快速成型實訓說明書(楊帥)

成績西南科技大學城市學院CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology快速成型實訓設計說明書2013～2014學年第2學期設計題目：挖掘機的快速成型題目類別：課程實訓指導教師：高旭芳專業(yè)班級：機制1103姓名：楊帥學號：201140187日期：2014.5.28機電工程系目錄第一章 任務選擇與簡介 任務選擇與簡介確定任務經(jīng)過課堂上的分組，老師分配的任務為挖掘機的快速成型設計，根據(jù)要求結(jié)合設計的方便性，所設計的挖掘機應符合現(xiàn)代工藝大體需求。經(jīng)過組成員的討論后確定設計方向。任務：挖掘機快速成型。挖掘機的資料1.2.1定義挖掘機，又稱挖掘機械（excavatingmachinery)，是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖掘機到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機、應用機電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預松后的土壤和巖石。從近幾年工程機械的發(fā)展來看，挖掘機的發(fā)展相對較快，而挖掘機作為工程建設中最主要的工程機械機型之一，其正確的選型也就顯得更為重要。1.2.2構(gòu)成常見的挖掘機結(jié)構(gòu)包括，動力裝置，工作裝置，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，操縱機構(gòu)，傳動機構(gòu)，行走機構(gòu)和輔助設施等。從外觀上看，挖掘機由工作裝置，上部轉(zhuǎn)臺，行走機構(gòu)三部分組成。1.2.3分類常見挖掘機的分類：挖掘機分類一：常見的挖掘機按驅(qū)動方式有內(nèi)燃機驅(qū)動挖掘機和電力驅(qū)動挖掘機兩種。其中電動挖掘機主要應用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場所。挖掘機分類二：按照行走方式的不同，挖掘機可分為履帶式挖掘機和輪式挖掘機。挖掘機分類三：按照傳動方式的不同，挖掘機可分為液壓挖掘機和機械挖掘機。機械挖掘機主要用在一些大型礦山上。挖掘機分類四：按照用途來分，挖掘機又可以分為通用挖掘機，礦用挖掘機，船用挖掘機，特種挖掘機等不同的類別挖掘機分類五：按照鏟斗來分，挖掘機又可以分為正鏟挖掘機和反鏟挖掘機。正鏟挖掘機多用于挖掘地表以上的物料，反鏟挖掘機多用于挖掘地表以下的物料。實際舉例：1、反鏟挖掘機——反鏟式是我們見過最常見的，向后向下，強制切土。可以用于停機作業(yè)面以下的挖掘，基本作業(yè)方式有：溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等。如圖1-1所示：圖1-1反鏟挖掘機2、正鏟挖掘機——正鏟挖掘機的鏟土動作形式。其特點是“前進向上，強制切土”。正鏟挖掘力大，能開挖停機面以上的土，宜用于開挖高度大于2m的干燥基坑，但須設置上下坡道。正鏟的挖斗比同當量的反鏟的挖掘機的斗要大一些，可開挖含水量不大于27%的一至三類土，且與自卸汽車配合完成整個挖掘運輸作業(yè)，還可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正鏟挖土機的開挖方式根據(jù)開挖路線與運輸車輛的相對位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種：正向挖土，側(cè)向卸土；正向挖土，反向卸土。如圖1-2所示：圖1-2正鏟挖掘機1.2.4發(fā)展方向1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。6)進一步改進液壓系統(tǒng)。7)迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應用。8)更注重環(huán)境保護，CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機。1.3分組情況經(jīng)過組上的討論最后決定采用反鏟挖掘機的外形作為設計參考，各部分零件的分組如下表1-1所示：楊帥挖掘機底盤，尺寸設計時要考慮局部強度要求曹安康底盤傳動輪胎（四個），加軸連接，考慮配合吳伏軍鏟斗，中空部分厚度要略大于打印最低要求肖乾成車廂，考慮節(jié)省材料，設計成多部分拼裝式范悅后壁油缸及活塞（兩個）吳召科前臂油缸及活塞（兩個）魏正福各部件之間的連桿、銷金鑫前臂，孔洞連接強度足夠楊璐后臂，孔洞連接強度足夠表1-1分組列表分好組后，各個組員根據(jù)分配的要求，在統(tǒng)一尺寸后，采用三維軟件，設計出自己的那部分形狀，再經(jīng)過多次校正修改后，將各部分零件組裝成整體，外形外觀再作小部分的修改，經(jīng)老師檢查后即可打?。G造型2.1UG簡介UG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。UnigraphicsNX針對用戶的虛擬產(chǎn)品設計和工藝設計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。主要功能：1、工業(yè)設計——NX為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用NX建模，工業(yè)設計師能夠迅速地建立和改進復雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。2、產(chǎn)品設計——NX包括了世界上最強大、最廣泛的產(chǎn)品設計應用模塊。NX具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產(chǎn)品的需要。NX優(yōu)于通用的設計工具，具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。3、NC加工——UGNX加工基礎模塊提供聯(lián)接UG所有加工模塊的基礎框架，它為UGNX所有加工模塊提供一個相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改：如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等。該模塊同時提供通用的點位加工編程功能，可用于鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進行靈活的用戶化修改和剪裁，并可定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫使初加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標準化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實體模型全相關(guān)。