DLF与SLM一体机的设计毕业设计说明书.doc

20 年届学生毕业论文（设计） 存档编号：_毕业设计说明书题目 ：DLF与SLM一体机的设计Topic ：The Design of DLF and SLM Integrated Machine目录摘要1ABSTRACT2第1章 绪 论31.1课题背景及目的31.2快速成型技术概况41.2.1国内外状况41.2.2现有研究成果41.3技术路线61.4论文内容简介7第2章 一体化设计总体思路8第3章 刮粉装置设计103.1电机选型计算103.2联轴器选型133.3刮粉刀架和刀具设计153.5丝杠设计173.6导轨设计253.7工作台机架设计28第4章 结论与展望294.1结论294.2展望30第5章 致 谢31参考文献33摘要快速成型技术（Rapid prototyping technology）是世纪年代后期逐步兴起的一种制造技术，经过多年发展，较为成熟的已有选择性激光融化技术（Selective Laser Melting，）和激光直接制造技术（Laser direct manufacturing，）。 鉴于选择性激光融化技术中采用预置粉末的方式，激光头固定，依靠工作台的移动，变换熔融坐标，且一次熔融的层厚有限，因此适合于制造精度要求高，尺寸高，尺寸较小的零件；而激光直接制造则采用激光束通过振镜聚焦，喷粉头喷粉，激光照射熔融的方式，坐标改变方式依靠振镜的角度而改变。激光直接制造中一次喷出的金属粉末量可更多，因此适用于制造精度要求不高的毛坯件。所以该课题主要解决的问题是整合两种装置，在简化装置不需要振镜的条件下，第一次创新性的将基板与Z方向传动轴一体化，然后整体与X轴方向工作台运用丝杠连接，实现X坐标的传动；Y轴方向的传动也照此设计，连接起X轴，实现X,Y,Z三个坐标的移动和刮粉装置的设计。作为该课题的核心之一，刮粉装置的传动机构设计主要解决的是基板的所在的滚珠丝杠带动刮板上的刮粉刀运动，在交流伺服电机的驱动下，刮刀在送粉缸和成形缸之间运动，并将多余的粉末送回至回粉缸。该课题基于两种成型装置的一体机设计，力求结合两者的共同优点，提高零件的生产效率，缩小成本,增加其实用性。关键字：快速成型 快速激光成型 一体机 刮粉装置 刮刀ABSTRACT In the nineteen eighties in the late, the laser rapid prototyping technology is gradually emerging, it is a set of computer aided software, compact model technology of mechanical, CNC, laser and material science as a whole, with the development and application of the technology of the extensive and deep, design needs a body machine is more and more big. Therefore, this thesis focuses on the design technique and selective laser melting technology combined with powder scraping device for laser direct manufacturing. Laser rapid forming (Laser Rapid Prototyping, LRP) is the principle of 3D model generated by CAD software, through the hierarchical stratification, two-dimensional data for each thin section of the drive control for laser beam shooting, liquid, powder or sheet material processing requirements, thin shape, accumulated solid model. Fast to create model or prototype can be directly used for new product design validation, verification, engineering analysis, market