三維打印快速成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

目錄 開 題 報(bào) 告 課題介紹 不同于傳統(tǒng)加工的材料去除法或變形成形法，快速成形法制造的零件是采用增材法制成的一次成形件。從成形角度來看，任何零件均可看作是由無數(shù)個(gè)空間薄片疊成的三維幾何體，薄片的形狀就是幾何體的截面形狀。如果能夠?qū)⑦@些薄片逐片制作出來，然后依次將它們逐層粘合在一起，最終即可得到期望的零件。這就是快速成形技術(shù)的基本原理。因此，快速成形就是將三維零件的制造問題轉(zhuǎn)化為兩維面片的制作，從而使三維復(fù)雜實(shí)體的制作變得非常簡單 大 的 程度上，快速成形加工系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床有著極大的相似，兩者都可以 直接接受采用 具設(shè)計(jì)零件文件，加工系統(tǒng)普遍采用直角坐標(biāo)系，如 X,Y, Z 坐標(biāo)軸等等?？焖俪尚渭庸は到y(tǒng)與數(shù)控機(jī)床的最直觀差別在于，前者通常使用激光而不是刀具來實(shí)現(xiàn)對零件的加工?？焖俪尚沃圃煜到y(tǒng)的原型制作過程都是在 型的直接驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的，因此有人將快速原型制造過程稱之為數(shù)字化成形。型在原型的整個(gè)制作過程中相當(dāng)于產(chǎn)品在傳統(tǒng)加工流程中的圖紙，它為原型的制作過程提供數(shù)字信息。目前國際上商用的造型軟件如, 都有多種數(shù)據(jù)接口，一般都提供了直接能夠由快速原型制造 系統(tǒng)中切片軟件識別的 據(jù)格式，而 據(jù)文件是將三維實(shí)體的表面三角形化，并將其頂點(diǎn)信息和法矢有序排列起來而生成的一種二進(jìn)制或 件。隨著快速成形制造技術(shù)的發(fā)展， 型的據(jù)格式已逐漸成為國際上公認(rèn)的通用格式。 在快 速 成 形系統(tǒng)加工過程中，系統(tǒng)應(yīng)用軟件將計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型在Z 向離散，形成一系列具有一定厚度的薄片，激光束 (或其它能量流 )在計(jì)算機(jī)的控制下掃描二維輪廓或者有選擇地固化或粘結(jié)某一區(qū)域，從而形成構(gòu)成零件實(shí)體的一個(gè)層面，這樣逐漸堆積便形成一個(gè)三維實(shí)體 (原型 )。最后通過后處理 (如深度固化、修磨等 )，使其達(dá)到功能件的要求。近期發(fā)展的快速成形技術(shù)主要有 : 分層實(shí)體制造工藝 (、 選 擇 性 激 光 燒 結(jié) 工 藝 ( 立體光刻成形 (熔融沉積造型 (、立體三維印刷 (3課題名稱 ： 三位打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 課題背景 ： 快速 成 形 (術(shù)是國際上1980 年代末期發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)，它高度集成了自動(dòng)控制、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 數(shù)控技術(shù)、 算機(jī)、激光技術(shù)等學(xué)科的最新成果?？焖俪尚渭夹g(shù)在航空航天、機(jī)械電子及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，迅速成為制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，己經(jīng)成為企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)的有效手段 制造業(yè)的要求也越來越高，這就促使制造業(yè)進(jìn)一步縮短新產(chǎn)品的研制和投放市場的周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品開發(fā)成本。同時(shí)，要求提高制造小批量 、多品種產(chǎn)品的靈活性，以滿足社會(huì)個(gè)性化需求。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)工具相比，快速成形技術(shù)無論是在開發(fā)周期還是成本方面都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。此外，依靠快速成形技術(shù)，還可以進(jìn)一步改造現(xiàn)有的制造模式，提高整個(gè)制造產(chǎn)業(yè)的加工水平，并使之朝先進(jìn)制造方向邁進(jìn) 。 目前， 術(shù)向兩個(gè)方向發(fā)展：工業(yè)化大型系統(tǒng)，用于制造高精度、高性能零件；自動(dòng)化的桌面小型系統(tǒng)，此類系統(tǒng)稱為概念模型機(jī)或臺(tái)式機(jī)，主要用于制造概念原型。發(fā)達(dá)國家許多科研機(jī)構(gòu)（如 司）及教育單位（中等職業(yè)學(xué)校甚至中小學(xué)）已經(jīng)開始購買此種小型 備，并極有可能進(jìn)入家庭。 美國通用汽車公司也計(jì)劃為其每位工程師配備一臺(tái)此類設(shè)備 。 