3D打印機(jī)技術(shù)方案

1、三維打印機(jī)的研究與設(shè)計(jì)技術(shù)方案維修中心二零一九年六月一、國(guó)內(nèi)外在該方面的研究現(xiàn)狀分析及研究的目的意義1、現(xiàn)狀及研究意義：3D打印快速成型技術(shù)實(shí)質(zhì)是“快速成型技術(shù)”，也被稱為“增量技術(shù)”、 “增材技術(shù)：是傳統(tǒng)制造技術(shù)與新材料的完美結(jié)合，并且將帶動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)、新材料、精益制造等多個(gè)領(lǐng)域顛覆性的改變。3D打印技術(shù)作為目前最具有生命力的快速成型技術(shù)之一，用于家用電器、辦公室用品、建筑模型、醫(yī)學(xué)模型等領(lǐng)域的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空航天等軍事領(lǐng)域和大型復(fù)雜構(gòu)件的一次成型制造，在國(guó)外，3D打印機(jī)已經(jīng)商品化。作為一種經(jīng)濟(jì)型快速成型技術(shù)，綜合應(yīng)用了CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)，光化學(xué)以及材料科學(xué)等緒多方面

2、的技術(shù)和知識(shí)，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療用品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)者，第一時(shí)間方便輕松的獲得全彩色實(shí)物模型，便于重新修定CAD設(shè)計(jì)模型，從而節(jié)省了為錯(cuò)誤設(shè)計(jì)制造工藝裝備的費(fèi)用，并節(jié)省了研制時(shí)間。它具有成本低、系統(tǒng)可靠性高，設(shè)備體積小、噪聲小、成型速度快、產(chǎn)品材料與顏色可多樣化等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢(shì)：通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；大幅減少了材料浪費(fèi)。具有巨 大的應(yīng)用潛能和廣闊的市場(chǎng)前景。當(dāng)下，我國(guó)的3D打印技術(shù)還處于起步階段，3D打印技術(shù)基本由大學(xué)和一些小企業(yè)在做研究，尚未有成品出現(xiàn)，在軟件和材料方面相對(duì)落后，但是，就在 2012年10月17日, 中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)

3、業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)成立，這就意味著中國(guó)開(kāi)始越來(lái)越重視該技術(shù)。因此，開(kāi)展 三維打印快速成型機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本課題通過(guò)對(duì)該機(jī)械系統(tǒng)的研究，探索并深入了解電機(jī)，傳感器及反饋系統(tǒng)，達(dá)到加深對(duì)課內(nèi)知識(shí)的理解的目的，并利用 控制理論實(shí)現(xiàn)了 3維定位和實(shí)現(xiàn)打印功能，給出初步設(shè)計(jì)方案。2、基本原理：每一層的打印過(guò)程分為兩步， 首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水， 膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可得到模型，而剩余粉末還可

4、循環(huán)利用。二、任務(wù)分析1、確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能：設(shè)計(jì)一個(gè) 3D打印機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)用熱能加熱熔融材料，并從噴 頭噴出，逐層堆積出模型。由3D打印機(jī)的基本原理我們分析其功能需求大致有：分層軟件、疊加粘貼、輸入圖形、定位監(jiān)測(cè)等。3D打印與2D打印相同之處在于，其都是采用逐漸掃描，掃描完畢再輸出的 設(shè)備。2、性能指標(biāo)：(1) .溫度范圍：儲(chǔ)存溫度：0-32 C工作溫度：15-32 C(2).工作空間速度最大工作長(zhǎng)(寬)度最大工作高度(3)打印速度精度：定位精度：打印速度：4s/層噴嘴直徑：0.4mm三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案尺寸（cm）3038x、 y 軸 0.011mm , z 軸 0.0025mm每層厚度:0.1

5、8mm運(yùn)動(dòng)軸速度：40mm/s1 .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)；鋪粉輻機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu)。2 .控制系統(tǒng)至2侵杵快犬il 1- b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

6、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)定性和快速性。3 .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??；(3)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) c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)祠眼電機(jī)力部和速度在依述下滿轉(zhuǎn)知*速 度增加區(qū)矩明m卜降力速度增大的情獷|轉(zhuǎn)嫗變化很小幾乎線性化的力,速&曲線動(dòng)態(tài)特性（逋及和加速及）小小虹的加逋度特性a衣速

7、穩(wěn)定性加速的時(shí)候國(guó)定平 率的振動(dòng)態(tài)引發(fā)間 題,細(xì)分控制可盛少 此類(lèi)叵肥整個(gè)動(dòng)態(tài)范用內(nèi)平幫、安靜迅動(dòng)宙玷態(tài)而國(guó)內(nèi)半程達(dá)切目而付苴相硫達(dá)到目標(biāo)中置： 自然力矩保持位置 稔工開(kāi)環(huán)控制下.那 .果過(guò)我或亦超速，目 標(biāo)也置無(wú)法達(dá)到通過(guò)以壞控削達(dá)到目標(biāo)位置3未知錯(cuò)誤卻卜:功能定不正舶的情況儲(chǔ)糾正檢壹錯(cuò)諛;可能出現(xiàn)仿置超附或持績(jī)誤差更高涎度.更小力地，無(wú)后沖.表土LI各電機(jī)參數(shù)性機(jī)比數(shù)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