order and decision-making of enterprises, shorten new product development cycle, reduce development costs, improve the competitiveness of enterprises. This rapid tooling development based outfit manufacturing (Ouick Tooling) technology, rapid precision casting technology (Ouick Casting), fast metal powder sintering technology (Ouick Powder Sintering), rapid product can realize the components. Graded material prepared by the method of homogeneous composition can, can also according to the design requirements by adjusting the laser power, scanning speed and powder feed rate gradient material gradient structure and properties. This paper is to study the design calculation combined with the two technique is based on the. The paper mainly introduces the calculating motor selection, selection of calculation of coupling, powder scraping tool design, screw design, the design of linear guide selection.Key word: laser rapid prototyping; selective laser sintering; design of scraper knife and tool; rail；34第1章 绪 论1.1课题背景及目的一直以来制造业是国家经济发展以及国防的支柱产业，也是国家创造力、竞国际竞争力和综合国力的重要体现。它既为现代化的经济建设提供物质基础，同时也为当代高度信息化与知识化社会提供先进的设施和优良的技术平台，当然也是实现军事稳固和国防安全的重要保障1。时代的快速发展要求制造业中的变革不容滞后。当前市场上的制造业主要呈现如下几个趋势：1生产、经营和市场的全球化；2用户需求更加个性化、多样化发展；3产品生命周期更加短暂，更新换代步伐明显加快；4产品的技术高科技化并且控制更加柔性；5市场竞争也明显激烈化。因此，制造业要想在如今多重竞争下求得长远生存和发展，就一定得面对这样不可避免的形势，不断开发研究或者引进国外先进的技术2。以前在技术还未高度集成化的背景下，零件的制造方法往往是运用多种机床的组合加工形式，并且需要专门研制与之相关的工具和模具，当然也需要操作水平高的技工，这样一来制造成本无形之中加高，且零件制造周期长，因此很难适应时代发展对产品更新的需求。并且在当代激烈竞争下，产品投入市场前的生产时间就成为影响利润的主要因素。因此快速成型技术也就应运而生3。 而选择性激光熔化(SLM)技术作为近年来出现的比较先进的快速成型技术之一，其工作原理是应用分层制造，取代传统制造中的减料法为增料法思想，以粉末为材料，将CAD三维模型通过电脑控制直接转换为零件。且其机械性能与锻造相当，优势明显4。 快速激光成型（DLF）与激光快速成型唯一的不同则是在于其采用的是送分喷头将粉末喷出，激光束经聚焦镜聚焦后直接使金属粉末熔融成液态金属冷却、成型。基板固定在可移动的X、Y、Z三坐标工作台上。激光快成型（SLM）采用的是滚筒铺粉，滚筒将送粉缸的金属粉末均匀铺到基板上，激光经振镜转换角度之后使金属粉末熔融。该设计中由于是通过改变振镜的角度进而改变激光照射的角度，从而影响激光的工作坐标。由于DLF所采用的是送粉方式，而SLM则采用的是预置粉末的方式，因此广义上运用SLM技术加工出的零件的复杂程度往往高于DLF技术生产的成型件。这样一来，DLF技术一般用在粗加工制造毛坯件，零件尺寸较大或应用在零件的修复方面；而SLM快速成型技术则可以用于比较精密、复杂和小型零件的制造方面5。