工作內(nèi)容和要求： 1 x y 掃描裝置設(shè)計(jì) 2 升降工作臺(tái)設(shè)計(jì) 3 整機(jī)總裝配圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 最大成型空間： 150描運(yùn)動(dòng)最大速度： 100mm/s X Y 重復(fù)定位精度 ： 向重復(fù)定位精度： 動(dòng)件最大質(zhì)量： 2千克 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)： 快速成形系統(tǒng)目前所面臨的主要問題包括 :成形精度不高、材料種類有限和零件機(jī)械性能不足等，而機(jī)械性能主要取決于所使用的材料類型。與常規(guī)由金屬和工業(yè)塑 料制造的零件相比，快速成形系統(tǒng)成形件比較脆弱，而且有些材料成本較高，或者污染環(huán)境、對人體有害。 材料包括聚酯、造橡膠、熔模鑄造用蠟和聚脂熱塑性塑料等。 在快速成形系統(tǒng)中最普通的誤差源可分為數(shù)學(xué)誤差、與工藝有關(guān)誤差和與材料有關(guān)的誤差。數(shù)學(xué)誤差包括對零件表面形狀的近似、沿正軸方向上的有限數(shù)目的分割，諸如垂直尺寸的階梯狀和精度?；?體 - 2 - 造型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備方法正處在開發(fā)研究之中，該方法可以精確地將零件表面形狀輸入快速成形系統(tǒng)。與工藝有關(guān)的誤差影響 面和 Z 軸方向上的片層形狀、不同片層的對準(zhǔn)及整體三維形 狀。 這些誤差主要取決于設(shè)備的精度及操作者的經(jīng)驗(yàn)。與材料有關(guān)的誤差主要是收縮 /膨脹、撓曲，收縮是因固化 (冷卻 )材料時(shí)產(chǎn)生的，它是能夠預(yù)計(jì)的尺寸收縮量，可以用修正 型來補(bǔ)償這種收縮誤差。另外，因收縮引起的內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件變形和撓曲。減少收縮的措施有選擇合適的制造控制系統(tǒng)、開發(fā)或探索收縮率小的或不能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的材料以及應(yīng)力釋放等方法。 此外 ，還可以通過某些措施減少或消除快速成形系統(tǒng)制件的直觀缺陷，如臺(tái)階效應(yīng)、燒結(jié)變形。臺(tái)階效應(yīng) :臺(tái)階效應(yīng)不僅與掃描間隔和切片層厚有關(guān)，而且還與加工時(shí)的模型位置有關(guān)，同樣的模 型，不同的放置方式其效果會(huì)明顯不同。 課題為制作掃描機(jī)構(gòu)以及工作臺(tái)，初步擬定用步進(jìn)電機(jī)以及滾珠絲杠可以達(dá)到所需精度要求，方法為 立體三維印刷 (3采用噴頭垂直方向不變，工作臺(tái)向下進(jìn)給，材料以及噴頭，送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尚有待斟酌，定位為辦公室簡易快速材料成型裝置，作為產(chǎn)品的直觀物理模型，以便與研究相關(guān)參數(shù)及其性能。裝置本身也應(yīng)該有溫度控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。 其 二維工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)裝置初步打算使用同步齒形帶，來達(dá)到要求的精度。使用導(dǎo)軌來保證精度 鋪粉裝置由工作活塞、送粉活塞、兩個(gè)工作缸體、鋪粉輪、驅(qū)動(dòng)裝 置組成，如圖 3示。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪 ,每加工完一層后 ,工作活塞下降 ,送粉活塞上升，然后鋪粉滾輪來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋪粉。該滾輪在兩平行的齒帶之間架設(shè)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾輪完成兩個(gè)功能 : (1)鋪粉； (2)壓緊。 圖 3 鋪粉裝置結(jié)構(gòu)示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 在設(shè)計(jì)中要求活塞的運(yùn)動(dòng)分辨率高，定位精度好，同時(shí)考慮到實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的緊湊性，因此選用齒輪螺紋副來實(shí)現(xiàn)活塞的直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)由電機(jī)軸上的一個(gè)齒輪驅(qū)動(dòng)兩邊絲杠的運(yùn)動(dòng)，齒輪作轉(zhuǎn)動(dòng) ,絲杠作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件 總體構(gòu)成 ,如圖 4 所示，這是一種主從式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用 從機(jī)做成接口卡置入主機(jī)內(nèi)。 用 然后將數(shù)控加工文件處理 成一定格式并通過 單片機(jī)完成 及 粉裝置的自動(dòng)進(jìn)行和 圖 4 計(jì)算機(jī)硬件組成及其控制對象 可能用到的主要知識和 技能： 機(jī)械工程測試技術(shù)方面的有關(guān)知識。 