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圆柱 坐标 打印 机器人 结构设计

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圆柱坐标3D打印机器人结构设计,圆柱,坐标,打印,机器人,结构设计

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目录摘要IIAbstractIII第一章 绪论- 1 -1.1 3D打印的原理及其历史发展- 1 -1.2 3D打印的发展前景- 3 -第二章 本设计课题内容介绍- 5 -2.1 圆柱坐标3D打印机器人打印机简介- 5 -2.2 ug与其他三维制图软件的对比- 5 -第三章 3D打印机的结构设计- 7 -3.1 3D打印机的参数- 7 -3.2 整体结构设计- 7 -3.3 电机和联轴器的选择- 11 -第四章 3D打印机主要部件受力分析- 22 -4.1 X方向运动光杆的受力分析- 22 -4.2 丝杠的受力计算- 24 -4.3 导轨的选型及计算- 24 -4.4 丝杠和螺母自锁校核计算- 25 -第五章 冷却系统的设计- 26 -5.1冷却方案选择- 26 -5.2 冷却结构设计- 26 -第六章 喷头系统的设计- 27 -总 结- 29 -致 谢- 30 -参考文献- 31 - 摘要3D打印是近来两年开始盛行的一种迅速成形技能。 它以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方法来结构物体。 咱们平时日子中的打印机能打印一些平面纸张材料。而3D打印机打印出的是平面商品。本文章对3D打印的技能体系和国内外工业展开现状、展开态势作了归纳引见，综述3D打印技能的底子概念、展开简史、打印进程原理、使用领域、遍及影响以及面对的疑问等。在引见3D技能的展开进程、3D打印技能的作业原理流程及特性的基础上，分析了3D打印技能的立异点和存在的疑问，展望了3D打印技能的将来展开趋向。根据相应的目标、参数在满意标准化型材的前提下对3D打印机中止全体结构规划，对某些首要的零部件详尽分析它的参数和原理效果。3D打印机在作业进程中因受应力的影响也许会发生变形，所以接下来使用材料力学的学识对X方向运动的光杆中止受力分析校核，以确保三维打印机能打印出精度比较高的商品。3D打印机作业的时分是三个方向一起运动，而打印机要精准稳定地做X、Y、Z方向的运动，必需要有精确平稳的轨迹承载，能否在这三个方向上安闲地运动是我对打印机研讨的非常首要的部分，而3D打印机恳求的是在最小的尺度空间里完结三个运动方向运动规模的最大化。规划中首要运用了ug三维制图软件，受力方面别离材料力学力的学识对3D打印机的首要部件中止了受力分析。关键字：3D打印技能；结构规划；受力分析；ugAbstract3D printing is the beginning of the last two years a popular rapid prototyping technology. It is based on a digital model file, by the way printed layer by layer construct objects. Our daily lives printer can print some paper material plane. The 3D printer to print out the three-dimensional product. This article is for 3D printing technology system and domestic and foreign industry development status, development trend made a comprehensive presentation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced by a broad impact and so on. On the basis of the development process of introduction of 3D technology, 3D printing technologies work processes and characteristics, analyzes the innovation of 3D printing technology and problems, look to the future development trend of 3D printing technology.According to relevant indicators, parameters in meeting the standardization of 3D printer profiles premise overall structural design, some important parts of a detailed analysis of its parameters and principles of action. 