8、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

9、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，可用于要求快速啟停的控制場(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)：1,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；4 .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

10、目的；5 .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

11、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

12、述情況步進(jìn)電機(jī)快速準(zhǔn)確定位系統(tǒng)控制 器的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)快速準(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)白轉(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X0o當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)

13、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)到快速準(zhǔn)確定位控制的要求。3D打印機(jī)在功能上與 2D不同的即為增加了一個(gè)維度上的控制。對(duì)于如何增加z軸的控制，我們做了如下分析：一種方案為，采取噴嘴直接噴熱固性塑料在加熱底板上，在噴嘴處有一電機(jī)控制噴嘴高度，高度一點(diǎn)一點(diǎn)增加，即可慢慢打印出想要的樣品。另一種方案為，采用原料與黏膠分別放置的辦法，采用滾桶將原料槽升起所供應(yīng)的原料顆粒推至加工平面， 然后采用噴嘴直接噴灑黏膠在所需面積上，每加工完一層，加工平面即 下降一層的高度以容納下一層，直至樣品打印結(jié)束。另外結(jié)構(gòu)上，我們還參考借鑒已經(jīng)成型的Delta Robot的工作方式（如

14、圖 1）,使用如下的三縱軸3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)。該打印機(jī)與傳統(tǒng)3D打印機(jī)有所不同，關(guān)鍵在于對(duì)打印點(diǎn)的定位方式。傳統(tǒng)的3D打印機(jī)采用自然坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸定義，在X,Y,Z三個(gè)維度上都采用螺桿絲杠傳動(dòng)，用電機(jī)帶動(dòng)絲杠從而對(duì)噴頭進(jìn)行控制與定位。而Rostock MAX 采用的是三傾斜桿與噴頭的二自由度連接，通過(guò)控制三個(gè)傾斜桿頂端的滑塊移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭在工作區(qū)域的定 位。性I 1. Deka Robot在第一種中，x,y,z軸均在噴嘴處控制，而第二種中對(duì)于噴嘴而言，加工平面高度是不變的，由加工平面下的電機(jī)來(lái)不斷調(diào)整z軸的高度。第一種的優(yōu)勢(shì)在于，想法簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但其缺點(diǎn)在于，如要打印空腔型的物體（譬如收口很

15、小的高腳杯） 則無(wú)法打印。而第二種可以打印出空腔型物體。由于第二種可以采用 顆粒支撐內(nèi)部所以可以實(shí)現(xiàn)。并且第二種的廢料不存在浪費(fèi)，完全可以繼續(xù)裝填回原料槽,也符合了環(huán)保的理念。我們選擇了第二種方案。執(zhí)行元件包括步進(jìn)電機(jī)、噴膠噴頭和加熱器。工作流程il工機(jī)先建立預(yù)加工的計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型,結(jié)合CAD、CAM將其以彩色STL、ply、w得到rl等數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)，之后采用彩色三維模型切片軟件對(duì)該彩色三維模型進(jìn)行切片分層一系列具有色彩信息的二維切片 ，再進(jìn)行切片光柵圖像處理 RIP分析，獲得每層的加工信息。 然后進(jìn)行以下步驟：1、采集粉末原料；2、將粉末鋪平到打印區(qū)域；3、打印機(jī)噴頭在模型橫截面定位 ，

16、噴豁結(jié)劑；4、送粉活塞上升一層，實(shí)體模型下降一層以繼續(xù)打印 ；5、重復(fù)上述過(guò)程直至模型打印完畢三維打印法采用了與噴墨打印機(jī)類(lèi)似的技術(shù)，首先鋪粉機(jī)構(gòu)在加工平臺(tái)上精確地鋪上一薄層粉末材料，噴頭在每一層鋪好的粉末材料上有選擇地噴射粘合劑，噴有粘合劑的地方材料被粘結(jié)在一起，其它地方仍為粉末。做完一層，加工平臺(tái)自動(dòng)下降一個(gè)截面層的高度，儲(chǔ)料桶上升一個(gè)截面層的高度，滾桶由升高了的儲(chǔ)料桶上方把粉末推至工作平臺(tái)，并把粉末推平，再噴粘結(jié)劑，如此循環(huán)直到把一個(gè)零件的所有層打印完畢，然后把未固化的粉末清理掉,最后進(jìn)彳T燒結(jié)，即可得到一個(gè)三維實(shí)物原型。X,Y軸（打印機(jī)）組成平面掃描運(yùn)動(dòng)框架，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制噴頭的掃

17、描運(yùn)動(dòng)；Z軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制工作臺(tái)（供粉缸、成型缸）作垂直于XY平面的運(yùn)動(dòng)。打印機(jī)構(gòu)幾乎不受載荷，但運(yùn)動(dòng)速度較高，具有運(yùn)動(dòng)的慣性，因此應(yīng)具有良好的隨動(dòng)性。Z軸應(yīng)具備一定的承載能力 和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。因此，在本系統(tǒng)中，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)，由兩個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)送粉缸和成型 缸內(nèi)的活塞作垂直于 XY平面的運(yùn)動(dòng)。鋪粉輻機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)成型粉末 材料的鋪平和壓實(shí)功能。品.Y .藐運(yùn)動(dòng)拄卡綜上所述：共有5個(gè)電機(jī)需要選擇。（一）X, Y軸的兩個(gè)電機(jī)：萬(wàn)案一1）對(duì)于X,Y軸，要實(shí)現(xiàn)輪廓掃描，需要較高的運(yùn)行速度和

