進(jìn)行了解；初步完成硬件部分的互連圖，詳細(xì)部分正在繼續(xù)。3月11日 部分完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書以及控制系統(tǒng)說明書。3月12日 完成機(jī)械傳動(dòng)方案中同步帶的選型；了解滾珠絲桿選型情況，正在綜合考慮。3月13日 綜合考慮滾珠絲桿與普通絲桿的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，完成絲桿選型；了解聯(lián)軸器的類型，完成聯(lián)軸器選型。3月15日 完成導(dǎo)軌選型設(shè)計(jì)；安裝AltiumDesigner軟件，學(xué)習(xí)使用該軟件。3月16日 學(xué)習(xí)利用AltiumDesigner軟件創(chuàng)建Arduino控制板的原理圖以及連接Arduino控制板與驅(qū)動(dòng)芯片、電機(jī)、傳感器、限位開關(guān)等；書寫并修改說明書。3月17日 利用AltiumDesigner完成硬件互連原理圖；設(shè)計(jì)說明書編寫和修訂；完成課程設(shè)計(jì)感想3月18日 說明書修訂以及排版。 第二節(jié)：江祺楊的日志3月4日 今天和小組成員討論3D打印機(jī)X，Y，Z方向上的運(yùn)動(dòng)原理以及整體的一些問題，感覺有了大致思路，還需要細(xì)細(xì)研究。整體的3D打印機(jī)的工作原理已經(jīng)弄清楚了，可以開始著手建模了。3月5日 由于我和小組另一成員之前被分配的是機(jī)械方面的任務(wù)，我們今天開始討論設(shè)計(jì)方案并且開始畫圖。討論分析了網(wǎng)上那人的設(shè)計(jì)方案，在我們力所能及的范圍內(nèi)作了修改，開始著手用solidworks畫圖了。3月6日 今天也沒干別的，就是繼續(xù)畫圖建模。邊畫邊分析，對(duì)3D打印機(jī)的一些結(jié)構(gòu)有了更加明確的認(rèn)識(shí)。3月9日 這幾天都在畫圖，工作進(jìn)度不是很快，零件圖快畫完了，明天開始裝配那些零件圖，這樣子建模的任務(wù)應(yīng)該就在這幾天可以完成了吧。3月10日 今天開始搭裝配圖，花了一白天和搭檔只裝配了一半。估計(jì)是個(gè)大工程，明天還要繼續(xù)。3月11日 今天也是生成裝配圖，裝配圖已經(jīng)做好了，真的很累。明天開始生成工程圖。3月12日 今天畫了零件圖生成的工程圖，有些軟件的新功能沒用過，還在學(xué)習(xí)和熟悉的過程中。3月13日 今天是向老師中期匯報(bào)的日子，我們小組四點(diǎn)去機(jī)械大樓B408向老師匯報(bào)，講述了每個(gè)人的任務(wù)分配以及干了什么，老師給予了點(diǎn)評(píng)，指導(dǎo)了我們之后要改進(jìn)的一些東西，然后我們就回去了。3月16日 對(duì)工程圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行了修改，修改了尺寸和明細(xì)表。3月17日 今天做了最后收尾的工作，整理了工程圖，已經(jīng)可以出圖了，然后一起整理了任務(wù)設(shè)計(jì)書，寫了些課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)。第三節(jié)：閆峘宇的日志3月2日 今天完成了對(duì)小組課程設(shè)計(jì)的分工，我主要負(fù)責(zé)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)任務(wù)；對(duì)桌面級(jí)3D打印機(jī)進(jìn)行了一定的了解，有了一定的認(rèn)識(shí)；在網(wǎng)上查閱了一些關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的資料，與小組成員進(jìn)行討論。3月3日 今天主要上網(wǎng)查詢了一些關(guān)于3D打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)；對(duì)3D打印機(jī)各個(gè)零件的裝配有了一定的認(rèn)識(shí)；準(zhǔn)備明天著手開始設(shè)計(jì)。3月4日 今天與小組的成員進(jìn)行了討論，將X,Y,Z三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了分析，已經(jīng)對(duì)各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)有了了解。3月5日 今天完成了對(duì)建模工作具體的分工，并完成了一些零件的三維建模；繼續(xù)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)。3月6日 完成對(duì)X,Y,Z三軸的機(jī)械傳動(dòng)部分的分析以及設(shè)計(jì)；繼續(xù)完成機(jī)構(gòu)的三維建模。3月9日 完成3D打印機(jī)機(jī)械部分所有機(jī)構(gòu)的建模工作；完成對(duì)聯(lián)軸器、絲杠的選型。3月10日 完成3D打印機(jī)所有零件的建模，完成部分零件的裝配。3月11日 完成所有零件的裝配工作。3月12日 將裝配好的SOLIDWORKS導(dǎo)入CAD，進(jìn)行裝配圖的繪制。3月13日 進(jìn)行裝配圖的繪制。3月16日 裝配圖繪制基本完成；整理設(shè)計(jì)說明書。3月17日 完成裝配圖的標(biāo)注，明細(xì)欄部分；將設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行排版，整理。3月18日 完成對(duì)設(shè)計(jì)說明書的整理，撰寫課設(shè)心得。第四節(jié)