3D printer due to the impact of stress may be deformed in the course of their work, so the next application of knowledge of the mechanical movement of the light pole X direction stress analysis check to make sure that the 3D printer can print out high precision products.When the 3D printer to work together is a motion in three directions, and the printer you want to do accurate and stable movement X, Y, Z direction, there must be a stable orbit precise bearing, can freely move in three directions my printer is a very important part of the research, and 3D printers achieve the required range of motion in three directions of movement in the smallest size to maximize space. The main use ofugdesign three-dimensional mapping software, by combining the mechanical aspects of knowledge force strength of the main components were stress analysis 3D printer.Keywords：3D printing; design; stress analysis;ug序言1.1 3D打印的原理及其前史展开1.1.1 3D打印的原理 3D打印，即迅速成型技能的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方法来结构物体的技能。3D打印一般是选用数字技能材料打印机来完结的。常在模具制作、工业规划等领域被用于制作模型，后逐步用于一些商品的直接制作，从前有运用这种技能打印而成的零部件。该技能在珠宝、鞋类、工业规划、修建、工程和施工（AEC）、轿车，航空航天、牙科和医疗工业、教学、地理信息体系、土木工程、枪支以及别的领域都有所使用。3D打印技能呈现在20世纪90年代中期，实习上是使用光固化和纸层叠等技能的最新迅速成型装置。它与一般打印作业原理底子相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑联接后，通过电脑操控把“打印材料”一层层叠加起来，终究把核算机上的规划成为什物。这打印技能称为3D平面打印技能。 规划软件和打印机之间协作的标准文件格局是STL文件格局。一个STL文件运用三角面来近似模仿物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描发生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或许WRL文件常常被用作全彩打印的输入文件。 打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方法粘合起来然后制作出一个实体。这种技能的特性在于其几乎可以造出任何外形的物品。 打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或许微米来核算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex系列还有三维Systems ProJet系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径一般为50到100个微米。 用传统方法制作出一个模型一般需要数小时到数天，根据模型的尺度以及杂乱水平而定。而用3D打印的技能则可以将时刻缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺度和杂乱水平而定的。 传统的制作技能如注塑法可以以较低的本钱许多制作聚合物商品，而3D打印技能则可以以更快，更有弹性以及更低本钱的方法花费数量相对较少的商品。一个桌面尺度的3D打印机就可以满意规划者或概念开发小组制作模型的需要。3D打印机的分辨率对大多数使用来说从前满意（在弯曲的表面也许会比较粗糙，像图画上的锯齿相同），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当时的3D打印机打出稍大一点的物体，再稍微通过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技能可以一起运用多种材料中止打印。有些技能在打印的进程中还会用到支持物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除掉的东西（如可溶的东西）作为支持物。1.1.2 3D打印的前史展开1986年，Charles Hull开发了榜首台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技能专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得独一受权并开始开发3D打印机。2005年，商场上首个高清楚五颜六色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研发成功。2010年11月，世界上榜首辆由3D打印机打印而成的轿车Urbee面世。2011年6月6日，发布了全球榜首款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研讨人员开宣布生界上榜首台3D圆柱坐标3D打印机器人打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开宣布生界上榜首架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家使用人体细胞初度用3D打印机打印出人工肝脏安排。2013年10月，全球初度成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)规划制作出3D打印金属手枪。 3D打印技能现在是一种高新技能，3D打印技能作为一种高科技技能，现在使用到许多领域，如制作业，航空领域，医疗领域，化学技能，还有材料学科等方面。