18、定位精度，因此選擇絲杠-圓導(dǎo)軌這種運(yùn)動(dòng)方案，同時(shí)也能滿足驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)需一定承載能力的要求，由于橫向移動(dòng)走絲精度要求較高，考慮到無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)論是在調(diào)速精度、力矩波動(dòng)大小方面還是在輸出力矩大 小方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)所以選擇無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。2）計(jì)算選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：通過(guò)分析得到噴頭的質(zhì)量m約為1kg;根據(jù)要求繞絲小車(chē)橫向移動(dòng)速度v為060m/min;導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)（1約為0.2, wP=F v,F=m g 科m把g、科、v代 入公式得,wP=1.96W;由于采用雙圓柱形導(dǎo)軌，故電動(dòng)機(jī)所需功率 P為0P=2wP/n;從電動(dòng)機(jī)到 轉(zhuǎn)軸之間的傳動(dòng)裝置的總效率n總為:n總=門(mén)軸承 bn,查得軸承效率n軸承=

19、0.99,帶輪效率 bn=0.98, 即:n 總=0.99 X 0.98=0.9702,0P=2wP/n 總=2X 1.96/0.9702=4.04W; 選取電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電機(jī)45ZWN60-2430,其具體參數(shù)如下: 無(wú)刷書(shū)動(dòng)機(jī)主要技木參數(shù) Brushless Motor Technical Data電機(jī)母 TYPE和軍電壓 Ratod voHagu VDC安泉打通 Nodchad speed Mm i n望fit電匯 No bad current ARaltrtl speed rmm酬工嶗律 R制帆1 torque N.m物比訪率 OllEpul POWCF w峙值力爐 國(guó)防網(wǎng) orque

20、 N.m應(yīng) WMBD穿和2430000314000.06a .6CM&24032100Q.OB13o ia方案二選用的X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)都是 MakerBot Nema 17 ,其具體參數(shù)指標(biāo)如下表：NEMA型號(hào)17r保持扭矩標(biāo)準(zhǔn)單位43 oK-in保持扭矩(公制單位)0.3N-m每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)(KX)RPM蘇進(jìn)角1出口測(cè)角精度±3%單/雙軸單軸繞組型式(Winding Type)4綻并行相電用.(Phase Resistance)5.25 Ohm相電流 1 PhEisc C u ncnt)IA電惟7.7mH物理標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度42.7mm寬度42.7mm高度S5.1 mm最低操作溫

21、度-20最高操作溫度4儼匚軸直世其價(jià)格在650到800元之間。（二）鋪粉電機(jī)：鋪粉電機(jī)運(yùn)動(dòng)只需要控制電機(jī)的起停和設(shè)定轉(zhuǎn)速，用普通直流電機(jī)即可滿足要求。通過(guò)鋪粉輻筒轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)，將粉末材料從儲(chǔ)粉腔添加到成型腔，同時(shí)壓實(shí)粉末，平整粉末表面。鋪粉輻筒的在粉末平面的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與鋪粉輻筒的平動(dòng)方向相同，通過(guò)輻筒的轉(zhuǎn)動(dòng)將輻筒前面堆積的多余粉末卷起，讓粉末材料翻滾前進(jìn)，減小了粉末與已打印的截面層之間的摩擦力。為減小對(duì)模型 Y向尺寸精度的影響，鋪粉輻筒平動(dòng)的速度不宜過(guò)快。系統(tǒng)中鋪粉輻筒采用外徑為20mm的不銹鋼管精密磨制，表面光滑，且不易腐蝕。轉(zhuǎn)速 200r/min ,平動(dòng)速度為0.2m/s時(shí)成型質(zhì)量和效率較為滿

22、意。對(duì)具有微小結(jié)構(gòu)的部件，可以適當(dāng)降低轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)速 度。設(shè)輻筒與平面之間摩擦系數(shù)為0.4,輻筒質(zhì)量記為0.5kg ,則可計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：I； =F*L= P mg*L=0,4*0,5* 10*0.6= 1,2N m功率計(jì)算如下：0P=Fv=（i mg*v=0.2 *2=0.4W機(jī)械傳動(dòng)部分效率較低估計(jì)為0.6 ,減速器效率估計(jì)為 0.8n 總二門(mén)軸承*bn=0.6*0.8=0.48所以電機(jī)功率pm=2.080P(13)0P ,取pm=2.50P=1W 根據(jù)計(jì)算所得，我們選擇以下型號(hào)的永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)20SY01表八系列親婚式澹同陽(yáng)電動(dòng)機(jī)技術(shù)依據(jù)型號(hào)電JEA電澧收即/N * m/r-nia&qu