鉴于以上两种快速成型方法各自的优势以及工作原理，出于目前社会对资源节约型，环境友好型的呼声越来越强，进一步提高快速成型机械在零件制造中的生产率和资源运用效率，因此就诞生了一种全新的设想，即将以上两种市场现有的快速成型原理进行整合，使快速成型装置灵活性和操作性更强，使快速成型机器的操作性和灵活性朝着更加柔性化方向发展，且该新设计方案能适应更多的产品客户对产品表面质量、尺寸方面的要求，但是在生产成本上能有所下降，加工效率上也能有所提高。1.2快速成型技术概况1.2.1国内外状况自从从美国3DSystems公司在1988年生产出了世界上第一台SLA250型光固化快速造型机,由此也开创了LRP技术迅速发展和快速推向市场运用的新纪元。目前美国在设备研制和生产销售方面占据全球主导地位,其发展水平以及发展趋势基本代表了整个世界的发展状况和趋势5。而在制作业最为活跃的领域当属汽车制造领域了，日本很早就将这项新兴的技术应用于汽车领域。丰田公司在1987年起就开始对薄板的激光焊接技术进行研究、开发随后投入实际应用。值得一提的是，日本在激光薄板的拼焊工艺方面的研究已经达到了最为合理的金属组合，这意味着不仅提高了金属的利用率，二期也减少了模具的使用量和前期开发。与此同时德国的BMW汽车公司也从1987年开始将激光快速成型技术应用在车辆的大批量生产，并且也建立起了五轴联动多用激光加工中心。而法国的Sciaky公司也建立了一条运用于车身多点焊接的生产线，从焊接质量和到焊接效率都得到很大的提高6。当然，在国内而言，香港和台湾比内地起步更早,仅在台湾，台湾大学就拥有专门的LOM设备,且台湾已经有民间工业企业和军方配备多台进口SL系列设备。在香港，香港生产力促进局和香港众多高校也不例外，如香港科技大学、香港理工大学、香港城市大学等均已拥有RP设备,其建设重点是促进快速成型相关技术的应用和推广5。而内地则相对较晚，国内自从20世纪90年代初便开始低这项技术进行研究,目前已有西安交通大学、华中科技大学、清华大学等国内一流高校、北京隆源公司等研究单位已经自主开发了快速成型设备并且已经实现产业化投向市场。其中,值得一提的是西安交大研发的紫外光CPS系列光固化成型系统快速成型机等高新技术,成功的引起了国内外的高度轰动;而华中科技大学也在研究LOM、SLS工艺,并且推出了一系列快速成型机和成型材料;清华大学主要在RP方面的现代成型学理论方向有了重大突破,并开展了一系列基于SL工艺的金属模具的研发工作;北京隆源公司的研究成果主要集中在SLS系列快速成型设备和配套材料方面并且承接与该技术相关的制造工程项目6。1.2.2现有研究成果 目前，德国EOS公司在这方面的研究与开发成果走在世界前列。该公司已研发出了可直接对未经预热的金属粉末而直接进行激光烧结的系统。该系统所使用的快速成型材料是用不同金属粉末组成的金属混合物，因此各混合物在烧结过程中就能相互补偿体积的变化而使混合粉末的收缩率小到可以忽略不计，有利于保证零件的制造精度；而且，各金属混合物的粒度仅有05微米左右，这不仅有利于提高零件的表面质量，也可用来制造形状复杂的薄壁金属零件，特别是可以用来制作注塑模具。并且该公司还开发了激光烧结材料为尼龙、聚苯乙烯等非金属粉末的系统，大大开拓了快速成型机械的使用范围，而除了用在制造热塑性零件外，一些铸造厂已经可以将经过该技术烧结而成的聚苯乙烯模具用于做熔模铸造技术中的母模。如DTM公司研发的先进SLS(可选性激光烧结)快速成型系统，包括SInterstation2000，Sinterstation2500和SInterStation2500。Sln-terstation2500就具有成型选材范围广、零件制造速度快等一些新的优点，也就能直接用于制造金属模具和零件制造上7。1.3技术路线为了实现该课题的设计，以及保证其合理性和传动准确性。主要采用以下技术线路来实现。传动部分采用日本松下交流伺服电机进行驱动，为了减少传动的误差，采用刚性联轴器直接连接把电机转矩传递到丝杠上，确定工作台在，三个坐标上的移动由丝杠螺母直接带动，减少系统原理性误差。 同时，为了保证此技术线路的合理性，我们在Z轴的设计上，精度的控制就显得尤为重要，因此我们拟定Z轴的缸体采用拼装设计。在减少制造难度的同时，为保证精度，采用合理的定位方式；在必要的地方采用肋板，增加缸体的刚性。并且通过研究我们发现，在铺粉时，由于热量和磁性的作用，起刮粉用的刮板会粘连部分金属颗粒，这也会对每次刮粉量以及刮板的刚性有一定影响而干扰系统传动精度，因此我们除了采用陶瓷刀具之外，还保证刮板有一定的工作角度，在刮板刮粉过程就类似车床刀具的切削过程，减少金属粉末的粘连。