機(jī)械工程，制圖基礎(chǔ)知識 電工基礎(chǔ)知識 需要自學(xué)的知識和技能： 關(guān)于快速成型的各類知識 工作計(jì)劃 - 4 - 3 2602 查閱資料，調(diào)研，確定設(shè)計(jì)方案，提交開題報(bào)告 4 0332 設(shè)計(jì)，計(jì)算及修改設(shè)計(jì)方案 4 2421 繪制裝配圖，教師審核電子版圖紙 5 2211 撰寫說明書，修改裝配圖，繪制其他圖紙 6 1218 集中出圖，打印說明書，準(zhǔn)備答辯 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 目 錄 第一章 言 . - 5 - 速原型技術(shù)簡介 . - 6 - . - 6 - 速成型技術(shù)的原理 . - 7 - . - 8 - 第二章 基本方案的確定 . - 9 - . - 10 - . - 10 - . - 11 - . - 12 - 第三章主要零部件的選型 . - 15 - . - 15 - 軟件環(huán)形分配器及其程序設(shè)計(jì) . - 16 - 軸器的選用 . - 17 - 線導(dǎo)軌的選用 . - 18 - 型直線導(dǎo)軌的選用 . - 19 - 輪的選用 . - 20 - . - 20 - 第四章噴頭的仿真模擬以及電機(jī)的計(jì)算 . - 21 - 頭的仿真模擬計(jì)算 . - 21 - 于步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 . - 25 - 總結(jié) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致謝 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . - 27 - 附錄 . - 28 - 第一章 言 第一章 言 - 6 - 速原型技術(shù)簡介 快速成形 (術(shù)是國際上1980 年代末期發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)，它高度集成了自動(dòng)控制、數(shù)控技術(shù) 、 算機(jī)、激光技術(shù)等學(xué)科的最新成果?？焖俪尚渭夹g(shù)在航空航天、機(jī)械電子及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，迅速成為制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，己經(jīng)成為企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)的有效手段 制造業(yè)的要求也越來越高，這就促使制造業(yè)進(jìn)一步縮短新產(chǎn)品的研制和投放市場的周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品開發(fā)成本。同時(shí)，要求提高制造小批量、多品種產(chǎn)品的靈活性，以滿足社會(huì)個(gè)性化需求。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)工具相比，快速成形技術(shù)無論是在開發(fā)周期還是成本方面都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。此外，依靠 快速成形技術(shù)，還可以進(jìn)一步改造現(xiàn)有的制造模式，提高整個(gè)制造產(chǎn)業(yè)的加工水平，并使之朝先進(jìn)制造方向邁進(jìn)。 目前， 業(yè)化大型系統(tǒng)，用于制造高精度、高性能零件；自動(dòng)化的桌面小型系統(tǒng)，此類系統(tǒng)稱為概念模型機(jī)或臺(tái)式機(jī)，主要用于制造概念原型。發(fā)達(dá)國家許多科研機(jī)構(gòu)（如 教育單位（中等職業(yè)學(xué)校甚至中小學(xué)）已經(jīng)開始購買此種小型 備，并極有可能進(jìn)入家庭。美國通用汽車公司也計(jì)劃為其每位工程師配備一臺(tái)此類設(shè)備。 見的快速原型制造方法 ，其工藝原理是：從最底層開始，激光在光敏樹脂表面掃描，在掃描過程中，激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方才會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)。 利用激光 所提供的能量有選擇性地融化熱塑性塑料以形 成三維零件。 利用熱塑性細(xì)絲在移動(dòng)頭中進(jìn)行熔化，熔化后的材料在移動(dòng)的過程中被擠壓出來堆積零件。 通過逐層激光剪切薄紙材料制造零件的一種技術(shù)。 3D 三維打印成型是在計(jì)算機(jī)的控制下，利用噴頭噴射粘接劑，噴射粘接買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 劑的路徑材料被粘接在一起，而其它地方仍為松散粉末，層層粘接得到最后的三維實(shí)體。 圖 速成型技術(shù)的原理 不同于傳統(tǒng)加工的材料去除法或變形成形法，快速成形法制造的零件是采用增材法制成的一次成形件。從成形角度來看，任何零件均可看作是由 無數(shù)個(gè)空間薄片疊成的三維幾何體，薄片的形狀就是幾何體的截面形狀。如果能夠?qū)⑦@些薄片逐片制作出來，然后依次將它們逐層粘合在一起，最終即可得到期望的零件。這就是快速成形技術(shù)的基本原理。