光敏树脂固化成型机起升机构设计【9张CAD图纸和说明书】

摘  要

阐述了快速成型技术的加工过程，突破了传统的加工方法上的许多限制，在主要的几种快速成型工艺方法中，光固化成型法已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的RP典型技术。光固化快速成型以光敏树脂为原料，计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐行扫描，使被扫描区域的树脂薄层 光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。文中设计的起升机构借鉴了螺旋起升机的工作原理。

螺旋传动起升机基本原理是利用电机，通过减速器减速后，带动螺母旋转，转化为丝杆的轴向运动，从而推动物体上升。主要内容如下：对光固化快速成型系统控制原理进行了研究；设计起升机构；选择电动机；设计减速机构；控制电路的设计；简要阐述在流水线作业中，螺旋传动原理等。

关键词： 光固化快速成型；电动；螺旋传动

Abstract

Expounds the machining process of the rapid prototyping technology, break through the traditional processing method many of the restrictions on, in a few of the main rapid prototyping technology method, uv-curable ChengXingFa has become the research and development the most mature, most widely used RP typical technology. Light curing photosensitive resin in rapid prototyping as raw materials, computer control laser by part of ultraviolet each layered section information in lightsensitive resins surface manufacture progressive-scan, make be scanning the area light thin layer of resin curing polymerization, forming parts of a thin layer.  The design of lifting mechanism for the spiral up the work principle of mining. 

And the basic principle is that the motor drives the rotary nut through the deceleration agencies, screw into the axial campaign, and then lift the objects .The main contents as follows: research the principle of spiral jack and the principles and methods of the spiral lifting, design the agencies of spiral lifting; motor choice; design deceleration agencies; select keys and bearings, design the control circuit; describe the principle of the screw jack on the assembly line operation.

Keywords: Stereo Lithography Apparatus;  Electrical;  Spiral drive

目      录

1 绪论 1

1.1快速成型技术 1

1.2光固化快速成型技术的控制原理及应用 1

2 设计方案的确定 4

2.1螺旋传动设计方案 4

2.1.1螺旋传动概述 4

2.1.2螺旋传动方案的确定 5

2.2减速传动机构设计方案 6

3 传动系统的设计 7

3.1螺旋传动部分计算 7

3.1.1螺杆直径的计算 7

3.1.2螺纹部分强度计算 7

3.2电机的选择 9

3.2.1电动机功率计算 10

3.2.2传动效率 10

3.2.3确定电机转速 11

3.3减速机构的设计 12

3.3.1材料的选择 12

3.3.2蜗轮蜗杆传动基本尺寸 13

3.3.3 强度校核 16

3.3.4蜗轮蜗杆传动中的作用力分析 16

3.3.5实际传动动力参数 17

4 辅助装置的设计 19

4.1轴承的选择 19

4.1.1轴承的选择因素 19

4.1.2轴承的型号确定 20

4.1.3轴承校验 20

4.2键的选择 23

4.3联轴器的设计与计算 24

结论 26

致  谢 27

参考文献 28

1 绪论

1.1快速成型技术

快速成型技术（Rapid Prototyping,RP）是国际上20世纪80年代后期发展起来的一种新型的先进制造技术。由于在其加工过程中，材料处在一个逐点或逐层堆积的过程中，因而该技术属于材料堆积成型的制造技术，也称为“增加”加工法、“生长型制造”，快速成型技术能够根据零件的CAD模型直接成型复杂的零部件或模具，不需要任何工装，突破了传统“去材”加工法或“变形”加工法的许多限制，如：产生切削和工艺废料等材料利用率的缺陷以及由于受刀具或模具形状限制无法制造复杂形状产品制件的不足，是制造技术领域得一次重大突破。

在主要的几种快速成型工艺方法中，光固化成型法SLA是最早被提出并商业化应用的。1986年美国的Charles W Hull 博士首次在他的博士论文中提出用激光照射液态光敏树脂，固化分层制作三维物体的快速成型概念，并申请了专利。1988年，美国的3D Systems公司根据该专利商业化了第一台现代快速成型机SLA250，以液态树脂选择性地固化成形零件，开创了快速成型技术的新纪元。

