并聯(lián)式熔融3D打印機(jī)論文

摘要3D熔融打印是最近兩年開(kāi)始流行的一種成形技術(shù)。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),通過(guò)逐層熔融打印的方式來(lái)構(gòu)造物體。我們?nèi)粘Ｉ钪械娜廴诖蛴C(jī)能熔融打印一些平面紙張材料。而3D熔融打印機(jī)熔融打印出的是立體產(chǎn)品。本文章對(duì)3D熔融打印的技術(shù)體系和國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢(shì)作了綜合介紹，綜述3D熔融打印技術(shù)的基本概念、發(fā)展簡(jiǎn)史、熔融打印過(guò)程原理、應(yīng)用領(lǐng)域、廣泛影響以及面臨的問(wèn)題等。在介紹3D技術(shù)的發(fā)展歷程、3D熔融打印技術(shù)的工作原理流程及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了3D熔融打印技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)和存在的問(wèn)題，展望了3D熔融打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)、參數(shù)在滿足標(biāo)準(zhǔn)化型材的前提下對(duì)3D熔融打印機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)某些重要的零部件詳細(xì)分析它的參數(shù)和原理作用。3D熔融打印機(jī)在工作過(guò)程中因受應(yīng)力的影響可能會(huì)發(fā)生變形，所以接下來(lái)應(yīng)用材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)X方向運(yùn)動(dòng)的光桿進(jìn)行受力分析校核，以確保三維熔融打印機(jī)能熔融打印出精度比較高的產(chǎn)品。3D熔融打印機(jī)工作的時(shí)候是三個(gè)方向一起運(yùn)動(dòng)，而熔融打印機(jī)要精準(zhǔn)穩(wěn)定地做X、Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)，必須要有精確平穩(wěn)的軌道承載，能否在這三個(gè)方向上自由地運(yùn)動(dòng)是我對(duì)熔融打印機(jī)研究的非常重要的部分，而3D熔融打印機(jī)要求的是在最小的尺寸空間里實(shí)現(xiàn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)范圍的最大化。設(shè)計(jì)中主要使用了Solidworks三維制圖軟件，受力方面結(jié)合材料力學(xué)力的知識(shí)對(duì)3D熔融打印機(jī)的主要部件進(jìn)行了受力分析。關(guān)鍵詞：3D熔融打印技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；SolidworksAbstract3Dprintingisthebeginningofthelasttwoyearsapopularrapidprototypingtechnology.Itisbasedonadigitalmodelfile,bythewayprintedlayerbylayerconstructobjects.Ourdailylivesprintercanprintsomepapermaterialplane.The3Dprintertoprintoutthethree-dimensionalproduct.Thisarticleisfor3Dprintingtechnologysystemanddomesticandforeignindustrydevelopmentstatus,developmenttrendmadeacomprehensivepresentation,reviewthebasicconceptsof3Dprintingtechnology,developmenthistory,theprintingprocessprinciples,applications,andtheproblemsfacedbyabroadimpactandsoon.Onthebasisofthedevelopmentprocessofintroductionof3Dtechnology,3Dprintingtechnologiesworkprocessesandcharacteristics,analyzestheinnovationof3Dprintingtechnologyandproblems,looktothefuturedevelopmenttrendof3Dprintingtechnology.Accordingtorelevantindicators,parametersinmeetingthestandardizationof3Dprinterprofilespremiseoverallstructuraldesign,someimportantpartsofadetailedanalysisofitsparametersandprinciplesofaction.3Dprinterduetotheimpactofstressmaybedeformedinthecourseoftheirwork,sothenextapplicationofknowledgeofthemechanicalmovementofthelightpoleXdirectionstressanalysischecktomakesurethatthe3Dprintercanprintouthighprecisionproducts.Whenthe3Dprintertoworktogetherisamotioninthreedirections,andtheprinteryouwanttodoaccurateandstablemovementX,Y,Zdirection,theremustbeastableorbitprecisebearing,canfreelymoveinthreedirectionsmyprinterisaveryimportantpartoftheresearch,and3Dprintersachievetherequiredrangeofmotioninthreedirectionsofmovementinthesmallestsizetomaximizespace.ThemainuseofSolidworksdesignthree-dimensionalmappingsoftware,bycombiningthemechanicalaspectsofknowledgeforcestrengthofthemaincomponentswerestressanalysis3Dprinter.Keywords：3Dprinting;design;stressanalysis;Solidworks目錄Abstract 