因此，快速成形就是將三維零件的制造問題轉(zhuǎn)化為兩維面片的制作，從而使三維復(fù)雜實(shí)體的制作變得非常簡單 大 的 程度上，快速成形加工系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床有著極大的相似，兩者都可以直接接受采用 工系統(tǒng)普遍采用直角坐標(biāo)系，如 X,Y, Z 坐標(biāo)軸等等。 快速成形加工系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床的最直觀差別在于，前者通常使用激光而 不是刀具來實(shí)現(xiàn)對零件的加工?？焖俪尚沃圃煜到y(tǒng)的原型制作過程都是在 此有人將快速原型制造過程稱之為數(shù)字化成形。 為原型的制作過程提供數(shù)字信息。目前國際上商用的造型軟件如 , 都有多種數(shù)據(jù)接口，一般都提供了直接能夠由快速原型制造系統(tǒng)中切片軟件識別的 將其頂點(diǎn)信息和法矢有序排列起來而生成的一種二進(jìn)制或 著 快速成形制造技術(shù)的發(fā)展， 型的 第一章 言 - 8 - 在快 速 成 形系統(tǒng)加工過程中，系統(tǒng)應(yīng)用軟件將計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型在 成一系列具有一定厚度的薄片，激光束 (或其它能量流 )在計(jì)算機(jī)的控制下掃描二維輪廓或者有選擇地固化或粘結(jié)某一區(qū)域，從而形成構(gòu)成零件實(shí)體的一個(gè)層面，這樣逐漸堆積便形成一個(gè)三維實(shí)體 (原型 )。最后通過后處理 (如深度固化、修磨等 )，使其達(dá)到功能件的要求。 圖 速成型示意圖 次設(shè)計(jì)的任務(wù) 為研究開發(fā)價(jià)格低廉、精度較高、有自主版權(quán)的新型的三維 實(shí)物打印機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)從三維 擬模型到實(shí)物原型的快速轉(zhuǎn)換。由此種成型過程生成的原型件可用于設(shè)計(jì)的校驗(yàn)與評審、零件實(shí)物裝配檢驗(yàn)、展品或商業(yè)競標(biāo)樣件、消失模的主模型等，可藉此縮減企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)周期和成本。總體 方 案 設(shè) 計(jì) 思路，延伸于二維打印機(jī)。即在二維打印圖形上不斷累加，形成三維實(shí)體。本項(xiàng)目開發(fā)產(chǎn)品可以作為 計(jì)的終端設(shè)備，有很大的市場容量。三維打印機(jī)可以快速提供概念模型，供設(shè)計(jì)評估，避免模具工裝等生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的風(fēng)險(xiǎn)，從而可以大大加快新產(chǎn)品開發(fā)速度，降低新產(chǎn)品開發(fā)成本，大大提高企業(yè)的競爭能力 和快速響應(yīng)市場的能力。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 工作內(nèi)容和要求： 1 X 2 升降工作臺(tái)設(shè)計(jì) 3 整機(jī)總裝配圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 最大成型空間： 150描運(yùn)動(dòng)最大速度： 100mm/s X Y 重復(fù)定位精度： 向重復(fù)定位精度： 動(dòng)件最大質(zhì)量： 2千克 10千克 設(shè)計(jì)日程安排 資料，調(diào)研，定設(shè)計(jì)方案，提交開題報(bào)告。 計(jì)，計(jì)算，修改設(shè)計(jì)方案。 制 裝配圖，教師審核電子版圖紙。 寫說明書，修改裝配圖，繪制其他圖紙，教師審核說明書 中出圖，打印說明書，準(zhǔn)備答辯。 第二章 基本方案的確定 第二章 基本方案的確定 - 10 - 初方案 工作臺(tái)在 上由于重復(fù)定位精度比較的高，考慮采用閉環(huán)控制，工作臺(tái)在 上由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)，通過滾珠絲杠來帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用光電編碼器作為測量反饋組件。 安裝限位開關(guān)。工作臺(tái)在 Z 軸上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需要按照層高不斷下降，因此，可以使用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)工作 臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)。出于對安全的考慮，要安裝限位開關(guān)（可用一個(gè)簡單的行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)），在工作臺(tái)碰到開關(guān)之后，立即停止運(yùn)動(dòng)。采用活塞式升降臺(tái)單獨(dú)的鋪粉機(jī)構(gòu)。 圖 渡 方案 考慮到三維打印機(jī)應(yīng)定位為辦公室內(nèi)的小型機(jī)器。