23、ot;1m率2逆轉(zhuǎn)箜h min*外形尺寸7nun K mm X mm««»SY0ig0.560WI*20*2J0.4ft(三)儲(chǔ)料室電機(jī)及成型室電機(jī):根據(jù)要求，選用公稱直徑16mm ,螺距4mm的絲杠時(shí)，x, y, z軸方向變化0.01mm ,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度a為:a=360ox 0.01 +4=0.9。所以x, y軸電機(jī)只要滿足步距角& & 0.9OPM必要脈洶數(shù)二物體移動(dòng)的距離360電機(jī)旋轉(zhuǎn)周移動(dòng)的距離步距角代入數(shù)據(jù)得:必要脈沖數(shù)二更X效4 09工1800脈沖必要脈沖數(shù)脈沖如果采用自啟動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)1秒鐘，則驅(qū)動(dòng)脈沖速度這樣計(jì)算:1800Pulse/1

24、sec=1.8kHz但是，自啟動(dòng)速度不可能是1.8kHz ,應(yīng)該采用加/減速運(yùn)行方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖。運(yùn)行速Jt離 通 動(dòng) 博加速時(shí)間二上一感遞附間送行方式如果加/減速時(shí)間設(shè)置為定位時(shí)間的25% ,啟動(dòng)脈沖速度為500Hz,則計(jì)算方法如下:驅(qū)動(dòng)脈沖速度:二。脈雋巖解現(xiàn)秒w匈小如果是水平方向負(fù)載，則滾軸絲桿驅(qū)動(dòng)負(fù)載，效率為90% ,負(fù)載重量為3千克，則負(fù)載力矩的計(jì)算方法如下:3kg XO. 12 mm 110*2 31 X 0, 9 X 0, 1 =9.55 N * cm*1因?yàn)槭谴怪狈较虻呢?fù)載，則力矩應(yīng)該是此結(jié)果的 2倍，而且此結(jié)果僅包括負(fù)載力矩，電機(jī)的總負(fù)載還應(yīng)該包括加 /減速力矩，但是，計(jì)算中

25、很難得到準(zhǔn)確的負(fù)載慣性慣量， 因此, 為了解決這個(gè)問(wèn)題，在實(shí)際計(jì)算負(fù)載力矩的時(shí)候， 特別是自啟動(dòng)或需要迅速加/減速的情況， 我們應(yīng)該在此基礎(chǔ)上再乘以一個(gè)安全系數(shù)。emT=2*LT* e =2*0.0955*1.2=0.23N m根據(jù)計(jì)算及以下電機(jī)參數(shù)，我們選擇42BYG250B-0151 兩相混合步進(jìn)電機(jī)。k兩相混合式步進(jìn)電機(jī)序號(hào)技格型號(hào)相數(shù)( 1相電流 (A)保持轉(zhuǎn)蛆 (N m)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g cm21重量CKg)外形尺寸 (mm)128BYG250C0G7I20.9/1.80.70.Q9120 15孫泗235BrG250B-008l2。9/1 8080.11140.163535*34339B

26、YG250B 005120.9/7.80.50.0651101239*39«20442BYG250A-0 35120.9/1.81.50 2338021422*34542BYG250B-015120.9/1 8150 43570.2342*40642BYG250c4M5120.9/1.81.50.54820 36422>48四、執(zhí)行元件 執(zhí)行元件包括步進(jìn)電機(jī)、噴膠噴頭和加熱器。噴膠噴頭選擇：方案一由日本精工電子集團(tuán)所生產(chǎn)，精工最先是在生產(chǎn)精密鐘表方面在全世界家喻戶曉，如今在生產(chǎn)集裝壓電式噴頭方面就已經(jīng)具備相當(dāng)雄厚的實(shí)力與基礎(chǔ)，穩(wěn)定性方面就如其生產(chǎn)的精工表一樣品質(zhì)超眾.SPT噴頭

27、在綜合以往所有噴頭的性能優(yōu)點(diǎn)最終設(shè)計(jì)而成，在集中以往優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)另外還主要體現(xiàn)在：a.主要表現(xiàn)為全不銹鋼設(shè)計(jì)，具備超強(qiáng)的耐壽命，每只噴頭的管道為 510個(gè).b.噴頭電壓可隨溫度變化而變化，因此能夠以往其他噴頭因溫度等外界因素造成的斷墨 煩惱.c.其噴頭的數(shù)據(jù)端口能夠適應(yīng)不同的打印軟件，并且打印濃度也比以往噴頭更濃.d.能夠采用多種模式生產(chǎn)，墨點(diǎn)顆粒為 35PL和12PL,最高標(biāo)準(zhǔn)精度為720DPI和1440DPI,色彩飽和度無(wú)可挑剔.e.噴頭打印寬幅為75mm,是普通噴頭的4倍，可進(jìn)行快速輸出.f.適用面較廣，目前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)與商業(yè)打印的范圍之內(nèi)g.配套墨水的生產(chǎn)流水線全部由日方精工電子集團(tuán)專(zhuān)