2緒論 1第一章熔融打印的背景 21.1熔融打印技術(shù)概論 21.2熔融打印技術(shù)的特點(diǎn) 21.3熔融打印技術(shù)-工藝過(guò)程 31.4熔融打印技術(shù)的應(yīng)用 4第二章總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.1總體設(shè)計(jì)要求 62.2熔融打印機(jī)床的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案 6第三章電機(jī)方案的選擇及選型 73.1電機(jī)方案的比較 73.2步進(jìn)電機(jī)的選型 8第四章絲桿的計(jì)算 114.1電機(jī)選型 114.2絲桿軸的剛性計(jì)算 124.3絲桿扭矩計(jì)算： 134.4X向軸的校核 154.5Y向軸的校核 16第五章打印頭擠壓裝置的設(shè)計(jì) 185.1打印頭擠壓裝置的基本原理及功能 185.2打印頭擠壓裝置的組成 19第六章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 206.1控制系統(tǒng)有幾種分類(lèi)方法 206.2控制方案設(shè)計(jì) 21總結(jié) 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27緒論美國(guó)Stratasys公司推出的FDM設(shè)備是由ScottCrump于1988年最早開(kāi)發(fā)出來(lái)打印技術(shù)。材料包括聚酯、ABS、人造橡膠、熔模鑄造用蠟和聚脂熱塑性塑料等。熔融打印的工作原理是將熱熔性材料（ABS、蠟）通過(guò)加熱器熔化，材料先抽成絲狀，通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)熱熔噴頭，在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將半流動(dòng)狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑打印頭擠壓并在指定的位置凝固成形，并與周?chē)牟牧险辰Y(jié)，層層堆積打印，有效的縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。在熔融打印中，打印精度對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性的作用。熔融成形工藝比較適合于家用電器、辦公用品以及模具行業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以及用于假肢、醫(yī)學(xué)、醫(yī)療、大地測(cè)量、考古等基于數(shù)字成像技術(shù)的三維實(shí)體模型制造。該技術(shù)無(wú)需激光系統(tǒng)，因而價(jià)格低廉，運(yùn)行費(fèi)用很低且可靠性高。目前在汽車(chē)、家電、電動(dòng)工具、醫(yī)療、機(jī)械加工、精密鑄造、航天航空、工藝品制作以及兒童玩具等行業(yè)，已經(jīng)在以下幾個(gè)方面起到重要作用：1)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)評(píng)審、性能測(cè)試及裝配實(shí)驗(yàn)。用戶根據(jù)制造的打印對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審，進(jìn)行模擬性能測(cè)試和模擬裝配試驗(yàn)，然后評(píng)估生產(chǎn)的可能性，最后將改進(jìn)信息提供給設(shè)計(jì)人員，以便以后的修改和優(yōu)化。2)將FDM技術(shù)和傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)結(jié)合在一起，模具制造技術(shù)可以縮短模具的開(kāi)發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率。3)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，根據(jù)掃描得到的人體分層截面數(shù)據(jù)，制造出人體局部組織或器官的模型，可以用于臨床醫(yī)學(xué)輔助診斷復(fù)雜手術(shù)方案的確定，即制造解剖學(xué)體外模型（體外模型）；也可以制造組織工程細(xì)胞載體支架結(jié)構(gòu)（人體器官），即作為生物制造工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。4)在微型機(jī)械方面，采用某些工藝加工方法，如光固化法方法，打印制造技術(shù)可以用于微型機(jī)械的制造和裝配。5)在其他領(lǐng)域，如打印技術(shù)還可以用于復(fù)制文物，制作工藝品的設(shè)計(jì)原型，展覽模型等。第一章熔融打印的背景1.1熔融打印技術(shù)概論隨著聚合物加工的高效率和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和延伸,打印頭擠壓打印制品的種類(lèi)不斷出新,打印頭擠壓打印的新工藝層出不窮,其中主要有反應(yīng)打印頭擠壓工藝、固態(tài)打印頭擠壓工藝、共打印頭擠壓工藝、木塑復(fù)合材料打印頭擠壓工藝、精密打印頭擠壓工藝、氣體輔助打印、微孔發(fā)泡打印頭擠壓打印工藝。熔融打印的工作原理是將熱熔性材料（ABS、蠟）通過(guò)加熱器熔化，材料先抽成絲狀，通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)熱熔噴頭，在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將半流動(dòng)狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑打印頭擠壓并在指定的位置凝固成形，并與周?chē)牟牧险辰Y(jié)，層層堆積打印。這種新興的制造技術(shù)不受打印幾何實(shí)體外形限制，直接將三維的立體模型加工變?yōu)槠矫婕庸?