并且最初的方案將造成整體尺寸過于龐大，不符合設(shè)計(jì)的初衷，因此改用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步齒形帶在光杠組成的平面中進(jìn)行 樣減少整體尺寸，符合小型機(jī)器的概念，也能適當(dāng)減少加工成本，和零件成本。并且能夠達(dá)到要求精度等級。草圖見下圖： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 圖 渡方案圖 期方案 經(jīng)過多次實(shí)踐觀察以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從復(fù)印機(jī)的鋼絲機(jī)構(gòu)汲取的靈感，確定了以鋼絲為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。 該二維工作臺(tái)有諸多優(yōu)點(diǎn)： 工作臺(tái)的反向間隙小 分辨率高 響應(yīng)速度快 因此選用滑輪鋼絲機(jī)構(gòu)牽引工作臺(tái)做 面的移動(dòng)。 并初步繪制結(jié)構(gòu)圖如下 第二章 基本方案的確定 - 12 - 圖 絲繩驅(qū)動(dòng)的二維工作臺(tái) 鋪粉機(jī)構(gòu)也做了很大改動(dòng)，鋪粉裝置由工作活塞、送粉活塞、兩個(gè)工作缸體、鋪粉輪、驅(qū)動(dòng)裝置組成，如下圖所示。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪 ,每加工完一層后 ,工作活塞下降 ,送粉活塞上升，然后鋪粉滾輪來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋪粉。該滾輪在兩平行的齒帶之間架設(shè)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾輪完成兩個(gè)功能 : (1)鋪粉； (2)壓緊。 圖 粉機(jī)構(gòu)示意圖 終方案 經(jīng)過一段時(shí)間的畫圖和思考以及有限的實(shí)驗(yàn)，對之前的方案做了多項(xiàng)改進(jìn)和優(yōu)化。 傳動(dòng)更有效。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用以驅(qū)動(dòng)掃描系統(tǒng)?；郾?梁偉文 賓鴻贊 劉瓊 在論文激光分形燒結(jié)快速成形裝置的研制 的 實(shí)驗(yàn)如下： 在 2D 掃描系統(tǒng)中要求 向的靈敏度、定位精度高，并要求牽引力小、移動(dòng)輕便，為此選擇高精度的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，重復(fù)定位誤差為 m；可以完美的完成本三維打印機(jī)的任務(wù)。 本文設(shè)計(jì)的掃描系統(tǒng)在 X、過百分表來測驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果，表 1， 2 示： 表 1 10 步 1 2 3 4 5 6 位移 7 8 9 10 11 12 位移 2 10 1 2 3 4 5 6 位移 7 8 9 10 11 12 位移 方向平均每走一步的位移為 Y 方向平均每走一步的位移為 結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。 向間隙實(shí)驗(yàn)的結(jié)果： 著向后走，通過比較前后兩次的位移，即可判斷反向間隙，當(dāng) 里存在著 是當(dāng)連續(xù)走時(shí)，重復(fù)定位精度基本上無誤差。當(dāng)連續(xù)走 150步后，接著反向走 150步，位移基本為零。方向 類似 ，基本上被消除。該實(shí)驗(yàn)裝置 向間隙基本消除。 造性的將平面鋼絲系統(tǒng)用于成型儲(chǔ)料箱升降裝置，使成型空間與儲(chǔ)料空間之間形成正比關(guān)系，成型時(shí)，儲(chǔ)料箱板逐漸上升，同時(shí)由于鋼絲作用，成型箱板同步下降一定高度，并且儲(chǔ)料箱板逐漸上升高度與成型箱板下降高度相等，然 后刮板開始刮料，這樣就不會(huì)造成普通鋪粉機(jī)構(gòu)所遇到的各種問題，比如廢料回收一類的先天不足問題。同時(shí)由于兩個(gè)板聯(lián)動(dòng)自重互相抵消，使電動(dòng)機(jī)的載荷大幅下降。 - 14 - 合兩側(cè)高出 1毫米的箱壁組成一個(gè)半封閉的空間，通過 終方案示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 第三章 主要 零 部 件的選 型 進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相 應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等 。 圖 百格拉公司的三相混合式步進(jìn)電機(jī)采用交流伺服原理工作，運(yùn)用特殊精密機(jī)械加工工藝，使步進(jìn)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間間隙僅為 50子和定子的直徑比提高到 59%，大大提高了電機(jī)工作扭矩，特別是高速時(shí)的工作扭矩。由于定子和轉(zhuǎn)子上磁槽數(shù)遠(yuǎn)多于五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，使三相混合式步進(jìn)電機(jī)可以按五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行工作。