也保证了传动的精度。本课题主要研究的是刮粉装置的设计，在竖直的基板上有滚珠丝杠，在伺服电机的带动下，刮板在基板上运动，实现刮粉的目的。1.4论文内容简介本次毕业设计，是对大学四年所学知识的一次检验过程，是理论联系实践的一次最佳体现，对于即将走向岗位的我们绝对是一次很好的机会。毕业设计计算绘图的时候，CAD，Proe或是UG等三维软件，文献检索和外文翻译每一步都需要我们仔细认真的完成。一步一个脚印，完成毕业设计的整套流程。本论文包括如下几个方面的内容：第1章是绪论部分，主要介绍功能梯度材料激光快速成型相关的概念，还介绍相关技术目前的国内外发展情况；第2章激光快速成型原理，主要介绍本课题的理论依据；第3章刮粉装置的设计，这一章是本论文的核心部分，介绍相关零部件的设计思路和设计方法。第4章结论与展望，总结部分，对激光快速成型技术提出自己的看法。第5章致谢。最后是参考文献资料。2 一体机设计的总体思路2.1前言近些年发展起来的激光快速成型（LRP）技术主要有激光直接制造技术（DLF）；选择性激光融化技术（SLM）；立体光造型（SLA）技术；选择性激光烧结（SLS）技术；激光熔覆成型(LCF)技术；激光近形(LENS)技术；激光薄片叠层制造(LOM)技术；激光诱发热应力成形(LF)技术及三维印刷技术等13。在这几种技术中，DLF技术和SLM技术由于其材料的选择性广、多余材料易于清除、再加上其应用范围广等优点使其在现在的机械制造业中收到越来越广泛的应用。DLF技术是利用送粉式激光熔覆逐点、逐层沉积，实现三维任意形状高性能金属零件的近净成型。SLM技术是以选择性激光烧结(lectiveaserSinter，SLS)技术为基础，基于快速成型的最基本思想，)技术为基础，基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合25。2.总体设计思路本课题所设计的刮粉装置是DLF和SLM结合成一体机组成系统的一个部分，其装配原理图如下： 8滚珠丝杠；12送粉缸；14刮板；16交流伺服电机17弹性管联轴器；图21 激光快速成型刮粉装置装配示意图 如上图所示，俯视图的三个缸体，从左到右依次是送粉缸，成形缸，回粉缸，滚珠丝杠8在伺服电机16的控制下开始转动，伺服电机和滚珠丝杠是通过17弹性联轴器联接在一起的，丝杠外面有防尘罩，滚珠丝杠上的丝杠螺母联接有工作台，工作台与刮板14由六角螺钉相连，刮板形状为L型，中间有肋板增加其刚性要求，刮刀设计位置和三个缸体的长度稍长，且在刮刀上，设计有U型的槽，当刮刀和刮板安装得当之后，用六角螺钉拧紧，U型槽的作用就是控制刮刀的垂直精度，调整上下移动的位置，提高精度要求。 此装置的设计实现了刮刀和缸体间接触的精度要求，保证刮刀可以在Z轴的上下运动过程中准确的送粉和刮掉多余的粉。3 刮粉装置设计3.1电机选型计算交流伺服电机具有响应迅速、精度和效率高、负载能力强、控制性能优越等优点，被广泛使用在闭环或半闭环控制的伺服系统中。交流伺服电机的主要技术参数是设计时选用电动机的依据。具体如下14:（1）额定功率，电机主轴上输出功率的额定值。即电动机在额定状态下运行的输出功率。在额定功率下，允许电机长期连续运行而不致过热。如果电机在超过额定功率的条件下运行，将发生过热，长期过载工作则有烧坏电机的危险。（2）额定电压，电动机在额定状态下工作时，励磁绕组和电枢控制绕组上应加的电压额定值。（3）额定电流，电动机在额定电压下，驱动负载为额定功率时电枢控制控制绕组中的电流。（4）额定转速，电动机在额定转速下，输出额定功率时的转速。（5）额定扭矩，电动机在额定状态下轴的输出扭矩（6）最大扭矩，电动机在短时间内可以输出的最大的扭矩，最大扭矩可以达到最大扭矩的5到10倍。下面根据丝杠的对转矩的要求计算应该选用的伺服电机：计算折算到电动机的转动惯量.已知滚珠丝杠的密度，得 （） （）计算联轴器的转动惯量 （-） （）计算折算到电动机轴上的移动部件得转动惯量由已知条件可知压在方向丝杠上的的执行总部件的总质量，电动机每转一圈，丝杠执行部件在轴向的移动距离L=1cm，得 （）（）由式（2-26）计算加在电动机轴上总的负载转动惯量 （）2.计算折算到电动机轴上的负载力矩（1）计算丝杠工作时的力矩已知在丝杠工作状态下坐标轴的轴向负载，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离，进给转动系统总效率，由（2-54）式得： （）（）计算滚珠丝杠预紧力而产生的附加负载力矩已知滚珠丝杠螺母副的预紧力，滚珠丝杠螺母副的基本导程（）3.