形狀特別復(fù)雜的物體和簡(jiǎn)單的物體可以用同樣的方法進(jìn)行制造。1.2熔融打印技術(shù)的特點(diǎn)打印技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)：(1)性采用打印技術(shù)，從設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ńY(jié)構(gòu)功能的產(chǎn)品原型原型，一般只需幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，從而可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估、測(cè)試及功能試驗(yàn)，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的研制周期，減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。(2)集成性打印機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行CAD模型的數(shù)控指令，避免了數(shù)控中的復(fù)雜編程，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化，大大提高了加工效率。與反求工程(Bioengineering)、Tao技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的有力工具。(3)高度柔性若要生產(chǎn)不同形狀的零件模型，只需改變CAD模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可，打印過(guò)程中不需要專(zhuān)門(mén)的夾具和工具，打印零件與CAD模型具有直接關(guān)聯(lián)，零件可隨時(shí)修改，隨時(shí)制造。(4)無(wú)限制性打印不受零件的形狀和復(fù)雜程度的限制，可打印任意形狀的造型，這就擺脫了傳統(tǒng)夾具、工具加工的限制，使高難度、高復(fù)雜度的模型的加工變得相對(duì)較容易。(5)材料的廣泛性打印技術(shù)可以制造樹(shù)脂類(lèi)、塑料原型，還可以制造出紙類(lèi)、石蠟類(lèi)、復(fù)合材料以及金屬材料和陶瓷的原型。(6)低造價(jià)性(7)精度低精度相對(duì)國(guó)外SLA工藝較低，最高精度0.127mm。(7)速度慢1.3熔融打印技術(shù)-工藝過(guò)程產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維CAD模型。該三維CAD模型可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E,I-DEAS,Fieldworks,UG等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、CT斷層掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來(lái)構(gòu)造三維模型。三維模型的近似處理由于產(chǎn)品往往有一些不規(guī)則的自由曲面，加工前要對(duì)模型進(jìn)行近似處理，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。由于STL格式文件格式簡(jiǎn)單、實(shí)用，目前已經(jīng)成為打印領(lǐng)域的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口文件。它是用一系列的小三角形平面來(lái)逼近原來(lái)的模型，每個(gè)小三角形用3個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)法向量來(lái)描述，三角形的大小可以根據(jù)精度要求進(jìn)行選擇。STL文件有二進(jìn)制碼和ASCll碼兩種輸出形式，二進(jìn)制碼輸出形式所占的空間比ASCII碼輸出形式的文件所占用的空間小得多，但ASCII碼輸出形式可以閱讀和檢查。典型的CAD軟件都帶有轉(zhuǎn)換和輸出stl格式文件的功能。三維模型的切片處理。根據(jù)被加工模型的特征選擇合適的加工方向，在打印高度方向上用一定間隔的平行面切割近似后的模型，以便提取截面的輪廓信息。間隔一般取0.05mm~0.5mm，常用0.1mm。間隔越小，打印精度越高，但打印時(shí)間也越長(zhǎng)，效率就越低，反之則精度低，但效率高。打印加工。根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的打印頭（激光頭或噴頭）按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地堆積材料，然后將各層相粘結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。打印零件的后處理。從打印系統(tǒng)里取出打印件，進(jìn)行打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)行后燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。1.4熔融打印技術(shù)的應(yīng)用目前熔融打印技術(shù)的發(fā)展水平而言，在國(guó)內(nèi)主要是應(yīng)用于新產(chǎn)品（包括產(chǎn)品的更新?lián)Q代）開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和模擬樣品的試制上，即完成從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)（或改型設(shè)計(jì)）--造型設(shè)計(jì)--結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--基本功能評(píng)估--模擬樣件試制這段開(kāi)發(fā)過(guò)程。對(duì)某些以塑料結(jié)構(gòu)為主的產(chǎn)品還可以進(jìn)行小批量試制，或進(jìn)行一些物理方面的功能測(cè)試、裝配驗(yàn)證、實(shí)際外觀效果審視，甚至將產(chǎn)品小批量組裝先行投放市場(chǎng)，達(dá)到投石問(wèn)路的目的。打印的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與功能驗(yàn)證。