電機(jī)的扭矩僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無關(guān)，例如： 200步和 10000 步， 800轉(zhuǎn) /分時(shí)的扭矩都是 格拉公司的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在低速時(shí)運(yùn)行極其平穩(wěn)，幾乎無共振區(qū)，高速時(shí)扭矩大，運(yùn)行特性類同交流伺服電機(jī)，被稱為具有交流伺服電機(jī)運(yùn)行性能的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。 百格拉公司的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于紡織機(jī)械、機(jī)床、包 裝機(jī)械、印刷機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、醫(yī)療儀器、光學(xué)儀器、裝配機(jī)械等自動(dòng)化控制設(shè)備中。 第三章主要零部件的選型 - 16 - 電機(jī)型號 相電流 （ A） 保持扭矩 ( 工作扭矩 ( 空載啟動(dòng)速度 （ r/s） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （ 重量 （ 2 步進(jìn)電機(jī)相電壓分為 32555機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)可任意設(shè)置為： 200、 400、 500、 1000、 2000、 4000、 5000、 10000步 /轉(zhuǎn) 圖 軟件環(huán)形分配器 及其 程序 設(shè)計(jì) 功率放大后 ,分別與電機(jī)的 A、 B、 C 三相連接。電機(jī)以三相六拍方式 ,電機(jī)正轉(zhuǎn)的順序?yàn)?A ,反轉(zhuǎn)為A 們的分配如表 1所示 ,設(shè) 相應(yīng)的相位繞組通電。把 表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的 ,并分別設(shè)定表頭地址為表尾的地址為 計(jì)算機(jī)的 按從表頭開始逐步加 1 的順序變化 ,電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn) ,如果按從 逐步減 1 的順序變化 ,電機(jī)反轉(zhuǎn)。 圖 算機(jī)三相六拍環(huán)形分配表 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 程序框圖如下： 軸器的選用 固螺栓型 特點(diǎn) 波紋管型彈性聯(lián)軸器 零回轉(zhuǎn)間隙 高扭矩剛性和靈敏度 彈性波紋管型結(jié)構(gòu)補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差 偏差存在的情況下也可保持等速作動(dòng) 順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同 免 維護(hù)，超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性 波紋管的材料為全不銹鋼或磷青銅（軸套鋁合金） 兩端不同孔徑大小的產(chǎn)品型號也備有庫存 子程序的入口 ,出口如下 : 入口 : 步進(jìn)電機(jī)步數(shù)。 正反轉(zhuǎn)控制 ,0為正轉(zhuǎn) , 0 為反轉(zhuǎn)。 以上參數(shù)在主程序中給定。 出口 : 子程 序結(jié)束時(shí)電機(jī)狀態(tài) ,供下次調(diào)用參考。 主程序主要完成初始化 ,根據(jù)電機(jī)的選擇開關(guān)及方式選擇開關(guān)設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志等工作 ,實(shí)現(xiàn)的框圖 ,如圖所示。 第三章主要零部件的選型 - 18 - 圖 聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)和材料 尺寸 產(chǎn)品編號 A L W E F G M 擰緊力矩 (Nm) 2 明 所有產(chǎn)品皆配有 緊固螺栓。 孔徑尺寸等于或小于 4 的軸套配有一個(gè)緊固螺栓。 緊固螺栓型聯(lián)軸器的孔徑公差 軸心公差建議為 線導(dǎo)軌的選用 線導(dǎo)軌的特長 ： 定位精度高，重現(xiàn)性佳 直線導(dǎo)軌的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，摩擦系數(shù)特別小，尤其靜摩擦力與動(dòng)摩擦力的差距很小，即使在微量進(jìn)給時(shí)也不會(huì)有空轉(zhuǎn)打滑的現(xiàn)象，解析能力與重現(xiàn)性最佳，因此可以實(shí)現(xiàn) m 級的定位精度。 低摩擦阻力，可長時(shí)間維持精度 直線導(dǎo)軌的滾動(dòng)摩擦力可減小至滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力的 1/201/40，尤其潤滑結(jié)構(gòu)簡單，潤滑容易，潤滑效果優(yōu)良，摩擦接觸面的磨 耗最底，因此可以長時(shí)間維持行走精度。 