28、業(yè)人員檢測(cè)，每次生產(chǎn)的墨水全部由精工集團(tuán)認(rèn)證之后方可投放于市場(chǎng)銷(xiāo)售.h.成本較低，趨于大眾化最終選型為:SEIKO SPT 255 35PL（極限主流噴頭）有效打印條寬度 35.7mm方案二：噴頭部分主要由以下零件構(gòu)成:1 . PEEK法蘭-5.6. 12.散熱銅鍋圖5.6.2銅鍋樣圖3.支撐鋁管4. PTFE內(nèi)襯 5.上托架（塑料件）6.下托架（環(huán)氧樹(shù)脂）7.加熱塊（鋁）圖5.6.3鋁塊樣圖8噴嘴（0.5mm鋁）圖5.6.4噴嘴樣圖9加熱電阻（6.8Om,防火水泥封裝，PTFE保護(hù)引腳），加熱材料，實(shí)現(xiàn)塑造。10熱敏電阻（100k,防火水泥封裝，PTFE保護(hù)引腳），防止加熱溫度過(guò)高損壞元件。

29、總體噴頭部分結(jié)構(gòu)如圖：圖5.6.5噴頭結(jié)構(gòu)示意圖選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所選步進(jìn)電機(jī)，確定步距角為1.8。，傳動(dòng)桿結(jié)構(gòu)如圖:圖5.3.1傳動(dòng)桿結(jié)構(gòu)我們選用半徑1.75cm的齒輪,由公式n為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)?？山獾胣=8 。故選用相匹配的 LERDGE-K型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及控制系統(tǒng)。曰6%圖5.3.2 LERDGE-K型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及控制系統(tǒng)。Lerdge_K電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)說(shuō)明1. Lerdge-K觸摸屏功效:采用3.5英寸全彩觸摸屏，菜單豐富，界面友好。便撞的觸理操作.友好的界面設(shè)計(jì),觸攫屏配置參數(shù), 冉也不用對(duì)若編譯不過(guò)的電腦屏幕傻，菱發(fā)呆.樂(lè)積新增觸摸屏

30、配置參數(shù)2 .接口豐富，滿足大多數(shù)生產(chǎn)需要。USB控制聯(lián)機(jī)打印WiFi控制打印U盤(pán)脫機(jī)打印讀卡器打印3 .集成度更高，滿足一體化需要口ILiiiiiiillliimiiiiiiiriiil匚11LEEDGE-K型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用直流1224V供電，適合驅(qū)動(dòng)電壓12V24V,電流小于4.0A外徑4286毫米的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。此驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小， 低速運(yùn)行很平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有振動(dòng)和噪音。高速時(shí)力矩也大大高于其它二相驅(qū)動(dòng)器，定位精度高。廣泛適用于雕刻機(jī)、數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械等分辨率要求較高的設(shè)備上。a.主要特點(diǎn)：1 .平均電流控制，兩

31、相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出2 .直流1850V供電3 .光電隔離信號(hào)輸入/輸出4 .有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、相間短路保護(hù)功能5 .十五檔細(xì)分和自動(dòng)半流功能6 .八檔輸出相電流設(shè)置7 .具有脫機(jī)命令輸人端子8 .電機(jī)的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)9 .高啟動(dòng)轉(zhuǎn)速10 .高速力矩大b.電氣參數(shù)輸入電壓直流1224V輸入輸入電流小于4安培輸出電流 1.0A4.2A功 耗 功耗：80W;內(nèi)部保險(xiǎn)：6A溫 度 工作溫度-1045 C;存放溫度-40 C70 c濕度不能結(jié)露，不能有水珠氣 體禁止有可燃?xì)怏w和導(dǎo)電灰塵重 量200克加熱器選擇由于加工平臺(tái)要求一定溫度，為了和溫度傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，我們需

32、要在加工平臺(tái)下安裝一個(gè)加熱器。當(dāng)溫度達(dá)到要求則加熱器斷電，當(dāng)溫度低于要求溫度時(shí)， 加熱器啟動(dòng)開(kāi)始加熱。選才i PTC陶瓷加熱板。其特性與優(yōu)勢(shì)為：1 .安全：PTC產(chǎn)品具有恒溫發(fā)熱、無(wú)明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小等傳統(tǒng) 發(fā)熱元件無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在電熱器具中的應(yīng)用越來(lái)越受到研發(fā)工程師的青睞。2 .節(jié)能：PTC產(chǎn)品有自動(dòng)節(jié)能的特性，當(dāng)加熱器把環(huán)境溫度提升后，其功率會(huì)逐漸降 低，只有額定功率的 90% , 80% ,或更少。3 .壽命長(zhǎng)：PTC產(chǎn)品正常使用時(shí)不因?yàn)樽陨碓驌p壞的，甚至上萬(wàn)次的反復(fù)開(kāi)關(guān)對(duì)其性能也無(wú)影響，衡量其壽命的標(biāo)準(zhǔn)是其老化程度。一般的標(biāo)準(zhǔn)為工作2000小時(shí)后的功率衰減小于10