熔融打印技術(shù)可地將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD模型轉(zhuǎn)換成物理實(shí)物模型，這樣可以方便地驗(yàn)證設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、可裝配性、美觀性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題可及時(shí)修改。如果用傳統(tǒng)方法，需要完成繪圖、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。如果不進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證而直接投產(chǎn)，則一旦存在設(shè)計(jì)失誤，將會(huì)造成極大的損失。（2）可制造性、可裝配性檢驗(yàn)和供貨詢價(jià)、市場(chǎng)宣傳，對(duì)有限空間的復(fù)雜系統(tǒng)，如汽車(chē)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈的可制造性和可裝配性用熔融打印技術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)，將大大降低此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造難度。對(duì)于難以確定的復(fù)雜零件，可以用熔融打印技術(shù)進(jìn)行試生產(chǎn)以確定最佳的合理的工藝。此外，熔融原型還是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到商品化各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行交流的有效手段。比如為客戶提供產(chǎn)品樣件，進(jìn)行市場(chǎng)宣傳等，打印技術(shù)已成為并行工程和敏捷制造的一種技術(shù)途徑。單件、小批量和特殊復(fù)雜零件的直接生產(chǎn)。對(duì)于高分子材料的零部件，可用高強(qiáng)度的工程塑料直接打印，滿足使用要求;對(duì)于復(fù)雜金屬零件，可通過(guò)鑄造或直接金屬件打印獲得。該項(xiàng)應(yīng)用對(duì)航空、航天及國(guó)防工業(yè)有特殊意義。模具制造。通過(guò)各種轉(zhuǎn)換技術(shù)將熔融打印轉(zhuǎn)換成各種模具，如低熔點(diǎn)合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等，進(jìn)行中小批量零件的生產(chǎn)，滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代快、批量越來(lái)越小的發(fā)展趨勢(shì)。打印應(yīng)用的領(lǐng)域幾乎包括了制造領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)，在醫(yī)療、人體工程、文物保護(hù)等行業(yè)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。打印技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用：汽車(chē)、摩托車(chē)：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)、改型、裝配試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、汽缸頭試制。家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配試驗(yàn)與功能驗(yàn)證，市場(chǎng)宣傳，模具制造。通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配試驗(yàn)，功能驗(yàn)證，模具制造。航空、航天：特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動(dòng)機(jī)的試制、裝配試驗(yàn)。

輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、裝配，市場(chǎng)宣傳，玩具、鞋類(lèi)模具的制造。醫(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)、試產(chǎn)、試用，CT掃描信息的實(shí)物化，手術(shù)模擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。國(guó)防：各種武器零部件的設(shè)計(jì)、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。第二章總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)要求熔融打印裝置涉及多軸聯(lián)動(dòng)，且設(shè)備的主要運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用直線元件驅(qū)動(dòng)，形成相互聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，具有打印速度高，材料使用效率好，精度可控，消耗功率低而制造成本低的特點(diǎn)。2.2熔融打印機(jī)床的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案說(shuō)明圖1為熔融打印裝置運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖，該熔融打印裝置主要由電機(jī)，同步齒形帶，光桿，絲桿，滑塊和噴頭等部件組成。從上圖可以看出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)1，可以實(shí)現(xiàn)帶有噴頭的裝置光桿上沿Z軸方向左右移動(dòng)；電機(jī)3帶動(dòng)工作臺(tái)在X軸左右移動(dòng)，電機(jī)2帶動(dòng)噴頭在Y軸的上下移動(dòng)。噴頭可以上下左右移動(dòng)，工作臺(tái)前后移動(dòng)，其加工軌跡可以是直線也可以是曲線，從而實(shí)現(xiàn)了單層的二維加工，以及分層加工。