LOM快速成型機設(shè)計

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長春光華學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 速成型機設(shè)計 姓 名 教 學(xué) 院 機械工程 專 業(yè) 班 級 13401 指導(dǎo)教師 序號（學(xué)號）： 2017 年 04 月 12 日 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 I 速成型機設(shè)計 [摘要 ] 在第三次工業(yè)革命之后，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和其他新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，制造業(yè)再一次煥發(fā)了自己的青春，也有了一些新的發(fā)展，例如及時庫存控制，靈敏制造，外協(xié)承包，物流的規(guī)劃與統(tǒng)籌是一些著名的新技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了產(chǎn)品的品質(zhì)，降低了制造成本，尤其對更新?lián)Q代的產(chǎn)品更有意義。 而近年來，快速成型則是制造領(lǐng)域中倍受矚目的一種新工藝，它以其優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)，低廉的制造成本，以及加速產(chǎn)品進入市場等特色，日益成為成功制造廠商的競爭優(yōu)勢。 因此我們也要掌握這項先進技術(shù)，并且將之發(fā)展壯大， 我相信經(jīng)過我們共同的努力一定會使我國的制造業(yè)得到更大的發(fā)展 。 [關(guān)鍵詞 ] 快速成型技術(shù) 控制系統(tǒng) 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 OM of of s is as in of is of in of to in is a of in to as by So we is it to I we to of [ 畢業(yè)設(shè)計專用紙 I 目 錄 目 錄 ........................................................................................................................................................ I 第 1章 緒論 ........................................................................................................................................... 1 述 ........................................................................................................................................... 1 ........................................................................................................................ 1 ........................................................................................................................ 2 產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用 ..................................................................................................... 2 模具制造中的應(yīng) 用 ..................................................................................................... 2 矯形醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 ..................................................................................................... 3 第 2章 .............................................................................................................. 4 述 ........................................................................................................................................... 4 快速成形機原理 ........................................................................................................... 5 藝過程于特點 ........................................................................................................................ 