UGNX的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流NC機床和加工中心，該模塊在多年的應用實踐中已被證明適用于2～5軸或更多軸的銑削加工、2～4軸的車削加工和電火花線切割。4、模具設計——MoldWizard（注塑模向?qū)В┦腔贜X開發(fā)的，針對注塑模具設計的專業(yè)模塊，模塊中配有常用的模架庫和標準件，用戶可以根據(jù)自己的需要方便的進行調(diào)整用，還可以進行標準件的自我開發(fā)，很大程度上提高了模具設計效率。MoldWizard（注塑模向?qū)В┠K提供了整個模具設計流程，包括產(chǎn)品裝載、排位布局、分型、模架加載、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及工程制圖等。整個設計過程非常直觀、快捷，它的應用設計讓普通設計者也能完成一些中、高難度的模具設計。本次設計所采用的是UG8.0版本軟件。2.2零件分析及UG造型2.2.1零件的結(jié)構(gòu)分析根據(jù)任務要求，我所要畫的部件為挖掘機模型的底盤，在結(jié)合前文所提及的挖掘機資料和自身想法相融合后，決定了模型底盤的大體結(jié)構(gòu)。參照反鏟挖掘機的圖片圖樣，大體結(jié)構(gòu)相似，而由于在3D打印機上所打印的模型尺寸較小，要考慮強度要求，所以將圖片中的履帶傳動改為輪軸傳動。設計過程中所涉及到的尺寸都是經(jīng)討論后統(tǒng)一的尺寸，其中的配合、精度都符合要求！在經(jīng)過詳細的構(gòu)思與尺寸計算后，底盤的長寬高定為112mm、75mm、22.5mm，接著就進入UG的造型。2.2.2UG的造型1.打開UG軟件，點擊新建——模型——確定之后，進入新建的窗口，在如圖2-1所示的界面進行模型的創(chuàng)作：圖2-1UG初始界面2.首先要畫出底盤的兩邊支撐架，操作為插入——設計特征——拉伸，之后進入曲線繪圖界面，畫出支撐架的截面曲線再拉伸，即可完成繪制。重復步驟共畫出兩個支撐架，如下圖所示：圖2-2支撐架的拉伸圖2-3支撐架3.支撐架畫好之后，需要將其連接起來，所以接下來畫連接結(jié)構(gòu),參考圖片畫出如圖2-4所示的連接：圖2-4支撐架連接4.圖2-4所畫的連接與箱體不能進行旋轉(zhuǎn)動作，所以需要改進其結(jié)構(gòu)，使之能配合箱體一起做旋轉(zhuǎn)運動，經(jīng)拉伸操作處理后，得到下圖的結(jié)構(gòu)式樣：圖2-5改進后的連接5.整體結(jié)構(gòu)畫完后，需導出二維圖，圖形（詳細見文件夾中CAD圖）如下：圖2-6二維圖 快速成型3.1快速成型簡介快速成型技術(shù)又稱快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing，簡稱RPM)技術(shù)，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學、激光技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現(xiàn)手段。即，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。3.2特點及發(fā)展特點：(1)制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；(2)原型的復制性、互換性高；(3)制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復雜曲面時更顯優(yōu)越；(4)加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復雜程度無關(guān)，一般制造費用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；(5)高度技術(shù)集成，可實現(xiàn)了設計制造一體化；發(fā)展方向：(1)開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料。(2)提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。(3)改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設備結(jié)構(gòu)，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學和物理性能，為進一步進行模具加工和功能實驗提供基礎。(4)開發(fā)快速成形的高性能RPM軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由STL格式轉(zhuǎn)換和切片處理過程所產(chǎn)生精度損失。(5)開發(fā)新的成形能源。(6)快速成形方法和工藝的改進和創(chuàng)新。直接金屬成形技術(shù)將會成為今后研究與應用的又—個熱點。(7)進行快速成形技術(shù)與CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動測量、逆向工程的集成研究。(8)提高網(wǎng)絡化服務的研究力度，實現(xiàn)遠程控制。3.3熔融沉積制造（FDM）3.3.1實驗的主要儀器設備—S-250FDM雙噴頭快速成型系統(tǒng)。主要技術(shù)指標：系統(tǒng)運行環(huán)境：WindowsXP、Windows2000；分層軟件：ModelWizard；輸入格式：STL文件格式；分層軟件性能：分層控制一體化軟件：具備一定的打印功能；成型厚度（Z軸）：0.2-0.4mm（可自主調(diào)節(jié)）；成型精度：±0.2/100mm；成形空間：150mm×200mm×250mm;成型室：成型室溫度在50℃以上，運動系統(tǒng)（電機等）在成型室外；噴頭系統(tǒng)：雙噴頭（雙絲材成型系統(tǒng)）成型材料與支撐材料為不同性能的ABS塑料絲材；3.3.2數(shù)據(jù)準備1、STL數(shù)據(jù)格式的處理：由于我們設計的是在三維軟件里，但三維數(shù)據(jù)模型不能直接導入ModelWizard軟件，在ModelWizard里無法打開，所以必須得進行格式的轉(zhuǎn)換，將三維圖型格式轉(zhuǎn)化為STL文件如下圖3-1：圖3-1STL的轉(zhuǎn)化2.載入STL文件：在桌面上雙擊ModelWizard圖標，進入數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。在主菜單當中點擊載入，載入STL文件。再選擇模