在一層一層的疊加以后，就可以得出設(shè)計(jì)的相應(yīng)零件。第三章電機(jī)方案的選擇及選型3.1電機(jī)方案的比較由熔融打印裝置運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖我們可以知道，XYZ軸各需要一個(gè)電機(jī)，加上噴頭的電機(jī)，總共就需要4個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)，該設(shè)備才能正常的運(yùn)動(dòng)。能夠驅(qū)動(dòng)XYZ軸運(yùn)動(dòng)的電機(jī)分別有：步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和直線電機(jī)究竟選擇哪個(gè)電機(jī)比較合適，我們做了一些對(duì)比如下表：電機(jī)的比較電機(jī)因素步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)直線電機(jī)成本低高高平穩(wěn)性低頻存在振動(dòng)低頻平穩(wěn)存在邊端效應(yīng)控制簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜簡(jiǎn)單分辨率較高高高尺寸小較小較小出于成本、應(yīng)用場(chǎng)合和尺寸的考慮，選擇步進(jìn)電機(jī)作為熔融打印裝置的動(dòng)力元件。3.2步進(jìn)電機(jī)的選型修正矩頻特性曲線電機(jī)型號(hào)電流靜轉(zhuǎn)矩步距角負(fù)載選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：修正矩頻特性曲線電機(jī)型號(hào)電流靜轉(zhuǎn)矩步距角負(fù)載電機(jī)最大速度選擇步進(jìn)電機(jī)最大速度一般在600～1200rpm。在設(shè)計(jì)熔融裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)根據(jù)此參數(shù)設(shè)計(jì)。2.電機(jī)定位精度的選擇由于噴頭打印頭擠壓機(jī)構(gòu)的打印頭擠壓速度很低，是在步進(jìn)電機(jī)的低頻區(qū)域內(nèi)，因此容易出現(xiàn)振動(dòng)和爬行等不良現(xiàn)象，故選擇打印頭擠壓機(jī)構(gòu)的減速比為4：1，XYZ軸的步進(jìn)電機(jī)減速比為1：1。3.電機(jī)力矩選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：(3-1)式中：V為體積元，r為物體密度，r為體積元與轉(zhuǎn)軸的距離。單位：kgm2將負(fù)載質(zhì)量換算到電機(jī)輸出軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與公式如下：(3-2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的負(fù)載為w=2kg，減速比GL=1，小齒輪直徑D=17mm所以：加速度計(jì)算控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動(dòng)必須有加減速過(guò)程，如下圖所示。圖3.1加減速過(guò)程已知加速時(shí)間、最大速度Max，可得電機(jī)的角加速度：(rad/s2)(3-3)所以：電機(jī)力矩計(jì)算力矩計(jì)算公式為：(3-4)式中：為系統(tǒng)外力折算到電機(jī)上的力矩；h為傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，表3.2所示。表3.2常用機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率η表：機(jī)構(gòu)機(jī)械效率滑動(dòng)絲杠0.5~0.8滾珠絲杠0.9齒條和齒輪0.8齒輪減速器0.8~0.95蝸輪減速器0.5~0.7皮帶傳動(dòng)0.95鏈條傳動(dòng)0.9因此傳動(dòng)系統(tǒng)的效率則：根據(jù)計(jì)算出的力矩T再加上一定的安全系數(shù)為1.2則。力矩與功率換算

步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功第四章絲桿的計(jì)算4.1電機(jī)選型馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速3000最高速度250mm/s=5mm=5mmm3000根據(jù)行程長(zhǎng)度100mm則確定絲桿長(zhǎng)度150mm軸向容許負(fù)荷的計(jì)算：C0a:基本額定靜負(fù)荷（kN）Famax:容許軸向最大負(fù)荷（kN）fs:靜的安全系數(shù)FamaxFamax=C0aC0a=10*3.0=30KN選者滾珠絲桿軸徑￠20mm其支撐方法為固定自由型滾珠絲桿的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算N1:臨界轉(zhuǎn)速（min-1)Lb安裝間距E：楊氏模量（2.06*105N/mm2)I:螺桿軸的最小斷面二次矩(mm4)I=πd41/64(d1螺桿軸溝槽直徑）r:密度(7.85*106kg/mm3)A:d:絲桿軸溝槽直徑（mm)λ：安裝方式系數(shù)D:滾珠中心徑N1=λ*(d/L2b）*107=3.4*（17.2/1502)*107=51078.6rpmN2=7000/D=7000/20.75=3373.5rpm由于N2<N1所以選較小的為臨界轉(zhuǎn)速，即滾珠絲桿的臨界轉(zhuǎn)速為N2故選馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為3000rpm4.2絲桿軸的剛性計(jì)算Ks螺桿軸軸向剛性E：楊氏模量（2.06*105N/mm2)d:螺桿軸溝槽直徑（mm)L:安裝間距（mm)Ks=πd2E/(4*1000*L)=3.14*17.22*2.06*105/(4*1000*150）=318.9N/um而B(niǎo)NF2005的剛性為380N/um,故滿足其要求。