3D打印技能的推行使得更多制作业有了相应的改造，打印技能可以使制作功率不时挺高，便利方便。而遍及使用的领域有医疗领域，修建领域，和机械规划制作领域。有些精细的制作业也可以通过3D打印技能完结。在医疗领域上，3D打印机可以用人培养的细胞作为打印原材料打印器官，这就给患者供给了对自己不架空的器官。前段时刻有个小孩因为天然生成没有鼻子，所以医院就通过3D打印机打印出了一个与他自己相匹配的鼻子，并且成功使用上去。这些成功的比如无疑在说明3D打印技能从前越来越挨近咱们的日子，改动咱们的日子。修建领域，3D打印技能可以迅速的打印出一栋很修建模型，可以省掉许多传统的东西，某些技能程度也是，传统技能所不能企及的。1 3D打印技能从前有了十多年的展开，现在分辨率可以抵达6000pi，厚度精确到0.001毫米，这么的技能几乎可以打印出你肉眼能看得出来的东西，可见这精度从前非常高了。当然咱们可以使用3D打印技能高精确性，打印出更多纯制作业很难完结的使命。3 现在国内许多家公司相继完结了他们的3D打印机的花费和出售，当然他们的公司巨细不能与国外大型公司相媲美，并且所做的商品的全体质量也没有国外的那么好，但在我国的商场仍是非常不错的。国内花费的3D打印机在材料，模型结构，打印精准度方面还不能极好的满意花费者的需要。而在第三工业领域在国内某些兴隆城市有许多公司引进了国外领先的3D打印设备，在此基础上不时学习独创，并且有了技能上的前进。总归国内的3D打印技能还不够老练，还需进一步的展开技能。3 现在在西方国度，3D打印技能从前大规模的使用到了商业。比如在某些轿车制作业和电子制作厂商。3D打印技能的优势可以表现在高功率的基础上打印出贱价的部件。纽约有一家公司手机了许多客户所实习需要的模型，或许商品，收集以后用3D打印技能把收集来的方案打印成他们所需的什物，并且获得了较好的成果。5 现在，在全球3D打印机职业，美国3D Systems和Stratasys两家公司的商品占据了绝大多数商场份额。此外，在此领域具有较强技能实力和特征的公司、研发团队还有美国的emailprotected和Shapeways、英国的Reprap等。 3D Systems公司是全世界最大的迅速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技能的最早方案者和开始专利具有者Z Corporation公司以后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头方位。Stratasys公司2010年与传统打印职业巨子惠普公司签署了OEM协作协议，花费HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司以后，Stratasys又于2012年4月与以色列闻名3D打印体系供给商Objet宣告吞并。当时，世界3D打印机制作业正处于迅速的吞并与结合进程中，职业巨子正在加速崛起。现在在欧美兴隆国度，3D打印技能从前开始构成了成功的商用方法。如在花费电子业、航空业和轿车制作业等领域，3D打印技能可以以较低的本钱、较高的功率花费小批量的定制部件，完结杂乱而精细的外型。别的，3D打印技能获得使用的领域是个性化花费品工业。如纽约一家构思花费品公司Quirky通过在线收集用户的规划方案，以3D打印技能制成什物商品并通过电子商场出售，每年可以推出60种立异商品，年收入抵达100万美圆。1.2 3D打印的展开远景 从前史展开中，咱们可以发现，3D打印机要想成功的占据商场还需要面对许多应战和困难。其间打印机的花费价格，打印的材料，打印精准性，结构规划等方面还有许多需要研讨的基地，所以3D打印机的面世，既是一种机遇也是一种应战。 榜首，花费本钱方面。3D打印机的花费本钱比较高，从刚开始规划一台3D打印机到买材料，拼装，测试校核等程序使得打印机的本钱大大前进，为了前进3D打印机许多商家花费出比较贱价的打印机，并且约请那些对此比较有兴味的人共同开发，下降花费本钱。第二，材料方面。现在3D打印机的成型材料多为化学聚合物，打印出来的物体也大多是激光烧结后的化学聚合物。可是作为3D打印机材料的多样性直接决议了花费多样性，可以见其的效果在全部打印机中占的比例很大。总归要想成功的前进3D打印机在材料上下功夫是不容无视的。第三，打印精度方面。当时3D打印机的全体体积相对来说不是很大，这就约束了打印物体的体积巨细。许多人认为3D打印机想打印啥就打印啥，本来还有许多要素要思索，比如说打印的体积巨细，和精度。3D打印技能的精度相对于现在的高精度制作业来说，仍是有很大距离的。第四，研讨开发方面。3D打印机的展开越来越前进的一起，外界对其的恳求也会越来越高。不只仅是满意现在打印几个简略的3D模型，更首要的是使用到实习的花费日子中，比如说医院要打印出患者的某些器官，这些恳求的技能室非常高的。研讨人员需要花很大的时刻去学习这些领域，也要相互协作才华抵达目的。3D打印机的使用也不只仅是医疗，生物，制作，工程等都可使用到。第五，商场。我们都知道开发一种商品除了其能效劳大众，还有一个很首要的目的是发生经济效益。要想发生大的经济效益就要占据满意的商场份额，现在3D打印机不像二维打印机那么遍及。或许说3D打印机很少人会用得上，这就需要研发者研发出更多适用的打印机走进千家万户。1 根据世界迅速制作职业威望陈述Wohlers Report 2011发布的调查结果，全球3D打印工业产值在19882010年间坚持着26.2%的年均添加速度。陈述预期，3D打印工业将来仍将继续较快地添加，到2016年，包含设备制作和效劳在内的工业总产值将抵达31亿美圆，2020年将抵达52亿美圆。1 但3D打印技能要进一步拓宽其工业使用空间，现在仍面对着多方面的瓶颈和应战：一是本钱方面，现有3D打印机造价仍遍及较为昂贵，给其进一步前进使用带来了困难。二是打印材料方面，现在3D打印的成型材料多选用化学聚合物，挑选的限制性较大，成型品的物理特性较差，并且安全方面也存在一定危险。三是精度、速度和功率方面，现在3D打印废品的精度还不尽人意，打印功率还远不适应大规模花费的需要，并且受打印机作业原理的约束，打印精度与速度之间存在严峻冲突。