5 型材料 .................................................................................................................................... 5 機設(shè)計 .................................................................................................................................... 6 算機 ........................................................................................................................................ 7 光切割機構(gòu) ........................................................................................................................... 7 升降工作臺 ............................................................................................................................ 7 架 ............................................................................................................................................ 8 第 4章 機械部分設(shè)計計算 ..................................................................................................................... 9 光切割系統(tǒng) ........................................................................................................................... 9 ................................................................................................................ 9 .................................................................................................................. 15 .................................................................................................................. 16 機的選用 .................................................................................................................... 17 軸器的選用 ................................................................................................................ 18 升降臺的設(shè)計計算 .............................................................................................................. 19 .................................................................................................... 19 ................................................................................................................ 22 .................................................................................................................... 24 第 5章 數(shù)控部分設(shè)計 ........................................................................................................................... 26 定硬件電路總體方案 .......................................................................................................... 26 片機的選擇 (即主控制器 選擇 ) .............................................................................. 26 據(jù)存儲器的擴展 .................................................................................................................. 28 ／ O 接口的擴展 ...................................................................................................................... 29 盤、顯示器接口電路 .......................................................................................................... 31 據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................................................................. 31 謝辭 ......................................................................................................................................................... 33 參考文獻 ................................................................................................................................................. 34 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 1 頁 共 34 頁 第 1 章 緒論 述 產(chǎn)生于 20 世紀 80 年代的快速成形技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分。該技術(shù)是基于離散，堆積成形原理，集成了計算機、數(shù)控、激光、新材料等技術(shù)發(fā)展起來的，與 60年代的數(shù)控技術(shù)一樣對制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。 快速成形經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前已有幾十種工藝及相應(yīng)的商品化設(shè)備。在這一領(lǐng)域，美國一直處于領(lǐng)先地位，各種新工藝大都在美國最新出現(xiàn)，研究，開發(fā)的工藝種類也最多。其次在歐洲，日本發(fā)展規(guī)律也很快。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究起步較晚， 20 世紀 90 年代初開始涉足，經(jīng)過幾年的努力，在快速成形工藝研究，成形設(shè)備開發(fā)，數(shù)據(jù)處理及控制軟件，新 材料的研發(fā)等方面都做了大量卓有成效的工作，趕上了世界發(fā)展的步伐 并有新的創(chuàng)新。 速成形的原理 快速自動成型 (術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù) 集成了 控技術(shù)。激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果 :是先進制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的 過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。 快速自動成型技術(shù)問世不到十年，已實現(xiàn)了相當 大的市場，發(fā)展非常迅速。人們對材料逐層添加法這種新的制造方法已逐步適應(yīng)。制造行業(yè)的工作人員都想方設(shè)法利用這種現(xiàn)代化手段，與傳統(tǒng)制造技術(shù)的接軌工作也進展順利。人們用其長避共短，效益非凡。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強有力手段，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 快速成型的過程是首先生成一個產(chǎn)品的三維 其轉(zhuǎn)換成 用一軟件從 件 "切 "(設(shè)定厚度的一系列的片層， 或者直接從 些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機中去，類似于計算機向打印機傳遞打印信息，用材料添加法依次將每一層做出來并同時連結(jié)各層，長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 2 頁 共 34 頁 直到完成整個零件。因此，快速自動成型可定義為一種將計算機中儲存的任意三維型體信息通過材料逐層添加法直接制造出來，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技術(shù)。 快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨特的優(yōu)越性和特點 : （ 1）產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān) ， 可實現(xiàn)自由制造 (這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。 （ 2）產(chǎn)品的單價幾乎與批量無關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。 （ 3）由于采用非接觸加工的方式，沒有工具更換和磨損之類的問題，可做到無人值守，無需機加工方面的專門知識就可操作。 （ 4）無切割、噪音和振動等，有利于環(huán)保。 （ 5）整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，與 件可大可小，所見即所得，可隨時修改，隨時制造。 （ 6）與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實現(xiàn)快速鑄造，快速模具制造，小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。 速成形的應(yīng)用 產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用 快速制作樣件，雖然在材質(zhì)上與最終的實際產(chǎn)品有差異但由于形狀及尺寸精度高，可以用來 進行產(chǎn)品的形狀和尺寸評判，甚至可以進行部分性能測試，與傳統(tǒng)的樣機生產(chǎn)相比，不僅大 幅度地節(jié)省時間，百且大幅度地節(jié)約費用。 快速成形技術(shù)與三座標測量、三維激光掃描、工業(yè) 可以快速實施反求 (逆向 ) 工程。 模具制造中的應(yīng)用 (1)快速成形件直接用作模具 作的紙模經(jīng)表面處理直接代替砂型鑄造的木模，對于形狀復(fù)雜的高精度模具，其優(yōu)點 尤為突出。 作的紙模具經(jīng)表面處理直接用作低熔點合金鑄造模、試制用注塑?；蚴炶T造中的蠟 模的成形模。 接用作金屬模具。 (2)用快速成形件作母模，翻制軟模具 所謂軟模具，是指用硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模澆注上述材料可形成軟型腔，形成軟模具，這種軟模具可用小批量生產(chǎn)，例如：注塑件、低熔點合金離心鑄造件等。 對于塑料件，除了常見的熱注射成形 (注塑機 )外，還可采用反應(yīng)式注塑法進行小批量生產(chǎn) (見附圖 )。 反應(yīng)式注塑的優(yōu)點是： 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 3 頁 共 34 頁 2 使用液態(tài)原料在室溫、低壓下注塑，對模具要求不高。 2 固化后得到的聚氨脂件與通過注塑機得到的工業(yè)熱塑性材料性能相似，可得到不同顏色的 制件。 2 所需設(shè)備簡單、便宜，易于操作，所用材料價格也不高。 (3)用快速成形件翻制硬模具 所謂硬模具是指金屬模具、陶瓷模具、石膏模具等。制作方法有兩種： 一種是直接用 表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模。 另一種是所謂金屬面、硬背襯模具，制作方法是以快速成形件 (如 作母模，用電弧 噴鍍法 在母模表面噴鍍形成 金屬殼體，然后移去母模，在殼的背面注入金屬基合成材料 (液態(tài)金屬 )或環(huán)氧樹脂，形成所謂金屬面、硬背襯模具。 上述硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉深模。 用快速成形技術(shù)制作模具，既避開了復(fù)雜的機械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以 大大縮短制模時 間、節(jié)省制模費用，對于形狀復(fù)雜的精度模具，其優(yōu)點尤為突出。但是 目前還存在著模具壽命相對較短的缺點， 即使是金屬面、硬背襯模具，其使用壽命也不及真正的金屬模，所以快速成形模具較適合于單件小批量生產(chǎn)。 矯形醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 每個人骨骼、牙齒各不相同，在矯形醫(yī)學(xué)中常常遇到對人體的部分骨骼或牙齒進行修補、復(fù)制的問題，如何度身定制是一個過去不易解決的難題，常常給醫(yī)生帶來麻煩，給病人帶來痛苦。 激光快速成形技術(shù)給這一狀況帶來轉(zhuǎn)機，利用反求 (逆向 )工程的原理，可以方便快捷地解決 這一問題 ， 最近在北大醫(yī)院就進行了一次成功的應(yīng)用。一位骨盆癌癥患者需要用人工半骨盆置 換其病變損壞的右側(cè)半骨盆，過去 這種手術(shù)需要在手術(shù)過程中邊測量邊磨削調(diào)整，也難以 達到理想的形狀，這一次 則是用 描患者的骨盆 得到 后用健康的左側(cè)半骨盆作鏡像，得到右側(cè)半骨盆模型，據(jù)此制作出理想的形狀，手術(shù)一次成功，使手術(shù)時間大大縮短。 由于從第一臺激光快速成形機問世到現(xiàn)在剛剛十幾年，國內(nèi)的研究歷史只有十年左右，進行工業(yè)應(yīng)用則更是近幾年才開始的，可以說是方興未艾，相信激光快速成形技術(shù)的研究和應(yīng)用一定具有廣闊的前景 。 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 4 頁 共 34 頁 第 2 章 快速成型機設(shè)計 述 目前所研制的快速成形系統(tǒng)的快速成形原理和工作方法 均有很大不同，而且分類的方法亦有多種?，F(xiàn)在 已有多種商品化的快速成形技術(shù)和快速成形機，其中最典型的有如下幾種： 光固化立體造型（ 該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計算機控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂逐點掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，移動工作臺，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個零件原型制造完畢。 一個投入商業(yè)應(yīng)用的 前全球銷售的 右。 這種方法的特點是精度高、表面質(zhì)量好。