定位精度La50La50Lb150當(dāng)壓頭由La運(yùn)行到Lb時(shí)，軸向剛性產(chǎn)生的誤差Ks1=(π*17.22*2.06*105)/4000*50=956.8N/umKs2=(π*17.22*2.06*105)/4000*150=318.9N/umδ1=1891/956.8=1.976umδ2=1891/318.9=8.929um則定位誤差為：δ2-δ1=6.9um4.3絲桿扭矩計(jì)算：T1摩擦扭矩(N/mm)Fa軸向負(fù)荷（N）ι絲桿導(dǎo)程（mm)η絲桿的效率（0.9~0.95）A減速比M上模蓋和滾珠螺母的質(zhì)量和（Kg)a加速度g重力加速度Tmax=T3=Fa3*ι*A/(2*π*η)=3.63N/mFa1=M（a-g)=23.6*(5-9.8)=113.28NFa2=M(g+a)=23.6*(5+9.8)=349.28NFa3=10000+M(a+g)=10000+23.6(1.21+9.8)=10259.84NFa4=Fa5=Fa7=Mg=23.6*9.8=231.28NFa6=Fa2=349.28NFa8=Fa1=113.28N加速時(shí)所需的扭矩：Ｊ慣性矩（Kg/m2)ω角加速度（rad/s2)M上模蓋和滾珠螺母的質(zhì)量和（Kg)ι絲桿導(dǎo)程（mm)ＪA絲桿側(cè)齒輪的慣性矩（Kg/m2)ＪB馬達(dá)側(cè)齒輪的慣性矩N馬達(dá)的每分鐘轉(zhuǎn)速rpmt加速時(shí)間sD齒輪直徑mmω=2π*N/(60*t)=2*3.14*3000/(60*0.05)=6280rad/s2ＪA=M齒輪*D2/(8*106)=1.1*1002/(8*106)=0.001375Kg/m2ＪB=M齒輪*D2/(8*106)=0.13*402/(8*106)=2.6*10-5Ｊ=M(L/2π)2*A2*106+Ｊs*A2+ＪA*A2+ＪB=22.8*(5/2*3.14)2*(2/5)2*10-6+1.23*10-3*(2/5)2+1.3*10-3*(2/5)2+2.6*10-5=428.3*10-6Kg/m2T加=Ｊ*ω*103=428.3*10-6*6280*103=2.7N/mTn在行程Ln階段的扭矩T1=Fa1*ι*A/(2*π*η)-T加=2.66N/mT2=Fa2*ι*A/(2*π*η)+T加=2.82N/mT3=Fa3*ι*A/(2*π*η)-T加=3.3N/mT4=T5=T7=0.082N/mT6=T2=2.82N/mT8=T1=2.66N/mt1=0.05st2=0.043st3=0.029st4=0.1st5=0.057st6=0.05st7=0.108st8=0.05sTrms=［(T21*t1+T22*t2+T23*t3+T24*t4+T25*t5+T26*t6+T27*t7+T28*t8)/(t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8)］1/2=2.01N/mTmax=T3=3.63N/mＪ電機(jī)>1/5J=0.856*10-4Kg/m2K1負(fù)載系數(shù)K2運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間系數(shù)K3起停頻率系數(shù)T聯(lián)軸器≥T電機(jī)*K1*K2*K3=15.76N/m4.4X向軸的校核(1)選擇軸材料40CrMnMo(2)初步確定軸端直徑表6-1-19A=97電機(jī)軸25取一軸直徑40(3)軸受力分析(a)計(jì)算齒輪嚙合力(b)求水平支承力作用平面內(nèi)彎矩圖a(c)垂直面內(nèi)支承反力，作垂直平面內(nèi)彎矩圖b(d)支承反力作合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖c4.5Y向軸的校核(1)選擇軸材料40Cr(2)軸受力分析表6-1-19d取50mm(3)軸受力分析(a)計(jì)算齒輪嚙合力(b)水平面水平彎矩圖(c)垂直面內(nèi)支承反力，作垂直平面內(nèi)彎矩圖(d)支承反力，作合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖第五章打印頭擠壓裝置的設(shè)計(jì)5.1打印頭擠壓裝置的基本原理及功能打印頭擠壓機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)熔絲成形的關(guān)鍵部件，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制的精密控制下，從原材料的棒料形態(tài)轉(zhuǎn)換到堆積路徑單元的形態(tài)，層層堆積粘結(jié)形成三維實(shí)體。打印頭擠壓機(jī)構(gòu)系統(tǒng)在熔絲成形裝置的基本原理是：將原料絲材送入加熱腔中，在其中及時(shí)而充分地熔化，變?yōu)槿廴趹B(tài)，然后從滿足精度要求的噴嘴中打印頭擠壓成細(xì)絲狀，按預(yù)設(shè)的掃描路徑填充堆積成形。噴頭的功能可以分解為以下幾點(diǎn)：l)將原料絲材從絲筒上拉出。2)將原料絲材送入加熱腔。3)將送進(jìn)的固態(tài)原料絲材及時(shí)而充分地熔化成為熔融態(tài)。4)提供熔融態(tài)材料穩(wěn)定流動(dòng)的通道。5)將熔融材料打印頭擠壓噴嘴。6)對(duì)打印頭擠壓熔融態(tài)物料進(jìn)行沿零件截面輪廓和填充。在進(jìn)行打印頭擠壓頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到工藝優(yōu)化的要求以及其他特殊要求等，包括以下方面：l)在合適的加熱功率下按一定速度送入加熱腔的材料經(jīng)過(guò)熔化充分均勻，在加熱腔中處于合適的熔融區(qū)間(靠控溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))。2)加熱腔加熱功率應(yīng)盡量小，該部分應(yīng)采取隔熱措施。一方面減少熱量損失，減少能源消耗，另一方面減少高溫對(duì)其它部件的影響。3)送絲機(jī)構(gòu)應(yīng)能提供足夠大的推動(dòng)力，以克服高聚物材料打印頭擠壓時(shí)產(chǎn)生的阻力。4)加熱腔和噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)的阻力盡量小。在滿足要求的前提下加熱腔流道應(yīng)盡量短，既減少流動(dòng)阻力，又可減小打印頭擠壓頭總體尺寸。5)結(jié)構(gòu)合理易于安裝和拆卸，并可方便地與系統(tǒng)其他部件集成。6)符合人機(jī)工程原理，方便人工操作和維護(hù)。5.2打印頭擠壓裝置的組成打印頭擠壓裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：熔融打印頭擠壓裝置分別由導(dǎo)管、打印頭擠壓機(jī)構(gòu)、散熱快、喉管、加熱塊、噴嘴組成。