四是工业环境方面，3D打印技能的前进将使商品更简略被仿制和分散，制作业面对的盗版危险大增，现有学识产权保护机制难以适应工业将来展开的需要。 Gartner公司2011年发布的最新技能展展开望陈述区分：3D打印技能现在正在进入概念炒作的顶峰期间，其技能还有待充分老练，干流商场也有待进一步培养。Gartner公司研讨人员认为，3D打印技能老练到适应商场需要还将需要510年的时刻。在这一较为绵长的展开进程中，工业也许会面对添加希冀失败、技能遭受瓶颈以及出资撤离等危险。 总归，从中长期看来3D打印工业具有较为广大的展开远景，但现在工业距离老练期间尚有较大距离，对于3D打印商场规模的短期展开不宜过火高估。因此，现期间工业界对3D打印领域的投入应以增强立异研发、技能引进和贮藏为主，格外要重视自主学识产权的树立和保护，争取在将来的商场竞争中占据有利方位。如遭到概念炒作影响，在技能没有充分完善的现期间大规模投入产能扩大，则出资酬谢将面对着较大的危险。 随着智能制作的进一步展开老练，新的信息技能、操控技能、材料技能等不时被遍及使用到制作领域，3D打印技能也将被面向更高的层面。将来，3D打印技能的展开将表现出精细化、智能化、通用化以及便利化等首要趋向。 提高3D打印的速度、功率和精度，拓荒并行打印、接连打印、大件打印、多材料打印的技能方法，前进废品的表面质量、力学和物理性能，以完结直接面向商品的制作；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功用梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，格外是金属材料直接成型技能有也许成为往后研讨与使用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，本钱更低价，操作更烦琐，更加适应分布化花费、规划与制作一体化的需要以及家庭平时使用的需要；软件集成化，完结CAD/CAPP/RP的一体化，使规划软件和花费操控软件可以无缝对接，完结规划者直接联网操控的长途在线制作；拓宽在生物医学、修建、车辆、服装等更多职业领域的创造性使用。第二章本规划课题内容引见本规划需要规划3D打印机又称三维打印机，是一种累积制作技能，即迅速成形技能的一种机器，3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把商品一层层造出来。圆柱坐标3D打印机器人作为日子中一种美味可口的食物，使用从前老练的3D打印技能可以根据我们对外形的恳求中止规划加工出我们喜爱的带个性化的圆柱坐标3D打印机器人出来。首要内容有：1收集、阅览、翻译有关材料；2分析圆柱坐标3D打印机器人消融和凝聚的特性，对3D圆柱坐标3D打印机器人打印机开始必定整体方案；3. 3D圆柱坐标3D打印机器人打印机的整体结构规划，其首要包含：(a)对喷头体系中止规划（该喷头体系要便利取下清洁）；(b)对冷却体系中止规划（根据圆柱坐标3D打印机器人凝聚温度的恳求）；（c）对操控体系中止规划；（d）编撰毕业规划论文。 2.1 圆柱坐标3D打印机器人打印机简介 3D打印机呈现在上世纪90年代中期，实习上是使用光固化和纸层叠等技能的迅速成型装置。这一技能往常在多个领域得到使用，我们用它来制作食物、服装鞋帽、修建模型、轿车、人体骨骼和血管等。3D体系公司方案本年推知名为“立方体”(Cube)的家用3D打印机，可打印义肢、助听器、鞋子等物品。打印机定价1299美圆，配备25个模板，可无线上网。3D体系公司担任全球商场营销的副总裁凯西刘易斯承受微软全国广播网采访时说：“有了3D打印，一切不再杂乱。3D打印机几乎可以创造任何东西。”一些国度的研讨人员不约而同地研发食物打印机。美国康奈尔大学研发的食物打印机首要由注射器构成，运用奶酪、圆柱坐标3D打印机器人、蛋糕糊等格外“墨水”。运用者按下“打 印”键后，食物打印机按照电子图纸，将注射器内各种食材“墨水”按照行列、层叠次序顺次“打印”。电子图纸如同食谱，精准规矩注射器“喷墨”先后次序以及 各种食材怎么分布堆叠。1美国伊利诺伊州芝加哥市莫托餐厅名厨霍马罗坎图说，他已使用食物打印机制作出寿司。2.2 ug与别的三维制图软件的对比 现在挑选ug的最大优点即是简略简略上手，功用比较全面，可是也不需要和专业的软件比较的，因为他简略易学，功用上能满意规划的需要即可。与其它干流的三维制图软件比较，ug假设做机械组织规划，钣金规划，管道规划等是具有很大的优势的。但他的各种高档外型功用相对说来较弱（首要是杂乱曲面几乎都用CATIA，或许UG处理的 还有职业要素），可是完好可以满意如：机械组织规划，钣金规划，管道规划等。因为职业缘由，假设做模具，或许对数控加工恳求较高的用UG PROE。轿车职业几乎都用CATIA。做非标机械规划方面的您可以思索ug。（除了机械组织规划，钣金规划，管道规划等。ug的工程图比较其它三维格外出色）ug的展开很迅速，在职业界的商场份额迅速添加，功用逐步完善，性价比非常高，潜力无限，估量会成为三维规划软件的领头羊。ug与别的三维绘图软件比较：1.ug与Pro/E运用对比 Pro/E的性价比低，而ug的性价比高。当Pro/E提高到与ug差不多的功用时其价格是ug的四倍之多：Pro/E的易用性低，而ug的易用性高，易学易用是我们挑选CAD软件的首要目标之一。ug是根据Windows操作渠道是易于操作的CAD软件，windows中的许多功用也可以在这里完结，比如：“仿制”、“张贴”。可是Pro/E的建构于UNIX体系，必需学习二种不相同的操作接口：一个是旧有的下拉式选单，一个是视窗的操作方法没，用起来比较费事；就方位而言，ug现在是口碑不错的3 D制图软件，Pro/E是使用的规模和功用相异。可是其间的许多功用仍是有相同之处，若说往后的展开趋向，那当属ug了。 许多人都知道Pro/E的架构是属于“纯”参数的规划方法，因此在用Pro/E时，在制作零件中最首要的作业成为留意草图能否从前“完好界说”；而这么的规划进程将简略让全部规划意念因此分神引起影响你的规划与创造力。也常因此你的规划意念不得不退让于这么的约束之下。