原材料利用率將近 100％，能制造形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細（如手飾、工藝品等）的零件。 分層物件制造 (于上方的激光器按照 激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在 一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割一粘合一切割 …… 直至整個零件模型制作完成。 選擇性激光燒結(jié) (該法采用 光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作臺上均勻鋪上一層很薄（ 100μ~200μ ）的粉未，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結(jié)，一層完成后再進行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉未，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前，成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進行粘接或燒結(jié)的工藝還正在實 驗研究階段。 熔融沉積造型 (藝的關(guān)鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點之上（通?？刂圃诒热埸c高 1℃左右）。 材直徑一般在 噴頭中擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。每層厚度范圍在 0． 025～0． 762層疊一層最后形成整個零件模型。 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 5 頁 共 34 頁 快速成形機原理 紙，塑料薄膜等 。片表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，用二氧化碳激光器（或刀）在計算機控制下切割片材，然后通過熱壓輥熱壓，使當前層與下面已成形的工件粘接，從而堆積成型。 藝過程于特點 用二氧化碳激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)絡(luò)；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材分離；供料機構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和 供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚， 再在新層上切割截面輪廓。如 此反復(fù)直至零件的所有截面切割，粘接完，得到三維的實體零件。 不用掃描整個截面。因此易于制造大型，實體零件。零件的精度較高。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以 型材料 藝中的成型材料涉及三個方面的問題，即紙，熱熔膠和涂布工藝。紙材料的選取，熱熔膠的配置即涂布工藝的研究均要從保證最終成形零件的質(zhì)量發(fā)出，同時要考慮成本 （ 1）抗?jié)裥? 保證紙原料不會因時間長而吸水。紙的施膠度可用來表示紙 張抗水能力的大小。 （ 2）良好的浸潤性 保證良好的涂膠性能。 （ 3）抗拉強度 保證在加工過程中不被拉斷。 （ 4）收縮率小 保證熱壓過程中不會因部分水分損失而導(dǎo)致變形，可用紙的伸縮率參數(shù)計量。 （ 5）剝離性能好 因剝離時，在紙張內(nèi)部發(fā)生破壞，要求紙的垂直方向抗拉強度不是很大。 （ 6）易打磨 表面光滑。 （ 7）穩(wěn)定性 成型材料可長時間保存。 實踐證明，這類紙堅如硬木，能承受高達 200攝氏度的溫度，粘接后不會開裂，只需輕輕振動制品中的方塊型廢料小碎片，并用普通小刀挑剔就能方便的使嵌在工件中的廢料與工件分離。工件有 很好的彈性，表面光滑，如同塑料，用紙厚 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 6 頁 共 34 頁 機設(shè)計 快速成形機是有計算機，原材料，熱碾壓機構(gòu)，激光切割系統(tǒng)，可升級工作臺，機架和數(shù)控等組成。其中計算機用于接受和存儲工作的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原材料存儲及送進機構(gòu)將存于其中的原材料（如底面有熱熔膠和添加劑的紙），逐步送至工作臺上方。熱粘壓機構(gòu)將一層層材料粘合在一起。激光切割系統(tǒng)按照計算機提供的橫截面輪廓線，逐一在工作臺上方的材料上切割出輪廓線，并將無輪廓線區(qū)切割成小方網(wǎng)絡(luò)，這是為了在成形之后能剔除廢料。網(wǎng)絡(luò)的大小據(jù)被成形件的復(fù)雜程度選定，網(wǎng)絡(luò)愈小，愈容易剔除 廢料，但花費的時間較長，否則反之?？缮倒ぷ髋_支撐正在成形的工件，并在每層成形之后，降低一個材料厚度（通常為 以便送進，粘合和切割新的一層材料。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計算機發(fā)出的指令，使一段段的材料逐步送至工作臺的上方，然后粘合，切割，最終形成三維工件。機架是整個機器的支撐。其系統(tǒng)見下圖： 整機布局 計算機原材料存儲及送進機構(gòu)工作臺熱粘壓機構(gòu)激光切割系統(tǒng)長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 7 頁 共 34 頁 第 3 章 各功能單元原理設(shè)計（通用方案及整體概況） 算機 鍵 盤 鼠 標顯示器激光切割系統(tǒng)中 方向的步進電機激光切割系統(tǒng)中 光切割機構(gòu) 激光切割系統(tǒng)由激光器、外光路、切割頭、 機和排煙除塵器組成。