絲料通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入打印頭擠壓機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)兩側(cè)管輪進(jìn)行加壓處理，在經(jīng)過(guò)喉管，通過(guò)加熱塊將絲料處于熔融狀態(tài)，再通過(guò)噴嘴將溶質(zhì)按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑打印頭擠壓并在指定的位置凝固成形，并與周?chē)牟牧险辰Y(jié)，層層堆積打印。圖2熔融打印頭擠壓裝置1.導(dǎo)管2.打印頭擠壓機(jī)構(gòu)3.散熱快4.加熱快5.喉管6.噴嘴第六章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1控制系統(tǒng)有幾種分類(lèi)方法1、按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。2、按給定信號(hào)分類(lèi)，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)程序控制系統(tǒng)給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。6.2控制方案設(shè)計(jì)1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：主要分為三大部分，一為電機(jī)控制位移系統(tǒng)，二為傳感反饋系統(tǒng)，三為電源系統(tǒng)。電機(jī)控制分為驅(qū)動(dòng)噴頭和控制位移兩大部分。傳感反饋分為位置傳感器、溫濕度傳感和壓力傳感器。機(jī)械結(jié)構(gòu)X軸機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Y軸機(jī)構(gòu)選用光杠-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Z軸機(jī)構(gòu)選用兩副光杠-絲杠機(jī)構(gòu)；鋪粉輥機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)圖2位移定位系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，普遍采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)部件。步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。高精度的位置控制常采用全閉環(huán)控制。然而全閉環(huán)位置控制不僅需要高精度的位置檢測(cè)裝置，而且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含非線性環(huán)節(jié)導(dǎo)致控制系統(tǒng)模型復(fù)雜化，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性。1.選擇電機(jī)：電動(dòng)機(jī)型式、電壓與轉(zhuǎn)速的選擇（1）根據(jù)電機(jī)啟動(dòng)頻率，有無(wú)調(diào)速要求選擇是使用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)；（2）選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓的大?。唬?）根據(jù)轉(zhuǎn)速要求及傳動(dòng)設(shè)備的質(zhì)量選取它的額定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；（4）由生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率大小來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后選擇與要求相符的電動(dòng)機(jī)。b.幾種電機(jī)的參數(shù)性能比較：步進(jìn)電機(jī)直流電機(jī)伺服電機(jī)力矩和速度在低速下滿轉(zhuǎn)矩，速度增加轉(zhuǎn)矩明顯下降在速度增大的情況下，轉(zhuǎn)矩變化很小幾乎線性化的力、速度曲線動(dòng)態(tài)特性（速度和加速度）小小良好的加速度特性，高速穩(wěn)定性加速的時(shí)候固定平率的振動(dòng)會(huì)引發(fā)問(wèn)題，細(xì)分控制可減少此類(lèi)問(wèn)題整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)平滑、安靜運(yùn)動(dòng)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)位置；自然力矩保持位置穩(wěn)；開(kāi)環(huán)控制下，如果過(guò)載或者超速，目標(biāo)位置無(wú)法達(dá)到通過(guò)閉環(huán)控制達(dá)到目標(biāo)位置（有未知錯(cuò)誤糾正功能）；PID整定不正確的情況下，糾正位置錯(cuò)誤；可能出現(xiàn)位置超出或持續(xù)誤差更高速度、更小步距、無(wú)后沖。表5.1.1各電機(jī)參數(shù)性能比較我們主要對(duì)比了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的性能參數(shù)：1、控制精度不同。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高，伺服電機(jī)取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同；一個(gè)是開(kāi)環(huán)控制，一個(gè)是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同；步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)它工作在低速時(shí)一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)便于系統(tǒng)調(diào)整。4、矩頻特性不同；步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降，交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出。