所以这个应该是ug最为基地的优势，让我们不限制在软件的运用上，而是专心于规划本身。 Pro/E可自动地通过简略地挑选模具开模方向创建分型线，规划分型面，包含刚性关闭曲面通过开模和干预查看，查看模具锁死条件核算填充量，运用分型面将模具分隔，并创建实体模型的模具元件，例如型芯、型腔和滑块。ug在模具规划上逊色于Pro/E。2.ug与UG运用对比 许多人认为UG属于高端商品，其完结在我们对上下、端的区分存在许多的不合，记住之前有兄弟这么说过，觉得cad软件就像一个师傅的几个学徒相同，学的武艺，区别都不是很大，仅仅打出的招数不相同罢了。在3D建模方面，迥然不一样，假设随意看看，觉得不一样很小的，可是假设刺进心窝，觉得仍是有点不一样。我也很是认同他的观念，现在来说一下我的主意。 ug最大的优势在于易学易用，很适宜菜鸟运用，再说ug公司是专业的软件公司，所以菜鸟用这款软件仍是极好的挑选；在大型安装、智能规划、以及CAE分析方面，ug的优势仍是比较显着的，在这些方面有恳求的兄弟可以用ug；在规划考证上，做的也是极好，我自己非常喜爱这个软件。 UG在加工才干，曲面才干，数据库办理才干等，都是很强的。常常规划曲面的兄弟可以倾向于UG；UG是快成模具行来的代名词，不断增加的模具厂在运用UG做为规划软件，对于挑选别的软件作为其模具规划不多；UG可以完结G2接连，可以做到A面的恳求也不是疑问。本来，我觉得最佳要操控两种以上的软件，才可以适应不相同的作业。并且，作业的内容也是挑选软件的一个非常首要的理由，所以自己的定位非常首要的。说白了，对你来说，用哪个软件最顺手，最简略操控，那个软件即是最佳的。第三章3D打印机的结构规划3.1 3D打印机的参数打印机的作业尺度：260260100mm打印的最大规模：260260100mm标准型材的尺度：2525mm电机的转速：3600r/min3.2 全体结构规划3.2.1 作业原理 3D打印机在作业的时分是中心两根标准型材是立起的，立起的时分能供给打印机在X,Z方向的运动空间。打印机总共有4个电机，一个电机用在Z轴方向，一个用在X轴方向，一个用在Y轴方向，剩下一个是传送材料到喷头用的。在打印机上边装有一个电机联接丝杆，股动喷头地点的光杆做Z方向运动。X方向的打印是通过喷头左右运动完结的，电机带联接在喷头的齿形带，使喷头运动。而Y轴方向是底座的电机股动底板来回运动。3.2.2 3D打印机的构成标准型材：2525mm，100mm2，260mm4，240mm5步进电机：四个丝杆：三根联轴器：三个齿形带：两条光杆：六根六角螺栓+螺母非标准件包含底座，底座梁支架，底座支架，喷头结构，提手，型材之间的联接件等。3.2.3 结构结构 打印机的结构首要由巨细25x25mm的标准型材构成，底座由八根型材构成，这么的底座稳定性非常强，能确保打印机在作业的时分不会发生摇摆以致于打印精度下降。打印机的Z轴传动通过立在中心的丝杆完结，顶上的电机滚动通过联轴器股动丝杆完结喷头上下运动。喷头与光杆联接左右运动。底座支架与底座的光杆联接通过股动底板做前后运动。为了是打印机作业平稳，底座上下两根型材别离与立杆用联接部件固定，其间上面的型材与部件固定，拆开时需拧下螺钉，而下面的型材则与部件通过六角螺栓活动连接。这么就可以完结打印机在不运用的情况下把立杆放下，便于带着。部件的一致厚度为5mm。3.2.4 底座支架结构该结构的视图如下，它的主要作用是连接支撑底板，并带动底板做前后运动。 图3.1 底座支架结构图底座支架在打印机中起关键作用，它的运动决定了底板的运动。上图中支架的导槽与底座的光杆导套连接，支架中间在于齿形带固定。电机工作通过带动支架在光杆上来回运动。然而底板与支架通过杆固定连接，实现了底座支架带动底板的来回运动。底座梁支架的作用就是支撑整个底板和固定光杆、电机。考虑到受力，底座梁支架锁在型材上，左右各有一个支架固定两根光杆。一边的支架中间有固定电机的地方，而且那块板相对来说比较厚，因为要承受比较大的力，包括电机自重，和齿形带的拉力。 图3.2 底座支架三维下视图3.2.5 X轴方向运动的设计 X轴方向的运动主要靠联轴器带动齿轮连杆运动完成，喷头固定在上下两根光杆上，增加了运动时的稳定性。喷头的运动方向是光杆的轴向，为了使喷头运动时不受摩擦力影响，还需在喷头上套上光杆轴套，保证喷头能平稳运动。齿形带传动通过左边的电机带动同步联轴器完成。这部分主要介绍X方向喷头结构的简单设计。 图3.3 X轴方向运动三维图3.2.6 Z轴方向运动的设计 图3.4 Z轴方向运动三维图3.3 电机和联轴器的选择 电机和联轴器的种类繁多，根据3D打印的的不同参数要求，选择合理的电机和联轴器是非常重要的，这样才能保证3D打印机的正常运行。3.3.1 电机的选择一、负载转矩的计算 PMSM定子转组产生旋转磁场的机理与感应电机是相同的。其不同点是转子为永磁体且n与ns相同（同步）。两个磁场相互作用产生转矩。定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。(同性相斥，异性相吸)其中为失调角，也称功率角；K与定子端电压和转子磁势（磁密)的乘积成正比。Fy和Fs分别是转子、定子的磁势或磁密；p为极对数。当为90度角时，对应最大转矩，称最大同步转矩。对之前我们算得的负载转矩Jt=3.010-3kg.m2进行惯量匹配。 根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J角加速度角”。加速度影响系统的动态特性，越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于电机选定后最大输出T值不变，如果希望的变化小，则J应该尽量小。 传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 通常负载的惯量不要大于电机惯量的5倍，最大不要超过10倍。 对于功率对旋转运动的物体来说，转矩和惯量的关系正如直线运动物体的受力和质量的关系。二、打印速度的初步估计 每打一个，计划在Y轴方向移动10次，使宽度达到361mm=对此，计算喷头走完1个幅面的时间T，计划彩印周期T秒，暂时忽略10次Y方向移动时间，有： 电机一转对应丝杆1转对应10个导程共4mm，360mm需要电机转90r，最高转速时，电机每秒转50r，对应时间为1.8s。