其中激光器的功率為 50W，配有 1625W 的冷卻器，產(chǎn)生激光束穩(wěn)定，連續(xù)運行70個月的功率波僅為，即 5W，保證使用壽命 20000小時，外光器由兩個反光鏡和一個聚焦鏡組成，它能保證焦距穩(wěn)定切割光斑的直徑為 上切割速度與切割功率的自動匹配控制后，光束能恰好切透正在成形的一層紙材而不會損傷以成形的下一層截面輪廓，激光頭由兩臺電機驅(qū)動， 煙除塵裝置包括鼓風(fēng)機，抽風(fēng)機和 高壓電子除塵器。除塵器中有兩級除塵設(shè)施，一是有過濾網(wǎng)過濾切割時產(chǎn)生的煙塵，二是用帶高壓靜電的金屬絲吸附煙塵，從而可以有效的凈化排出的煙氣 。 升降工作臺 同激光切割系統(tǒng)類似要在 Z 方向上作快速，精密往復(fù)運動。由于大型 以要考慮承重問題。 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 8 頁 共 34 頁 架 機架主要尺寸根據(jù)以上四部分裝配后而定，機架的四角裝有可調(diào)支撐和移動滾輪，以便調(diào)整機器的水平和搬運。 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 9 頁 共 34 頁 第 4 章 機械部分設(shè)計計算 光切割系統(tǒng) 動裝置設(shè)計 為保證本機的技術(shù)要求，激光頭最大切割速度 500mm/s，激光頭定位精度 +行傳動裝置的設(shè)計 。 實現(xiàn)轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€運動的傳動裝置有以下四個方案： 鏈傳動特點：屬于具有中間撓性件的嚙合傳動，兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點缺點：能保持瞬時傳動比恒定，工作時有噪音，磨損有易發(fā)生跳齒，不適用空間限制要求，中心距小的，以及急速反向傳動的場合。 帶傳動特點：結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，能實現(xiàn)遠距離傳動，根據(jù)帶傳動原理不同，可分摩擦型 和嚙合型兩類，前者過載可以打滑，傳動比不準確（滑動率在 2%），后者可保證同步傳動 。 齒輪傳動特點：瞬時傳動比恒定，傳動比范圍大，可用于減速或增速，速度和傳動功率范圍大，可用于高速，中速和低速。傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊 。 螺旋傳動特點：傳動平穩(wěn)，摩擦阻力小，傳動精度高，無爬行現(xiàn)象，壽命長，經(jīng)調(diào)整和預(yù)警可實現(xiàn)高精度定位。 對以上四方案的性能分析，由于激光切割系統(tǒng)中，激光頭的定位精度要求較高，故設(shè)計時側(cè)重定位精度的要求。所以選取螺旋傳動作為工作臺在 且有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無爬行，啟動無抖動，摩擦阻力小 等多處優(yōu)點，符合本機設(shè)計。 螺旋傳動是由螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求。它主要是將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，同時完成運動和動力的傳遞。 螺旋傳動按用途的不同分為： 傳力螺旋：以傳遞能量為主，將較小的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成較大的軸想推力，如各種啟重螺旋或加壓裝置的螺旋。 傳導(dǎo)螺旋：傳導(dǎo)螺旋以傳遞運動為主，并應(yīng)有較高的傳動精度，也可承受較大的軸向載荷，如機床進給機構(gòu)的螺旋。 調(diào)整螺旋：以調(diào)整固定零件間的相互位置為主，如機床，儀器，及測試裝置中的微調(diào)機構(gòu)的螺旋，軋鋼機，軋輥的壓下螺旋。 按螺旋副摩擦性質(zhì) 的不同，又可分為：滑動螺旋，滾動螺旋及靜壓螺旋。 滑動螺旋特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低，易于實現(xiàn)自鎖，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但當?shù)退倩蜃鲞\動的微調(diào)時，可能出現(xiàn)爬行，摩擦阻力大，傳動效率低，螺紋間有側(cè)向間隙，反向時有空行程，磨損大。 滾動螺旋特點：摩擦阻力小，傳動效率高達 90%以上，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時不爬行，啟動是無抖動，經(jīng)調(diào)整和預(yù)警，可實現(xiàn)高精度定位，傳動具有可逆性，壽命長。 靜壓螺旋特點：摩擦阻力小，傳動精度高達 99%以上，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動具有可長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 10 頁 共 34 頁 逆性，反向時無空行程。定位精度高，軸向鋼度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，供油系統(tǒng)要求高，磨損小，壽命長。 根據(jù)對以上三種螺旋方式特點的討論，不難看出，為達到本機設(shè)計要求，可以采用滾動螺旋和靜壓螺旋，但考慮到成本問題，制造問題，決定采用滾動螺旋。 滾動螺旋概述：滾動螺旋間的滾動體絕大多數(shù)為剛球或稱滾珠，也有采用圓柱滾子圓錐滾子及圓片滾子等，滾珠絲杠副分為定位滾珠絲杠副（稱 傳動滾珠絲杠副（稱 T 類）前者是通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程，控制軸向位移量的滾珠絲杠副，后者是與螺旋角度無關(guān)，用于傳遞動力的滾珠絲杠副，根據(jù)以上對滾 珠絲杠副的研究，我們采用滾動體為滾珠的定位滾珠絲杠副（稱 螺紋滾道形面的選用，結(jié)構(gòu)形式有如下三種： 制造方便，接觸應(yīng)力高，承載能力低，適用于軸向載荷小及要求不高的傳動 。 