计算坐标轴折算到电动机轴上所需的力矩（1）计算线性加速度力矩已知机床执行部件以最快的速度运动时电动机得最高转速电动机得转动惯量为得： （） （2）计算阶跃加速力矩已知加速时间 （） （3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩a.计算线性加速度时空载启动力矩（） b.按式（2-61）计算阶跃加速时空载启动力矩 c.按式（2-57a）计算快进力矩 d.按式（2-57b）计算工进力矩 4.选择驱动电机的型号（1）选择驱动电动机型号根据以上计算，选择日本松下交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下表-：该电动机的额定力矩.Nm，均大于机床快进所需的驱动力矩，因此符合要求。（2）惯量匹配预算为使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电机的转动惯量之比一般应满足（2-67），即得： 而在本例中，故满足惯量匹配要求。本课题所选用的电机为松下A5系列电机，其规格如下：AC100V用电机型号:MSME021G1021S1电源设备容量（kVA）0.5额定输出功率（W）200额定转矩（Nm）0.64瞬时最大转矩（Nm）1.91额定电流（A）1.5瞬时最大电流（A）10.6额定转速（r/min）3000最高转速（r/min）6000转子转动惯量（10-4kg.m2）无制动器0.14有制动器0.16对应转子转动惯量的推荐负载转动惯量比30倍以下 制动器规格：静摩擦转矩（N.m）1.27以下吸引时间（ms）50以下释放时间15以下励磁电流DC(v)0.36释放电压DC(v)1以上励磁电压DC(v)241.2容许负载如下：组装时径向负载方向（N）392轴向负载A方向（N）147轴向负载B方向（N）196运转时径向负载方向（N）245轴向负载A、B方向（N）98 图31 伺服电机示意图 转动惯量匹配验算：最终折算到电动机轴上的负载惯量Jd与电动机自身的转动惯量Jm之比值，应控制在一定范围内，既不能太大，也不能太小。为了使系统的惯量达到较符合的匹配，一般将该比值控制在下式所规定的范围内，即经验算，此电机符合对转动惯量的要求。力矩匹配验算：为了保证伺服系统的正常工作，伺服电动机的最大力矩Tmax和额定力矩Tm应满足下列关系：在空载启动时 TmaxTq在切削进给时 TmaxTt，TmTt经验算，此电机符合对力矩大小的要求。3.2联轴器选型联轴器是用来联接进给机构的两根轴使之一起回转以传递扭矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不恩能够分离，只有停车时，将联轴器拆开，两周才能脱开。目前的联轴器的类型繁多，有液压式，电磁式和机械式。机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递扭矩，大致可将联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。本课题所设计的刮粉结构设计，联接电动机和刮粉丝杠的联轴器，选用弹性联轴器。而常见的联轴器的固定方式有如下几种：1. 定位螺丝固定两个定位螺丝间隙90对所有固定的轴进行锁紧，是一种传统的固定方式，由于螺丝的前端与轴心接触，可能造成轴心的损伤或拆卸困难。 2.加紧螺丝固定利用内六角螺栓拧紧的力量，而将轴心紧紧夹住。这种方法固定及拆卸方便，而不会造成轴心的损伤，是一种很常见的固定方法 3键槽型这种类型与定位螺丝固定型一样，是一种最传统的固定方式，适合高扭矩的传动，为防止轴向滑动，通常与定位螺丝固定型，加紧螺丝固定型并用。 4复合固定方式在联轴器的固定中，我们采用LK6系列加紧螺丝固定波纹式（波纹管联轴器）LK6系列弹性联轴器基本参数及主要尺寸：规格D（mm） d1/d2（mm）L（mm）拧紧扭矩（Nm）额定扭矩（Nm）最大扭矩铝合金LK6-c20206 6.35 8 9 9.525 10 12330.71.53LK6-c25256 6.35 8 9.525 10 12381.724LK6-c32328 9.525 10 12 14431.72.55LK6-c404010 11 12 14 15 166241020所选电机轴直径为，根据所选点电机的额定扭矩为0.64Nm，瞬时最大扭矩达到1.91Nm上表选择LK6-c32联轴器，其参数如下：联轴器外径，主/从动轴直径，联轴器长度43mm，选用铝合金材料的联轴器，最大扭矩为5Nm，此扭矩满足电机扭矩要求。