则10个来回大约18秒，x轴方向10次加减速，对应总时间6s;走完一个幅面，需要大概24秒，加上其余误差时间，30秒就可以完成一个幅面，T=30s，基本实现1分钟打印两个幅面的要求7。求电机匀加速需要时间。电机300ms，表示静止加速到额定转速的时间，角加速度为： (3.1) (3.2) (3.3)式中：Ma电机启动加速力矩；- 10 -，电机自身惯量与负载惯量（kgm3）；Mf导轨摩擦折算至电机的转矩（Nm）摩擦系数，取0.1；传递机械效率，在此取0.15。 滚动螺旋传动的传动效率取0.95；滚动球轴承传动效率为0.99；齿轮的传动效率为0.93；总传动效率为：=h(3.4) 导轨磨擦折算至电机侧的转矩： 需要的输出力矩为: （3.5） 出力力矩T=3.18，小于最大出力力矩=3.81，满足要求。步进电机和交流伺服电机性能比较 三、步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字操控技能有着实质的联络。在目前国内的数字操控体系中，步进电机的使用非常遍及。跟着全数字式沟通伺服体系的出现，沟通伺服电机也不断增加地使用于数字操控体系中。为了适应数字操控的展开趋向，运动操控体系中大多选用步进电机或全数字式沟通伺服电机作为履行电动机。当然两者在操控方式上相似（脉冲串和方向信号），但在运用功能和使用场合上存在着较大的不一样。现就二者的运用功能作一比较。1.操控精度不一样两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0.36。也有一些高功能的步进电机步距角更小。如四通公司花费的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）花费的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。沟通伺服电机的操控精度由电机轴后端的旋转编码器确保。以松下全数字式沟通伺服电机为例，关于带标准2500线编码器的电机而言，因为驱动器内部选用了四倍频技能，其脉冲当量为360/10000=0.036。关于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。2.低频特性不一样步进电机在低速时易出现低频振荡景象。振荡频率与负载情况和驱动器功能有关，一般认为振荡频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的作业原理所抉择的低频振荡景象关于机器的正常作业非常不利。当步进电机作业在低速时，一般应选用阻尼技能来抑制低频振荡景象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上选用细分技能等。沟通伺服电机作业非常平稳，即便在低速时也不会出现振荡景象。沟通伺服体系具有共振遏止功用，可包括机械的刚性缺少，而且体系内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于体系调整。3.矩频特性不一样步进电机的输出力矩随转速增加而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高作业转速一般在300600RPM。沟通伺服电机为恒力矩输出，即在其额外转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额外转矩，在额外转速以上为恒功率输出。4.过载才华不一样步进电机一般不具有过载才华。沟通伺服电机具有较强的过载才华。以松下沟通伺服体系为例，它具有速渡过载和转矩过载才华。其最大转矩为额外转矩的三倍，可用于抑制惯性负载在发动霎时的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载才华，在选型时为了抑制这种惯性力矩，常常需要挑选较大转矩的电机，而机器在正常作业时期又不需要那么大的转矩，便出现了力矩糜费的景象。5.作业功能不一样步进电机的操控为开环操控，发动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的景象，间断时转速过高易出现过冲的景象，所认为确保其操控精度，应处置好升、降速疑问。沟通伺服驱动体系为闭环操控，驱动器可直接对电机编码器反响信号停止采样，内部构成方位环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的景象，操控功能更为可靠。6.速度呼应功能不一样步进电机从停止加快到作业转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。沟通伺服体系的加快功能较好，以松下MSMA 400W沟通伺服电机为例，从停止加快到其额外转速3000RPM仅需几毫秒，可用于恳求迅速启停的操控场合。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环操控元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、间断的方位只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载改变的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向滚动一个固定的视点，称为“步距角”，它的旋转是以固定的视点一步一步作业的。可以通过操控脉冲个数来操控角位移量，然后抵达精确定位的意图；同时可以通过操控脉冲频率来操控电机滚动的速度和加快度，然后抵达调速的意图。步进电机是一种感应电机，它的作业原理是使用电子电路，将直流电成为分时供电的，多相时序操控电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才华正常作业，驱动器即是为步进电机分时供电的，多相时序操控器。