可承受四方向的高負(fù)荷能力 幾何力學(xué)結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)，可同時(shí)承受徑向、反徑向與橫方向的負(fù)荷，并保持行走精度，同時(shí)可輕易藉由施于預(yù)壓與滑塊數(shù)量，就可以提高起性能與負(fù)荷能力。 適合高速化之應(yīng)用 摩擦阻力小的特性，對設(shè)備的驅(qū)動(dòng)馬力需求低，節(jié)省能源效果大，尤其運(yùn)動(dòng)磨耗小，溫升效應(yīng)低，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械小型化與高速化需求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - 組裝容易并具互換之特性 直線導(dǎo)軌的安裝只要在銑削或研磨加工的安裝面上，以一定的組裝步驟，即能重現(xiàn)直線導(dǎo)軌的加工密度，可降低傳統(tǒng)鏟花加工的時(shí)間與成本。并且其可互換之特 性，可以將滑塊任意配裝在同型號的滑軌上，同時(shí)又保持相同的順暢度與精密度，機(jī)臺(tái)組裝最容易，維修保養(yǎng)最容易，維修保養(yǎng)最簡。 圖 動(dòng)直線導(dǎo)軌副安裝尺寸 型直線導(dǎo)軌的選用 微型導(dǎo)軌 準(zhǔn)型 列 特點(diǎn)： 高負(fù)荷 ,高扭矩功能 滾珠軌道設(shè)計(jì)采歌德式結(jié)構(gòu) ,其接觸角為 45 度 ,以達(dá)到四方等負(fù)荷之效果 :并在有限空間限制下 ,使用較大尺寸鋼珠 ,以提高負(fù)荷能力 ,充分展現(xiàn)高負(fù)荷 ,高扭矩功能 . 嵌入式設(shè)計(jì) 滑座鋼體與框架 ,端蓋及密封片 之結(jié)合方式采嵌入式設(shè)計(jì) ,不須使用螺絲固定 ,節(jié)省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之空間 。 精度等級 ,H,P,供設(shè)計(jì)選用 。 防塵設(shè)計(jì) 薄型底面密封及端面密封構(gòu)成全密閉防塵設(shè)計(jì) :可彈性搭配 。 回流孔特殊設(shè)計(jì) 鋼珠回流孔及回轉(zhuǎn)道由全密閉式塑膠框架及塑膠端蓋構(gòu)成 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,鋼珠循環(huán)更平穩(wěn) ,噪音低 。 潤滑 滑座于兩端由密閉式潤滑注油孔設(shè)計(jì) ,可經(jīng)由鋼珠循環(huán)將潤滑油帶到第三章主要零部件的選型 - 20 - 表面 ,達(dá)到潤滑的效果 。 保持器設(shè)計(jì) 滑座具高剛性鋼珠保持器 ,以確保運(yùn)送途中 安全 并且滑座容易裝配 。 材質(zhì) 滑座鋼體或滾珠皆使用不銹鋼淬透熱處理材質(zhì) 。 圖 型 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副安裝尺寸 輪的選用 滑輪采用慈溪市橫河鎮(zhèn)梅園滑輪廠生產(chǎn)的非標(biāo)準(zhǔn)滑輪。中間有軸，外包塑料。 本設(shè)計(jì)用到 3種，一種一側(cè)有軸， 3個(gè)用于 一種是兩側(cè)都有軸，數(shù)量較多 ，用于 另一種只有一個(gè)，由于空間位置問題，選用螺線線式的雙層結(jié)構(gòu)滑輪，以便使鋼絲繞行 結(jié)構(gòu)所需。 它零件的選用 噴頭 采用類似 于壓電噴頭的結(jié)構(gòu)壓電噴墨技術(shù)是將許多小的壓電陶瓷放置到噴墨打印機(jī)的打印頭噴嘴附近，利用它在電壓作用下會(huì)發(fā)生形變的原理，適時(shí)地把電壓加到它的上面。壓電陶瓷隨之產(chǎn)生伸縮使噴嘴中的墨汁噴出，在輸出介質(zhì)表面形成圖案。 粘接劑儲(chǔ)存輸送裝置 是仿照打印機(jī)墨盒的結(jié)構(gòu)制成，粘接劑本身消耗很少，將噴頭與粘接劑儲(chǔ)存輸送裝置整合在一起。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 21 - 螺釘，螺母，彈簧墊圈 由于圖書資料不夠詳細(xì)，無法了解一些小螺釘，螺母，彈簧墊圈的具體尺寸，所以選用了 762 ， 017 六角螺栓。 可調(diào)式腳架 可以調(diào)整調(diào)整螺母來保證機(jī)器水平。底部為減震作用的尼龍材料。 X 向移動(dòng)板 采用普冷鋼板 2次沖壓而成，提高效率。 第四章 噴頭 的 仿真模擬 以及電機(jī)的計(jì)算 頭的仿真模擬計(jì)算 臺(tái)灣 陳政宏 等人 的 研究結(jié)果證明， 噴嘴的壓力 變化 與 時(shí)間 近似 呈正弦關(guān)系 （詳見論文 微噴墨技術(shù)應(yīng)用之模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ），如圖 由于在 72s 之后，噴嘴內(nèi)部液體的壓力對于已經(jīng)斷裂的液滴已經(jīng)不會(huì)產(chǎn)生任何影響，因此在仿真系統(tǒng)中，因波傳遞所造成噴嘴最上層的壓力隨時(shí)間變化之關(guān)系只標(biāo)示到 72s 。 圖 圖 時(shí)間表 依據(jù)流體力學(xué)理論，對于不可壓縮流體之牛頓流體，流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)連續(xù)方程式 ( (1) 動(dòng)量方程式 ( 第四章噴頭的仿真模擬以及電機(jī)的計(jì)算 - 22 - (2) (3) (4) 其中 p(g/密度 ; m(g/s)為黏滯系數(shù) ; P(g/壓力 ; u、 v及 w(cm/s)分別為 x、 y及 g cm/表面張力在 x、 y及 gz(cm/ x、 y及 欲模擬一帶有自由表面的瞬時(shí)流體流動(dòng)情形，首先要能訂出自由表面的位置，其次是要 能計(jì)算出自由表面隨時(shí)間變化的情形，最后是要能處理自由表面的邊界條件，在本研究中我們選擇使用流體體積 (of 來處理這類三度空間的問題。 