LK6-c32弹性管联轴器其图形如下，结构类型恰如第二种类型的功能介绍：图21 弹性联轴器示意图3.3刮粉刀架和刀具设计3.3.1刮粉结构设计3654211 1与滑块联接内六角螺钉；2肋板；3与丝杠螺母联接内六角螺钉；4刮板；5与刮板联接的螺钉；6-刮刀； 图331 激光快速成型刀架装配示意图 刮粉装置的设计是DLM和SLF一体机设计的一个重要环节。而刀架与丝杠的安装和刮刀与刀架的安装，两部分都将影响成型件的质量和精度。其中4是刮板，6是刮刀，2是刮板上的肋板，1上的左右四个六角螺钉和直线导轨的滑块相连，3的肋板左右两个六角螺钉和丝杠上的工作台相连。刮粉刀为提高上下z轴的精度，这设计成如下图所示的结构，它有四个U型槽，六角螺钉联接刀架和刮粉刀，U型槽的作用可以调节刮粉刀的上下高度，进而使刮粉更佳的精确，如下图的二维结构 刮刀在上移动时，刮刀应该选用表面张力值较小的材料，如金属铝、有机物聚四氟乙烯等。刮刀速度高，可以使刮刀前的粉末被刮的更加均匀有效，但是太高会带动已形成部分，影响位置精度，同时液面的修复水平效果不好。为方便零件的安装和采购，刮刀机构的驱动所采用的方式及零件的规格要和扫描系统保持一致，同时为满足刮刀的速度要求，对于3.1中伺服电机的选取是必要的。图21 激光快速成型刮粉装置装配示意图3.5丝杠设计3.5.1丝杠结构设计523送粉丝杠是整个送粉装置的重要组成部分，在送粉流程中，不可替代。正是通过交流伺服电机与丝杠的组合实现送粉量的精确控制。对送粉丝杠的设计精度要求较高。其三维外形图如下：1 4 1丝杠轴与联轴器相连；2、3安装轴承的轴；4螺纹轴，连接螺母；5滚珠丝杠；图3.5.1 丝杠左边的造型设计 轴1处为丝杠轴与联轴器相连接的部分。在此轴1上有锥形盲孔。虽然联轴器拧紧内六角螺钉后可以将相连接的轴依靠摩擦力紧紧的连在一起，当为了确保联轴器与轴之间不会发生相对转动，因而使此联轴器上的紧定螺钉端部插入盲孔中，起到防止轴与联轴器的相对转动。轴2与轴3靠近丝杠处出是用于安装带密封圈的60角接触轴承。此处的安装的轴承带密封圈是为了防止粉末在传输过程中进入到轴承中，致使轴承加速磨损无法正常使用。在轴2的右侧加工有退刀槽。轴上2、3处是用于轴承内圈的固定。此处的轴承与轴采用过渡配合，即可以保证丝杠的正常转动，也方便轴承的拆卸。采用过盈配合则不利于拆卸。轴5即为所设计的丝杠轴。丝杠轴外有防尘罩，有利于粉末在丝杠轴上向前传送。其传送粉末是根据利器螺旋的原理，即当丝杠旋转达到一定速度时，螺纹会推动粉末向前运动，达到送粉目的。3.5.2丝杠相关计算滚珠丝杠副作为关键的滚动传动元件，被广泛应用于各种需要定位或传动的机构中，对机构的性能举足轻重。在实际应用中，滚珠丝杠副的安装方式 的选择，同样会影响整个机构的工作效果，根据具体应用情况的不同，滚珠丝杠副的安装可以有多种不同的方式。不同的安装方式（即支承形式）都有其各自的特点，选取时，既 要考虑实际工作要求（定位精度、传动速度、扭矩和推力情况等），又要结合滚珠丝杠副型号规格的选择（涉及内容较多，详情请参阅本站滚珠丝杠副类别的相关内容），只有两者综合考虑合理搭配，才能实现最佳效果，发挥滚珠丝杠副的最大价值。 在本设计中，转速适中、精度较高的场合。该形式两端分别分别由一对轴承约束轴向和径向自由度，负荷由两组轴承副共同承担。也可以使两端的轴承副承受反 向预拉伸力，从而提高传动刚度。在定位要求很高的场合，甚至可以根据受力情况和丝杠热变形趋势精确设定目标行程补偿量，进一步提高定位精度。“固定固定”型有时也被 片面地叫做“双推双推”，实际上由于径向力的存在几乎很少能用两个推力轴承作为固定端。 丝杠零件图如下： 图3.5.2丝杠左边的造型设计 在本设计中，工作台、工件和夹具的总质量(所受的重力),其中,工作台的质量 (所受的重力 )100kg;工作台的最大行程 500mm;工作台快速移动速度Vmax为10000mm/min;工作台采用线型直线导轨,导轨的动摩擦系数0.5 ,静摩擦系数0.2;工作台台的定位精度为30m ,重复定位精度为20m;机床的工作寿命为20000h (即工作时间为 10年)。 1导轨摩擦力的计算 F0=（W+fg）=0.15（1000+1500N）=375N（） F0=（）2计算滚珠丝攻螺母副的轴向载荷计算最大载荷Famax、最小轴向负载Famin Famax=Famin= F0=375N2-1.