综上所述，沟通伺服体系在许多功能方面都优于步进电机。但在一些恳求不高的场合也经常用步进电机来做履行电动机。所以，在操控体系的规划过程中要归纳思索操控恳求、本钱等多方面的要素下，我选用了步进电机。桌面等级的3D打印机，一般用42步进电机就够了，电流可以1.5A都没什么疑问，一般电流用1A就够用的了，详细的电机类型为SST43D2165 11520G。查表挑选11520G型步进电机，如图3.5、图3.6所示：图3.5 步进电机图3.6 步进电机外形尺寸3.3.2 联轴器的挑选联轴器归于机械通用零部件范畴，用来联接不一样组织中的两根轴（主动轴和从动轴）使之一起旋转以传送扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和前进轴系动态功能的效果。联轴器由两半部分构成，别离与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与作业机相联接，是机械商品轴系传动最常用的联接部件。20世纪后期国内外联轴器商品展开很快，在商品规划时如何从品种甚多、功能各异的各种联轴器当选用能满意机器恳求的联轴器，对大都规划人员来讲，一直是一个烦扰的疑问。常用联轴器有膜片联轴器，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。常用的精细联轴器有：弹性联轴器，膜片联轴器，波纹管联轴器，滑块联轴器，梅花联轴器，刚性联轴器。其各自特点：1.弹性联轴器(1)一体成型的金属弹性体(2)零回转间隙、可同步运转(3)弹性作用补偿径向、角向和轴向偏差(4)高扭矩刚性和卓越的灵敏度(5)顺时针和逆时针回转特性完全相同(6)免维护、抗油和耐腐蚀性(7)有铝合金和不锈钢材料供选择(8)固定方式主要有顶丝和夹紧两种。2.膜片联轴器(1)高刚性、高转矩、低惯性(2)采用环形或方形弹性不锈刚片变形(3)大扭矩承载，高扭矩刚性和卓越的灵敏度(4)零回转间隙、顺时针和逆时针回转特性相同(5)免维护、超强抗油和耐腐蚀性(6)双不锈钢膜片可补偿径向、角向、轴向偏差，单膜片则不能补偿径向偏差。3.波纹管联轴器(1)无齿隙、扭向刚性、连接可靠、耐腐蚀性、耐高温(2)免维护、超强抗油，波纹管形结构补偿径向、角向和轴向偏差，偏差存在的情况下也可保持等速作动(3)顺时针和逆进针回转特性完全相同(4)波纹管材质有磷青铜和不锈钢供选择(5)可适合用于精度和稳定性要求较高的系统。4.滑块联轴器(1)无齿隙的连接，用于小扭矩的测量传动结构简单(2)使用方便、容易安装、节省时间、尺寸范围广、转动惯量小，便于目测检查(3)抗油腐蚀，可电气绝缘，可供不同材料的滑块弹性体选择(4)轴套和中间件之间的滑动能容许大径向和角向偏差，中间件的特殊凸点设计产生支撑的作用，容许较大的角度偏差，不产生弯曲力矩，侃轴心负荷降至最低。5.梅花联轴器(1)紧凑型、无齿隙，提供三种不同硬度弹性体(2)可吸收振动，补偿径向和角向偏差(3)结构简单、方便维修、便于检查(4)免维护、抗油及电气绝缘、工作温度20-60(5)梅花弹性体有四瓣、六瓣、八瓣和十瓣(6)固定方式有顶丝，夹紧，键槽固定。6.刚性联轴器(1)重量轻，超低惯性和高灵敏度(2)免维护，超强抗油和耐腐蚀性(3)无法容许偏心，使用时应让轴尽量外露(4)主体材质可选铝合金/不锈钢(5)固定方式有夹紧、顶丝固定。联轴器其各自主要用途：弹性联轴器：适用于旋转编码器、步进电机膜片联轴器：适用于伺服电机、步进电机波纹管联轴器：适用于伺服电机滑块联轴器：适用于普通微型电机梅花联轴器：适用于伺服电机、步进电机刚性联轴器：适用于伺服电机、步进电机。联轴器型号：联轴器的型号由组别代号、品种代号、型式代号、规格代号组成。联轴器的组别代号、品种代号、型式代号，取其名称的第一汉语拼音字母代号，如有重复时，则取第二个字母，或名称中第二、三个字母的第一、第二汉语拼音字母，或选其名称中具有特点字的第一、第二汉语拼音字母，以在同一组别、品种、型式中相互之间不得重复为原则。联轴器的主参数为公称转矩Tn，单位为Nm。公称转矩系列顺序号，为联轴器规格代号。 表31 联轴器型号分类表类别组别品种型式规格名称型号名称代号名称代号名称代号新旧刚性联轴器G凸缘式Y基本型18凸缘联轴器GYYL有对中榫型D18有对中榫凸缘联轴器GYDYKD套筒式T套筒联轴器GT夹壳式J基本型夹壳联轴器GJ立式L立式夹壳联轴器GJN径向键式N径向键凸缘联轴器GNGT平行轴式P滚动轴承型G15滚动轴承平行轴联轴器GPGPLG滑动轴承型H15滑动轴承平行轴联轴器GPHPLH挠性联轴器无 弹 性 元 件 挠 性 联 轴 器W滑块式H10滑块联轴器WHHL鼓形齿式G基本型30/24鼓形齿联轴器WG双面分体式S双面鼓形齿联轴器WGS单面分体式D30/25单面鼓形齿联轴器WGD接中间轴式J30/25接中间轴鼓形齿联轴器WGJ接中间套式T24接中间套鼓形齿联轴器WGT垂直安装式S14垂直安装鼓形齿联轴器WGS带制动轮式Z14带制动轮鼓形齿联轴器WGZ带制动盘式P14带制动盘鼓形齿联轴器WGP直齿式C直齿联轴器WC滚子链Z双排链15滚子链联轴器WZGL单排链D单排链联轴器WZD齿形链式L齿形链联轴器WL套筒链式T套筒链联轴器WT十字轴式S整体叉头型C1113整体叉头十字轴万向联轴器WSCSWC部分轴承座型P14部分轴承座十字轴万向联轴器WSPSWP整体轴承座型Z11整体轴承座十字轴万向联轴器WSZSWZ小型8十字轴万向联轴器WS球笼式Q基本型9球笼万向联轴器WQQWL大倾角型D7大倾角球笼万向联轴器WQDQWLZ球叉式A球叉万向联轴器WA凸块式K凸块万向联轴器WK三球销式U三球销万向联轴器WU三销式N三销万向联轴器WN铰杆式G铰杆万向联轴器WG球铰式M球铰万向联轴器WM球铰柱塞式B球铰柱塞万向联轴器WB钢球式E钢球联轴器WE三叉杆式D三叉杆万向联轴器WD球面滚子式J基本型17球面滚子联轴器WJWJA型A16A型球面滚子联轴器WJAWJA非 金 属 弹 性 元 件 挠 性 联 轴 