经过了近20年的发展，SLA已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的RP典型技术，在全世界安装的快速成型机中光固化成型系统约占60%。

1.2光固化快速成型技术的控制原理及应用

快速成型技术是当今世界飞速发展的制造技术之一。这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状，在加工技术领域具有划时代的作用。 

光固化快速成型技术(Stereo Lithography Apparatus 简称SLA)是80年代中期开发的先进制造手段，在快速成型方法中使用较为广泛。它的突破性在于将传统的“去除”加工法(由毛坯去除多余部分制成零件)改进为增加加工法(由材料逐层累积形成零件)。SLA以其方便、生产周期短而在铸造、模具与塑料加工行业得到了越来越广泛的应用。 

1.2.1 成型原理 

      光固化快速成型制造技术不同于传统的材料去除制造方法，它的成型原理是：SLA将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据，然后在快速成型机上，用可控制的紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的最底薄层截面开始，一次一层连续进行，直到三维立体模型制成。一般每层厚度为0.076～0.381mm，最后将制品从树脂液中取出，进行最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂或着色即可。图1所示为SLA控制原理示意图。 

图1 SLA 控制原理

要实现光固化快速成型，感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度，固化后达到一定的强度，在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是，为了高速、精密地制造一个零件，感光树脂必须具有合适的光敏性能，不仅要在较低的光照能量下固化，且树脂的固化深度也应合适。 

1.2.2 成型过程及控制 

      光固化快速成型的过程分为前处理、分层叠加成型及后处理三个阶段，具体步骤如图2所示。 

图2 SLA 的工艺过程

快速成型机只能接受计算机构造的三维模型，然后才能进行切片处理。因此，应在计算机上采用计算机三维辅助设计软件，根据产品的要求设计三维模型或将已有产品的二维三视图转换成三维模型。 

     制品越复杂，构制三维模型越困难。用于构造模型的计算机辅助设计软件很关键，要求具有较强的三维造型功能。目前快速成型行业中常用的计算机辅助软件系统主要有Pro/ENGINEER、AutoCAD等。其中，Pro/ENGINEER软件因有较强的实体造型和表面造型功能，可构造非常复杂的模型，所以受到许多用户的好评，但其价格较贵，系统较庞大，使用界面不够友好，新用户使用常需一段熟悉和积累经验的过程。AutoCAD虽价格低，操作简单，但成型复杂制品困难，设计费工费时。近年推出的SolidWorks的价格比较便宜，能基本满足三维造型的要求，且界面友好，容易掌握，因此不少用户对此软件感兴趣。 

上述计算机辅助设计软件产生的模型文件输出格式有多种，基中常见的有IGES(International Graphics Exchange Standard)、HPGL(HP Graphics Language)、STEP(Standard for the Exchange of Product)、DXF、STL(Stereo Lithography Interface Specification)等。STL格式是快速成型机常采用的一种模型文件输出格式。 

1.2.3 应用 

     要将一种新产品成功地投入到竞争激烈的市场中需要其产品开发的速度快及生产周期短。只有将快速与柔性制造工艺结合才能达到理想效果。SLA集现代控制技术、CAD/CAM技术、激光技术和新材料科学的成果与一体，突破了传统加工模式，大大缩短了产品的生产周期，提高了产品的市场竞争力。目前光固化快速成型技术的应用主要有: 

(1) 用SLA制造模具 

     用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙烧时去除树脂膜，得到中空型壳，即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制注射模的型腔，可以大大缩短制模过程，缩短制品开发周期，降低制造成本。 

(2) 对样品形状及尺寸设计进行直观分析 

     在新产品设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算模拟对产品进行评价，但不直观，特别是形状复杂产品，往往因难于想象其真实形貌而不能作出正确、及时的判断。采用SLA可以快速制造样品，供设计者和用户直观测量，并可迅速反复修改和制造，可大大缩短新产品的设计周期，使设计符合预期的形状和尺寸要求。