33、%。干燒功率：環(huán)境溫度 24度，真空或無(wú)風(fēng)密閉空間內(nèi)，產(chǎn)品吊掛在空中或至于不導(dǎo)熱介質(zhì)上，測(cè)得的產(chǎn)品功率。此時(shí)用熱電偶或針形溫度計(jì)測(cè)量，表溫在正負(fù)公差10度內(nèi)。最大功率：在理想狀態(tài)下，可以達(dá)到的穩(wěn)態(tài)最大功率。例如：在 0度以下的環(huán)境中，隔著金屬殼體加熱流速極快的低溫液體。額定功率：干燒功率的 2倍。沖擊功率：最大功率的 1.5倍至2倍。產(chǎn)品實(shí)際耗散功率一般處于最大功率和干燒功率之間工作電壓：220V（裸線接出，不分正負(fù)極，接額定電壓即可）外觀尺寸：77x62x5.5mm（包括安裝孔部分）干燒表溫：270度左右 （內(nèi)部PTC加熱芯片溫度為 300度左右）額定功率：100W （實(shí)際耗散功率 3530

34、0W ）干燒功率：50W 左右最大功率：300W五、測(cè)量元件1、溫度傳感器溫度傳感器用于測(cè)定加工平面溫度是否達(dá)到材料所需溫度，溫度傳感器應(yīng)安裝于加工平面底部。工作原理：熱電偶或熱電阻傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將該信號(hào)送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)零和熱電偶補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)調(diào)零后的信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大的信號(hào)一路經(jīng) V/I轉(zhuǎn)換器計(jì)算處理后以 4-20mA直流電流輸出；另一路經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換器處理后到表頭顯示。變送器的線性化電路有兩種，均采用反饋方式。對(duì)熱電阻傳感器，用正反饋方式校正， 對(duì)熱電偶傳感器，用多段折線逼近法進(jìn)行校正。一體化數(shù)字顯示溫度變送器有兩種顯示方式。L

35、CD顯示的溫度變送器用兩線制方式輸出，LED顯示的溫度變送器用三線制方式輸出。最終選擇溫度傳感器如下：產(chǎn)品型號(hào)：CRZ2005-1000性能和參數(shù)解釋如下:1 .鉗電阻元件的溫度系數(shù) TCRTCR=R100- R0/ R0 X 100其中，R100為在100c時(shí)的電阻值，R0為在0c時(shí)的電阻值2 .鉗電阻元件的溫度-電阻特性RT=R01+aT-bT2-cT3 (T-100)RT-在溫度T時(shí)的電阻值，R0-在零度時(shí)的電阻值a b c系數(shù)，TCR=0.003851 時(shí)的系數(shù)如下表:溫度abcT<0S. 90802 X10-35. 80195X10-74. 27351X10-12T，03. 9

36、0802 X 10-35. 80195X10-70鉗電阻元件的誤差級(jí)別零度時(shí)阻值誤差 (%)溫度誤差(七)溫度系數(shù)TCR誤差 (ohm/ohm/C)±0. 04±(0, 10+0.0017 T|)0. 003851 ±0.000004A±0.06土(0. 15+0, 002|T|)0. 003851 ±0. 000005R±0. 12+(0. 30+0, 005|T|)0. 003851+0. 0000122B±0. 25±(0.60+0. 01 |T|)0. 003851 ±0. 0000244.鉗電阻

37、元件的穩(wěn)定性鉗電阻元件有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。例如CRZ-1632在400c時(shí)持續(xù) 300小時(shí)，0c時(shí)的5.鉗電阻元件的熱響應(yīng)時(shí)間型號(hào)熱響應(yīng)時(shí)間TO. 9（秒）空氣水V=1. Om/sV=3b 0m/sCRZ-16321070. 3CRZ-20051611S 38.溫度一阻值表標(biāo)稱阻值C）10050。1000TCK (10-6/K)3351溫度電阻值（口）-5080. 31401. 53803. 070100. 00500, 001000. 0050119. 40596, 981193. 95100138. 51692. 501385, 00150157. 33786. 571573. 15200

38、175. 86879. 20175g. 40250194. 10970. 371940. 74300212. 051060. 092120.19350229. 721148, 37229軌 73400247. 091235. 192470. 3fi450264. 181320. 56264L 12500280. 981404. 48280S. 96550297, 4914s1 952973. 90600313. 711567. 973135. 94650329. 641647. 543295. 08CRZ薄膜元件應(yīng)用的注意事項(xiàng)1 .直接使用元件或制成溫度傳感器測(cè)溫時(shí)，避免超過(guò)測(cè)溫量程， 短時(shí)間

39、內(nèi)雖不會(huì)損壞亦影響產(chǎn)品壽命和精度。2 .用CRZ元件組裝溫度傳感器時(shí)，在使用高溫固化環(huán)氧膠灌封時(shí)，應(yīng)注意其在固化過(guò) 程中應(yīng)力的變化，否則可能損壞元件（一般為開(kāi)路）；在使用氧化鎂或氧化鋁充填過(guò)程中，應(yīng)避免元件直接接觸保護(hù)管尖銳的內(nèi)表面，否則在振動(dòng)過(guò)程中，有可能使元件的瓷片邊緣破損，造成元件開(kāi)路損壞。3 .在制做溫度傳感器時(shí)，必須保證灌封材料的高度絕緣性能，否則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣 絕緣性能降低，并且影響元件的測(cè)試數(shù)據(jù)，一般會(huì)導(dǎo)致測(cè)試電阻值偏低。2、濕度傳感器濕度傳感器用于測(cè)定內(nèi)部加工平面的環(huán)境是否合適的測(cè)量元件，所以此處濕度傳感器應(yīng)安裝于加工平面周?chē)芙牡胤?。工作原理：濕敏元件是最?jiǎn)單的濕度傳感器