器L轮胎式U带骨架型18轮胎式联轴器LUUL整体型N整体轮胎式联轴器LUN开口型K开口轮胎式联轴器LYK弹性套柱销式T基本型13弹性套柱销联轴器LTTL带制动轮型Z9带制动轮弹性套柱销联轴器LTZTLL弹性柱销式H基本型14弹性柱销联轴器LHHL带制动轮型Z15带制动轮弹性柱销联轴器LHZHLL弹性柱销齿式Z基本型23弹性柱销齿式联轴器LZZL圆锥轴孔型D13圆锥轴孔弹性柱销齿林联轴器LZDZLD接中间轴型J23接中间轴弹性柱销齿式联轴器LZJZLZ带制动轮型Z9带制动轮弹性柱销齿式联轴器LZZZLL梅花形基本型14梅花形弹性联轴器LMML单法兰型D14单法兰梅花弹性联轴器LMDMLZ双法兰型S14双法兰梅花弹性联轴器LMSMLS分体式制动轮型Z13分体式制动轮梅花型弹性联轴器LMZIMLL-I整体式制动轮型Z13整体式制动轮梅花型弹性联轴器LMZMLL-凹型环式A凹型环式联轴器LA弹性套筒式G弹性套筒联轴器LG弹性板式B弹性板联轴器LB多角式D11多角形弹性联轴器LD芯型N基本型14芯型弹性联轴器LNNL双法兰型S14双法兰芯型弹性联轴器LNSNLS弹性环X16橡胶金属环联轴器LXH型弹性块R基本型A/B13/19H型弹性块联轴器LRHTLA接中间轴型J10接中间轴H型弹性块联轴器LRJHTLE带制动轮型Z7/9带制动轮H型弹性块联轴器LRZ 综上所述，选择弹性联轴器LS2-75-0304作为此3D打印机的传动装置最为合适。弹性联轴器各技术参数：LS2：系列号，材料为铝合金75：外径尺寸：19.1mm，夹紧螺丝固定03：D1轴径为：3mm04：D2轴径为：4mm- 7 - 第四章 3D打印机主要部件受力分析4.1 X方向运动光杆的受力分析 因为x方向运动有两根相同的光杆支撑，他们所受的力的大小方向都是一样的，所以在做受力分析的时候先把它作为一根来算。先取光杆随意一点C，就是喷头运动的位置作受力分析剪切力。同时求x1,x2位置的剪切力和弯矩。光杆受力的剪力图和弯矩图如下。现在根据实际尺寸，算出喷头在实际工作中光杆某点的剪力和弯矩。 图4.1 光杆的受力图 图4.2 剪力图 图4.3 弯矩图光杆长：266mm令a=100mm,b=166mm F=3N确定约束力：， （4.1） 取X1=0.08,求出喷头力作用在X1点处时剪力和弯矩的大小 (4.2) 取X2=0.12，求出喷头力作用在X2点处时剪力和弯矩的大小 （4.3） - 9 -4.2 丝杠的受力计算滚珠丝杠副已经标准化，因此只需选择合适的型号即可；滚珠丝杠的负荷包括打印材料的重力及摩擦引起的阻力。经查表和前述计算可以的出如下参数：查表得，使用寿命 T=15000h，初选丝杠螺距 t=4mm，且已经知道Z轴下降的最大的下降速度是所以丝杠转速 取丝杠转速所以额定动载荷：设计其精度为3级，可靠性为90%则由 （4.4)其中可查出精度系数，可靠性系数，荷性质系数，且已知上述数据代入公式后，可得：查表（机械设计手册），取滚珠丝杠的直径d0=6mm，选用滚珠丝杠螺母副型号为3206-3，其额定负荷为6766N，足够用。4.3 导轨的选型及计算导轨刚度检验：滚珠丝杠受工作负荷P引起的导程L0的变化量 (4.5)其中：， ，所以： 导轨因受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略所以导程总误差 ：查表知6级精度的丝杠允许误差13m，（中国机械设计手册卷4）故刚度足够。所选丝杠符合要求。4.4 丝杠和螺母自锁校核计算螺纹升角 (4.6)其中 L导程；d2螺纹中径（一般而言，）；螺纹摩擦角 (4.7)其中 f静摩擦系数； 螺纹牙型角；若，则传动螺纹具有自锁特性。- 1 -第五章 冷却系统的设计5.1冷却方案选择一、 选用风冷方案进行冷却，风冷比较容易获得，并且成本不高，对实物影响不大，效果好。是比较理想的方案。与水冷相比，虽然冷却效果不及水冷，但是水冷不适合对圆柱坐标3D打印机器人进行降温，这样会影响圆柱坐标3D打印机器人的成型。另外水冷结构比较复杂，不易操作，设备比较复杂。5.2 冷却结构设计 设计结构图如下1为风扇，2为导风罩风扇将冷风吹出，通过导风罩，将冷风吹到打印头部分，打印头打印完的圆柱坐标3D打印机器人随机受到降温的效果。形成迅速冷却凝固的效果。第六章 喷头系统的设计附图说明： 1.步进电机；2.机构底座；3.主动小齿轮；4.挤丝大齿轮；5.挤丝大齿轮支架；6.进气风扇；7.出气风扇；8.压丝杠杆；9.挤出头；10.挤出头连接托架；11.走丝孔；12.V型送丝轮；13.夹轮；本方案的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单，出丝稳定的3D打印喷头。为实现上述方案目的，本方案一种出丝稳定的3D打印机喷头可采用如下技术方案：本方案在机构底座（2）上按装有步进电机（1），步进电机上按装有主动小齿轮（3），主动小齿轮与挤丝大齿轮咬合（4），挤丝大齿轮通过齿轮支架（5）固定在机构底座上；机构底座和挤丝大齿轮上都开有减重孔，目的是减轻整个机头的重量，增加稳定性；挤丝大齿轮上安装有同轴的V型送丝轮（12），V型送丝轮的表面嵌有一层软质橡胶齿轮，齿轮顶角为锐角；在V型送丝轮的对面安装有压丝杠杆（8），压丝杠杆可以在机构底座平面上左右移动，方便退丝换料；压丝杠杆上安装有夹轮（13），夹轮的表面嵌有一层软质橡胶齿轮，齿轮顶角为锐角；V型送丝轮和夹轮之间是打印用的丝料，通过V型送丝轮和夹轮的配合，将丝料嵌在V型送丝轮和夹轮之间；由于夹轮的挤压，嵌在V型送丝轮和夹轮表面的软质橡胶齿轮发生弹性形变，使其适应丝料的形状，使丝料紧贴在V型送丝轮和夹轮表面，由于橡胶齿轮变形的反作用力，丝料被V型送料轮紧紧抓住，通过送丝轮转动能够可靠地把丝料挤入挤出头（9）的喉管中；软质橡胶齿轮的使用可以减少齿轮对丝料的磨损，由于软质橡胶可以发生弹性形变，对丝料的适应性更强，使出丝更稳定，同时比使用弹簧的自适应送料装置结构更简化；挤出头（9）通过挤出头托架（10）被固定在机构底座的低端；挤出头是金属合金制成，金属合金散热性较非金属更好，喉管外部是层状的散热片；在散热片上开有圆孔，圆孔可以增加空气流动，有利于散热，而且可以减轻整个机构的重量；在挤出头的左右两测，分别安装有进气风扇（6）和出气风扇（7）；进气风扇对准挤出头的中下段吹气，这样不仅可以对挤出头进行散