5、過(guò)載能力不同；步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力，而交流電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。6、運(yùn)行性能不同；步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、速度響應(yīng)性能不同；步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求啟停的控制場(chǎng)合。從性能角度出發(fā)，通過(guò)以下幾方面的考慮我們選擇使用方案一的步進(jìn)電機(jī)：將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度；2.可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；3.同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的；4.可以精確地到達(dá)目標(biāo)位置，精度相比直流無(wú)刷電機(jī)更加高，開(kāi)環(huán)便于控制；5.使用細(xì)分功率放大器并使用高輸入信號(hào)頻率可基本消除共振現(xiàn)象。綜上所述，步進(jìn)電機(jī)不需要反饋信號(hào)，就可以對(duì)系統(tǒng)的位置、速度輸出直接控制，而且價(jià)格較為便宜，雖然打印速度不快，而我們所做的3D打印機(jī)并不要求高速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)正滿足我們所設(shè)計(jì)的電機(jī)的要求，雖然步進(jìn)電機(jī)存在‘失步’以及自身振蕩等缺點(diǎn)，但是由于他無(wú)位置誤差積累的優(yōu)點(diǎn)，使它在控制各軸運(yùn)動(dòng)定位時(shí)能夠避免產(chǎn)生較大的誤差，從而可以精確地到達(dá)目標(biāo)位置，精度相比其他種類(lèi)電機(jī)更加高，開(kāi)環(huán)便于控制。而且，在此選擇使用細(xì)分功放并使用高輸入信號(hào)頻率可有效降低共振現(xiàn)象。因控制器具有采樣周期的時(shí)間限制，當(dāng)升速率較高時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速容易穿越開(kāi)關(guān)線，形成極限環(huán)，造成系統(tǒng)振蕩，無(wú)法正常工作。針對(duì)上述情況步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確定位系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，由位置補(bǔ)償表、位置控制器、升降速控制器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)速及位置檢測(cè)器和轉(zhuǎn)速反饋及失步檢測(cè)器等功能模塊組成。上位機(jī)向步進(jìn)電機(jī)定位系統(tǒng)下達(dá)位置指令X0控制器根據(jù)起始位置、目標(biāo)位置和轉(zhuǎn)向查找位置補(bǔ)償表得到補(bǔ)償位置?X，形成實(shí)際位置指令Xs，進(jìn)而得到位置偏差e，位置控制器根據(jù)偏差e和步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速nf發(fā)出轉(zhuǎn)速指令ns，再由升降速控制器按照一定的規(guī)律計(jì)算出當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，之后由信號(hào)轉(zhuǎn)換器解析為轉(zhuǎn)向信號(hào)dir和脈沖信號(hào)cp,控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使步進(jìn)電機(jī)以一定規(guī)律的速度到達(dá)指令位置X0。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)指令位置X0時(shí)，位置控制器必須使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降為可停車(chē)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位控制的要求。總結(jié)本文是對(duì)3D熔融打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基于Solidworks對(duì)熔融打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，針對(duì)3D熔融打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核、對(duì)比驗(yàn)證。3D熔融打印機(jī)成本較低，也可以應(yīng)用學(xué)校教學(xué)，對(duì)今后3D熔融打印機(jī)的普及起到很大作用，主要結(jié)論如下：(1)首先根據(jù)3D熔融打印機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平，闡述了軟件開(kāi)發(fā)的難度，分析了其原因，國(guó)內(nèi)的軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)程和突破。表明了我國(guó)在這方面的研究雖然是自己開(kāi)發(fā)、自成體系，但不是相對(duì)封閉。(2)首先明確了本次設(shè)計(jì)的主要工作，確定了設(shè)計(jì)工作參數(shù)，把設(shè)計(jì)思路清晰的分為了四個(gè)大步驟，為了后面的設(shè)計(jì)和Solidworks畫(huà)圖做了很好的準(zhǔn)備。(3)然后決定了機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和3D熔融打印機(jī)的整體布局設(shè)計(jì)。解決了從電機(jī)到執(zhí)行部分采取幾種解決方案，通過(guò)各個(gè)方案的比較最終確定了傳動(dòng)裝置選擇同步帶傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)等的對(duì)比和驗(yàn)證，確定使用SST43D216511520G電機(jī)型號(hào)。輔助傳動(dòng)裝置確定了導(dǎo)軌、絲杠的型號(hào)以及噴頭