40、。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類(lèi)。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、 酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。經(jīng)過(guò)比較我們選擇 BST的HR202濕度傳感模塊，特征如下：基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，專(zhuān)利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)高精度：土 2%RH極好的線形輸出寬量程：199%RH ,寬工作溫度范圍-40140 c濕度輸出受溫度影響極小，常

41、溫使用無(wú)須溫度補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間5秒，浸水或結(jié)露后10秒鐘迅速恢復(fù)抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量0.5%RH/年互換性好電容與濕度變化 0.34pf/%RH ,典型值180pf55%RH價(jià)格在15元左右每只3、壓力傳感器壓力傳感器用于測(cè)定料槽與墨盒中是否有料，無(wú)料則示警的裝壓力傳博器置，壓力傳感器安裝于原料槽底部和墨盒底部。力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多， 如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、 壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好

42、的線性特性。我們采用壓力傳感器來(lái)測(cè)定墨盒與原料槽中壓力傳感器原料充足，不會(huì)因原料不足而對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生影響。由于大多數(shù)壓力傳感器應(yīng)用與工業(yè)，其量程過(guò)大，均為幾噸至十幾噸不等，所以根據(jù)我們所需的量程范圍選定以下（上海聚人牌）微型壓力傳感器：Force Sensing Resistor壓力感應(yīng)電阻是著名Interlink Electronics公司生產(chǎn)的一款重量輕，體積小，感測(cè)精度高，超薄型壓力傳感器。當(dāng)壓力感測(cè)電阻器感應(yīng)面的壓力增加時(shí)，其阻抗就會(huì)減少，從而取得壓力數(shù)據(jù)。其可用于機(jī)械手末端夾持器感測(cè)夾持物品有無(wú)，仿生機(jī)器人足下行走地面感測(cè)，哺乳類(lèi)動(dòng)物咬力測(cè)試生物實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用范圍及其廣泛。O.M-fFC

43、 200040MB460100 時(shí)注 ml guzW.L£2gUJHFORCE（0）Sensing area（感測(cè)范圍）：0.2 " circleOutput signal（輸出信號(hào)） ：Passive variable resistanceForce sensitive range（壓力感測(cè)范圍）：0 to 10 kgLifetime （使用壽命）： 10 million actuations價(jià)格為80元左右每只。4、位移傳感器位移傳感器用于測(cè)定x,y,z軸的定位，x,y軸傳感器用于噴頭后面，z軸傳感器則安裝于原料槽推板和工作平面推板。這里的位移傳感器需要精度很高。工作原

44、理：電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智 能控制。光電式位移傳感器利用激光三角反射法利用激光三角反射法進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體材質(zhì)沒(méi)有任何要求，主要影響為環(huán)境光強(qiáng)和被測(cè)面是否平整。比如公路測(cè)量用到真尚有的激光位移傳感器，就對(duì)傳感器進(jìn)行了特殊配置，與普通情況不一樣。位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)，大 的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)

45、測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高（目前分辨率最高的可達(dá)到納米級(jí)）、抗干擾能力強(qiáng)、沒(méi)有人為讀數(shù)誤差、 安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。由量程范圍可以選擇以下位移傳感器，上海聚人RS-WY150 ,缺點(diǎn)在于此位移傳感器需要定期更換。依據(jù)量程、價(jià)格還有精確度，我們考慮了以下位移傳感器：（1）、有效行程規(guī)格（mm ） : 300機(jī)械行程（mm）：有效行程+7mm （每端緩沖3.5mm ）電阻（KQ ± 10% : 5 （75550mm 有效行程）；獨(dú)立線性精度（）: 0.05 （275650mm有效行程）最大容許電壓： DC36V/5K

46、Q20KQ輸出類(lèi)型：0-100%給定輸入工作電壓（隨位移變化而變化）解析度：無(wú)限分辨；最大工作速度：10m/s；使用溫度范圍：-60150co（2）、直線光柵系統(tǒng) 根據(jù)傳感器特點(diǎn)，可將三個(gè)直線光柵傳感器分別裝上測(cè)量，三個(gè)度均確定后就能算出噴頭的 X-Y-Z坐標(biāo)，把該坐標(biāo)反饋給控制器形成閉環(huán)回路。優(yōu)點(diǎn)：精度非常高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：成本較高，安裝要求比較高。所選元件：雷尼紹 RG2直線光柵系統(tǒng) 價(jià)格（人民幣）：2000+ 2Q “m桃Q隼RGS闞簫北 公指率達(dá)10 nm 用虞詁±3 wn/m 圍距為4口伊中的懾絡(luò)室繾至隅光事尺RenishawRG2的九菱 祥日班*:辜«/立：