為保證 β =45 度，必須嚴格控制徑向間隙，消除間隙和消除預(yù)緊，必須采用雙螺母結(jié)構(gòu) 。 接觸較穩(wěn)定，軸向和徑向間隙理論上為零，接觸強度較高，消除間隙和調(diào)整預(yù)緊通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，也可采用單螺母和增大鋼球直徑。 根據(jù)以上分析，選用雙圓弧形式的滾道形面。 鋼球的循環(huán)方式選擇 外循環(huán)螺旋槽式結(jié)構(gòu)簡單，回球槽與通空連接處曲率半徑小，鋼球的流暢性較差，擋球器端部易磨損 。 插管式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，彎管可制成流暢性好的通道，但彎管突出于螺母外部，外形尺寸較大，若用彎管端部做擋球器，耐磨性差 。 內(nèi)循環(huán)鑲塊式螺母的外部尺寸小，和滑動螺旋副大致相同，鋼球循環(huán)通道短，有利于減小鋼球數(shù)量，減小摩擦損失，提高傳動效率 。 分析以上三個方案發(fā)現(xiàn)，第一和第二方案都有耐磨性差的缺點，并且第一方案，鋼球的流暢性差，第二方案，尺寸過大，本機要求滾動螺旋副結(jié)構(gòu)緊湊，精度高，所以尺寸不易過大，耐磨性好，滿足以上條 件的只有第三方案。所以選第三方案。 消除間隙和調(diào)整預(yù)緊的結(jié)構(gòu)形式選擇 墊片式特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛度高，但調(diào)整不方便，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和預(yù)緊。 螺紋式特點：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，但準確性差 。 齒差式特點：能夠精確的調(diào)整預(yù)緊力，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，適用于高精度的傳動機構(gòu) 。 綜上所述，為滿足精度要求，我們采用齒差式。 根據(jù)以上多方面研究討論，最后決定采用雙螺母內(nèi)循環(huán)齒差調(diào)整式的滾動螺旋副。計計算 由于電動機布局等的考慮，將 向滾珠絲杠之下，而且絲杠所受到的載荷主要是滾珠絲杠副所受的摩擦力（重力由導(dǎo)軌部分來抵消，其它力暫時忽略不計）。由于 向大，故所選用的絲杠型號以 向。 計算 經(jīng)初步估算，上拖板、 線導(dǎo)軌軸和激光頭及安裝座，等的重量約為 22 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 11 頁 共 34 頁 工作臺滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為 機床設(shè)計手冊第 3卷 86年 12月版），由于激光器的最大切 割速度 00 ，相當于 0m ，采用滾動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)小，而且?guī)缀跖c運動速度無關(guān)，中等尺寸部件的摩擦力一般為 ，而且低速時無爬行，精度滿足要求，且壽命長（ 10年），精度保持性高。類比用于坐標鏜床工作臺的滾動導(dǎo)軌，數(shù)控機床等高精度機床中，這種導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)如下表： 導(dǎo)軌材料 摩擦系數(shù)鑄鐵 為提高 X、 杠兩端采用固定支承（ 每個軸承座內(nèi)安裝一個角接觸球軸承。 由于本機要求的定位精度為 m?且工作臺的最大行程為 移動最大速度為 ）（ m 0/5 0 0 ；同時，設(shè)絲杠壽命 15000，工作可靠性 %96 ；滾珠絲杠副的傳動效率可達 %98~%85 (電 傳動可逆性好，效率與正傳動幾乎相同。依據(jù)以上的這些設(shè)計參數(shù)，可得： 1．絲杠載荷： ① 對于采用三角形或綜合導(dǎo)軌的機床，滾珠絲杠副的軸向載荷可以近似使用以下公式計算 ])[(' ?? ? （考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)）； ?? （導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)）； 2 2 1 0 2 2 0G m g N? ? ? ?（移動部件的重量） 0, 的切削分力為F 所以， 1 . 1 5 0 0 . 1 8 ( 0 2 2 0 ) 3 9 . 6? ? ? ? ?② 導(dǎo)軌摩擦力 0 . 0 0 2 5 2 2 1 0 0 . 5 5F m g N? ?? ? ? ? ? 快速移動載荷為 N 導(dǎo)軌摩擦力＋絲杠移動部件軸向載荷＝總載荷（ 3 9 . 6 0 . 5 5 4 0 . 1 5? ?總 以上為螺旋副的軸向載荷計算。 工作臺最大速度： .m i n/30m i n/3 0 0 0 0605 0 0/5 0 0m a x ????長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 12 頁 共 34 頁 3 7 5 0 / m 滾珠絲杠導(dǎo)程：（電 算見 工作臺最大速度 m i n/30000m a x 8hP （ 1）計算動負荷C??壽命系數(shù) : 31)500( K ?5000?1 ＝）（?轉(zhuǎn)速系數(shù) : 11333 3 . 3 3 3 . 3( ) ( ) 0 . 