是由 人所提出，以流體體積比例 (of 概念，來追蹤自由表面的形態(tài)與變動(dòng)。首先在計(jì)算系統(tǒng) (立一組流體體積函數(shù) F(x, y, z, t)，它的值介于 0 和 1 之間。當(dāng)一個(gè)格子內(nèi)充滿流體時(shí)其值為 1，空格子時(shí)其 值為 0，若 和 1之間則屬于自由界面格子，即氣液共存的情況。因此 在處理 似的界面位置必需被重建，以便提供正確 研究在界面重建及 耦合 來計(jì)算，在三度空間上以一任意方向之平面來表示自由表面，進(jìn)而根據(jù)此平面之移動(dòng)位置來計(jì)算 步驟 1: 建立 /重建自由表面。 步驟 2: 計(jì)算速度場。 步驟 3: 計(jì)算 值的分布 為了能夠在自由表面的邊界上獲得較準(zhǔn)確的速度與壓力，本研 究將表面張力的效應(yīng)納入考慮并采用 推導(dǎo)至三維的狀態(tài)， 表面張力視為一連續(xù)的、橫跨于界面的作用力，等同于動(dòng)量方程式中的 b，并由下式求得 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 23 - 仿真系統(tǒng)首先以水來作測試。模擬結(jié)果的 3-D 圖所示。視角為與水平面呈 30 度，由圖可以清楚觀察從液滴生成、液滴串?dāng)嗔选⑽惨旱?(形、衛(wèi)星液滴與主液滴結(jié)合成單一液滴、液滴撞擊到標(biāo)的與撞擊后液滴擴(kuò)張到最大半徑之模擬結(jié)果。本研究主要討論液滴生成與飛行之模擬結(jié)果并與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 圖 模擬彈射序列 的液滴參數(shù)圖 模擬結(jié)果如圖所示，圖中 20對應(yīng)之實(shí)驗(yàn)觀測照片如圖所示。在 20由于噴嘴上方的正壓力推擠噴嘴內(nèi)部之液體，使得液體開始由噴口噴射出，此時(shí)液滴形狀呈現(xiàn)半月形。在 26因?yàn)檎龎毫Τ掷m(xù)作用而給予液滴一加速度，因此液滴速度與長度均增加。在 40 44噴口附近的液體受到噴嘴內(nèi)部向上拉回之負(fù)壓力，使得向下速度減小，同時(shí)并受到下方液滴串之表面張力相互作用，于是產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，由模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)照片可知液滴串均在 56間產(chǎn)生斷裂，在此 階段模擬與實(shí)驗(yàn)具有高度的一致性。 在 62s 之后，液滴串已經(jīng)完全和噴嘴分離，形狀具有圓渾的頭端和細(xì)長的尾端，由于尾端受到表面張力的作用，產(chǎn)生一向下的加速度，使細(xì)長的尾端向下之速度迅速增加并追上頭端的速度，頭尾兩端相互靠近，液滴串的長度開始減小，由于尾端質(zhì)量的累積致使體積也變大形成尾液滴。 模擬與實(shí)驗(yàn)在 80s 時(shí)有些許的差異，實(shí)驗(yàn)照片之部份尾液滴和液滴串已脫離而在模擬結(jié)果上則尚未完全脫離，以致 80s 之后，模擬結(jié)果之尾液滴較大、尾液滴較實(shí)驗(yàn)早形成圓球體。模擬結(jié)果在 86間因表面張力作用，尾液滴和主 液滴分離，形成衛(wèi)星液滴，由于衛(wèi)星液滴的速度扔較主液滴大，在 92上主液滴并結(jié)合成單一液滴；在實(shí)驗(yàn)照片上，衛(wèi)星液滴與主液滴則在 104成單一液滴。 第四章噴頭的仿真模擬以及電機(jī)的計(jì)算 - 24 - 20 26 32 38 44 50 56 62 圖 模擬結(jié)果 20至 62 s 20 26 32 38 44 50 56 62 圖 實(shí)驗(yàn)觀察 20 至 62 s 在液滴飛行距離方面，為模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之比較；在液滴體積方面，實(shí)驗(yàn)觀察之液滴體積為 236 擬結(jié)果之液滴體積為 229 液滴形態(tài)、斷裂時(shí)間 、飛行距離與 體積等四方面，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察比對具有不錯(cuò)的吻合 。 68 74 80 86 92 98 104 110 圖 68買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 25 - 68 74 80 86 92 98 104 110 圖 68實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 對比飛行距離液滴 之間模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果 于步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比 i=(=1(1 式中 o/脈沖） S 沖） 計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及