47、F，d臣* : M度肥半飛普虐置If3(羊國(guó)配有12 7、£ 即用fHii布 I5七金世算疔1k宿(3)、使用激光測(cè)距傳感器前近到與根據(jù)它的性能優(yōu)點(diǎn)，可以將其固定在噴嘴所在托盤(pán)上，令激光測(cè)距傳感器面向操作臺(tái), 并檢測(cè)到與操作臺(tái)的距離，然后將距離信號(hào)傳送給控制電路，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，操作臺(tái)某固定距離時(shí)停止，準(zhǔn)備打印。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，同時(shí)成本過(guò)高，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)講并不適用。參考器件：Renishaw RLE10 Lazer System 價(jià)格：數(shù)千美金。圖 5.4.5 Renishaw RLE10 Lazer System5、功放選型在控制系統(tǒng)中，

48、執(zhí)行元件的工作往往需要較大的電功率，而控制元件僅能輸出控制信號(hào)，其輸出功率非常小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的目的，故在控制系統(tǒng)中，往往需要對(duì)不同的執(zhí)行元件選配合適的功率放大元件。根據(jù)此前在電機(jī)選型中的說(shuō)明，本系統(tǒng)中供使用了三種電機(jī)，直流無(wú)刷電機(jī)45ZWN60-2430，永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī) 20SY01 , 42BYG250B-0151 兩相混合步進(jìn)電機(jī)。1）電機(jī)的全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這是直流電機(jī)調(diào)速使用最多的調(diào)速方法。目前市場(chǎng)上有很多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成電路，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比較廣泛，但是其驅(qū)動(dòng)方法大多與全橋式驅(qū)動(dòng)一樣。PWM控制方法配合橋式驅(qū)動(dòng)電路，是目前直流電機(jī)調(diào)速最普遍的方法。我們?cè)隍?qū)動(dòng)直

49、流電機(jī)時(shí)采用 H型橋式驅(qū)動(dòng)電路和 PWM控制相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。對(duì)于直流無(wú)刷電機(jī)4345ZWN60-2430 選用小功率 HM-WZ-10 直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體參數(shù)如下：輸入電壓范圍1224VDC （電壓可根據(jù)客戶要求定制城大輸出電流3k戰(zhàn)輸出功率;保護(hù)動(dòng)作南流4恥保護(hù)功優(yōu)電壓小F 10V時(shí)欠壓保護(hù)動(dòng)作.芯片過(guò)熱型值為170為；HRLL信號(hào)錯(cuò)誤.過(guò)流（PWM周期瞬間電流大于4A則電流保護(hù)危轉(zhuǎn)速范圍！最高轉(zhuǎn)速，對(duì)3400RPM電機(jī)試驗(yàn)；2）對(duì)于永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)20SY01 ,選用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體參數(shù)如下：1 .驅(qū)動(dòng)芯片：L298N雙H橋直流電

50、機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片2 .驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍 Vs： +5V+35V ;3 .如需要板內(nèi)取電，則供電范圍Vs： +7V+35V驅(qū)動(dòng)部分峰值電流Io： 2A4 .邏輯部分端子供電范圍 Vss： +5V+7V （可板內(nèi)取電+ 5V）5 .邏輯部分工作電流范圍:036mA6 .控制信號(hào)輸入電壓范圍：低電平：一 0.3VWVinWl.5V,高電平:2.3V w Vin w Vss7 .使能信號(hào)輸入電壓范圍：低電平：一0.3WVinWl.5V （控制信號(hào)無(wú)效）高電平:2.3V & Vin & Vss （控制信號(hào)有效）8 .最大功耗：20W （溫度T=75C時(shí)）9 .存儲(chǔ)溫度：25c+ 130 C

51、10 .驅(qū)動(dòng)板尺寸：55mm*49mm*33mm（帶固定銅柱，散熱片高度 ）11 .驅(qū)動(dòng)板重量：33g3） 2BYG250B-0151 兩相混合步進(jìn)電機(jī)，選用 MAL-404驅(qū)動(dòng)器，可以兼顧電機(jī)的高低頻性能，高頻時(shí)，電機(jī)在高速運(yùn)行狀態(tài)下力矩提高20%以上，低頻時(shí)，電機(jī)在低速運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，噪聲減少，平穩(wěn)性增加，其細(xì)分功能使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)清毒大大提高，能夠保證在高細(xì)分 的情況相愛(ài)，每一微步都是準(zhǔn)確的。其具體參數(shù)如下：席性能.抵伯格科止時(shí)，球蜒堯自的成半1兆幅籬信號(hào)輸人用電說(shuō)領(lǐng) 24VDC -40W 頤 1OVAC-3OVAC幅A電信夸于苒爸遇好可送 2,4,8,16.32.64J2B醺極性痘而析述5.10.20.25.40,50,100-12 陲好1最大盥動(dòng)電3充為艮控制系統(tǒng)：硬件電路系統(tǒng):DSP控制芯片，外圍存儲(chǔ)三維打印快速成型硬件電路主要由上位機(jī)與下位機(jī)接口板, 器，噴頭小車(chē)運(yùn)動(dòng)板，自舉供墨(提供粘結(jié)劑)系統(tǒng)，噴頭驅(qū)動(dòng)電路組成。1) PCI接口：充當(dāng)上位機(jī)與下位機(jī)的通信橋梁；2) DSP控制芯片：下位機(jī)打印數(shù)據(jù)的管理、傳輸、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、噴頭噴射粘結(jié)劑與 電機(jī)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制、打印過(guò)程信號(hào)的檢測(cè)等；3)外圍存儲(chǔ)器