1 7 76000nK n? ? ?查表，選用兩端固定（ , 可提高 X、 適用于高速、高精度、高剛度的絲杠。 影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù) (電 （ 2）t h a f f ff f?? 當滾珠絲杠副在較高轉(zhuǎn)速（一般轉(zhuǎn)速 000 ）下工作時，應(yīng)按其使用壽命選 擇基本尺寸，并校核其承載能力是否超過額定動負荷。 由表查得 溫度系數(shù) 1?作溫度小于 10 ℃ ） 硬度系數(shù) )62~58(1 精度系數(shù) 0.1?度等級 >4級） 可靠性系數(shù) f 負荷性質(zhì)系數(shù) 1??????f 滾珠絲杠副的軸向負荷 3 9 總N 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 13 頁 共 34 頁 ∴ 3 ???以上是在較高速和定工作負荷的情況下，滾珠絲杠副的運用方法。 （ 3）滾珠絲杠副的型號 由表，選用 號為：定負荷 2 7 7 5 0 1 . 1 8 .a a C K N? ? ?預(yù)緊力為合要求。 4 0 0 2 7 5 2 1 0 04 0 0 7 5 2 1 0 0 2 7 5 0l u m m m m m ? ? ? ?? ? ? ? ? ?工 作 臺 最 大 行 程 （ ） 螺 母 長 度 （ ） 兩 端 余 程 （ ） 支承距離 l 應(yīng)大于? 2 取 900 工作表面硬度 58稱直徑 40md 距 8P? 銅球直徑 圈數(shù)3列數(shù) 13 3 螺紋升角 ? 0339' 7750 4700 0 . 6 0 . 6 8 4 . 8? ? ? 螺紋滾道曲率半徑 ?0 . 5 1 0 . 5 6 0 . 5 2 4 . 7 6 3 2 . 4 7 6 7 6? ? ? 偏心距 s i n 0 . 0 6 7 3 4 4 8 2 0 . 0 6 7 3 52s ??? ? ? ????? 絲杠螺紋底徑： 1 2 2 4 0 2 0 . 0 6 7 3 5 2 2 . 4 7 6 7 6 3 5 . 1 8d e r? ? ? ? ? ? ? ? ? 螺桿接觸點直徑 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 14 頁 共 34 頁 c o s 4 0 4 . 7 6 3 0 . 7 0 7 3 6 . 6 3 2 5 5 9d D w ?? ? ? ? ? ? 螺桿牙頂圓角半徑 ? ?0 . 1 0 . 1 5 0 . 4 7 6 3 w? ? ? 螺母螺紋大徑 2 2 4 4 . 8 1 8 8 2 4 4 . 8d e r? ? ? ? ? 螺母螺紋小徑 ? ?1 0 . 5 4 0 0 . 5 0 . 1 2 4 0 . 5 9 5 4 0 . 6d d d? ? ? ? ? ? ? ? 螺桿 20 滲碳淬火 長度 1的精度螺桿 螺母 15 整體淬火 長度 60 62 反向器 15 整體淬火 長度 58 60 m (9910 2 222 rL 高速運轉(zhuǎn)的絲杠有可能發(fā)生共振，需要校核臨界轉(zhuǎn)速，不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以 示。 絲杠支承方式系數(shù) f 絲杠螺紋底徑： 1 2 2 4 0 2 0 . 0 6 7 3 5 2 2 . 4 7 6 7 6 3 5 . 1 8d e r m m? ? ? ? ? ? ? ? ?臨界轉(zhuǎn)速計算長度 7 5 9 0 0 7 5 04 0 0 1 0 0 5 1 2 . 522cL m m?? ? ? ? ?≈ 224 . 7 3 0 . 0 3 59 9 0 0 3 1 0 0 8 . 8 40 . 5 ? ?>> 所以，非常符合要求。 兩端固定支承，絲杠不受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。 溫升為 ，工作前均衡溫度場） （ 1）溫升引起的伸長量t?t?＝ut ??線膨脹系數(shù) ???? 長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 15 頁 共 34 頁 絲杠溫升 t? ，一般取 C?5~3 螺紋有紋長度 61 1 1 0 3 . 5 7 5 0 0 . 0 2 8 8 7 5 2 8t m m m m m???? ? ? ? ? ? （ 2）絲杠全長伸長量1 1 1 0 3 . 5 9 0 0 0 . 0 3 4 6 5 3 5tZ m m m?? ? ? ? ? ? （ 3）預(yù)拉力 0 0 . 0 2 8 9' 42 . 1 1 0 8 8 8 8 . 40 . 5 3 6 ?? ? ?? ? ? ? ? 使用壽命 66010 ? ? 疲勞壽命 3 ???????疲勞壽命 341 . 6 7 1 0 ? ???????滾動螺旋副的其他計算，如強度，剛度，臨界載荷，臨界轉(zhuǎn)速，螺桿的穩(wěn)定性等在所選尺寸下均可保證，其重要程度也較以上次之，故略。 承的選擇 根據(jù)絲杠的結(jié)構(gòu)尺寸和絲杠承載方式設(shè)計，由于絲杠公稱直徑為 ?40 和絲杠承受徑向和軸向兩個方向上的力所以采用角接觸球軸承 292體參數(shù)如下 軸承尺寸 基本額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 軸承代號 安裝尺寸 d D B 油潤滑 2 16 1 000 13000 7206C 36 56 1 絲杠轉(zhuǎn)速計算 根據(jù)激光頭最大切割速度： 500mm/s 計算得絲杠轉(zhuǎn)速 n=3750r/算附加軸向力 α ＝ 40° S=算單個軸承的軸向載荷1+2由設(shè)計已知 S1+ 1111 F???長春光華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計專用紙 第 16 頁 共 34 頁 計算