滚珠丝攻的动载荷计算和直径估算1）确定滚珠丝杠导程根据已知条件，电动机的最高转速为，侧有公式：（）2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷（1）将切削力的轴向载荷定位最大的轴向载荷Fmax，快速移动和转塘定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷Fmin。一般切削和精细切削时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷F2、F3分别可按下试计算：F2=Famin+20%Famin， F3=Famin+5%Famax（）F1=F2=F3=F4=Fa=375N（2）计算滚珠丝杠在各种切削方式下的转速（）(3) 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速=q1/100 +q1/100+.+ qn/100=1200=200r/min（）(4)按公式计算平均载荷Fm=（） =375 N3）确定滚珠丝杠预期德的额定动载荷Cam（1）按预定工作时间估计查表可知载荷性质系数。已知初步选择的精度为2级，精度系数,可靠性系数，侧有公式可得：（） （2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，查表2-21得，则（3）确定滚珠丝杠预紧的额定动载荷。取以上两种结果最大值 即=N最大。4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠最大变形已知工作台的定位精度为30，重复定位20 则可求得： （） （）取上述计算结果的较小值，即（2）估算允许的滚珠丝攻的最小螺纹底径。本机床工作台（X轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式采用两端国定方式。滚珠丝杠螺母的两个固定支承之间的距离为L=行程+安全行程+2余程+螺母长度+之成长度 （1.21.4）行程+（2530）L0取 L=1.4行程+30L0（） =又F0=500 N （）5）初步确定滚珠塑钢螺母型号根据计算所确定L0、Cam、d2m，初步选型FFZD型内循环垫片预紧螺母滚珠丝杠螺母副FFZD1605-3，尺寸如下： 故满足要求。6）确定滚珠丝杠螺母的预紧力 7）计算滚珠丝杠螺母副的目标形成补偿值与预拉伸力（1） 计算目标性的补偿值已知温度变化度，丝杠的线膨胀系数度，滚致死刚又笑螺母副的有限行程：工作台行程+安全行程+2*余程+螺母长度（）=（500+5*5+2*10+83）mm=628mm（2）计算滚珠丝杠预拉伸力已知滚珠丝杠螺母底径，滚珠丝杠的温升变化度，则（）8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）轴承所承受的最大轴向载荷（2）计算轴承的预紧力（）（3）计算轴承的当量轴向载荷（）（4）计算轴承的基本额定动载荷C已知轴承的工作转速，轴承所承受的当量轴向载荷FBmax=4277.44N,周详的基本额定寿命L=20000h。泽州相分力为：（）因为，所以查表2-25，轴向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故： （）（）（5）确定轴承的规格型号因为滚珠丝杠螺母采取预拉伸措施，所以选用角接触球轴承背对背安装，已组成滚珠丝杠两端国定的形式。由于滚珠丝杠螺母副底径，所以选择内径，以满足滚珠丝杠结构的要求。在滚珠丝杠的两个锅顶端均选择国产60度角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杠的两端国定支撑方式。轴承型号7001C，尺寸（内径*外径*宽度）为12*28*8。并在脂润滑状态下急速为1500r/min，故满足要求，并且预紧载荷力也符合要求。该轴承的额定动载荷，而该轴承在2000h工作寿命C=39250N，也满足要求。3.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验3-1.滚珠丝杠螺母临界压缩载荷和校验本工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉不受压。因此，不存在压感不稳定问题。3-2.滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 滚珠丝杠螺母副临界转速计算的长度L2=837.5mm.已知弹性模量，材料密度重力加速度安全系数K1=0.8.由表2-44得。滚珠丝杠的最小惯性为（）滚珠丝杠的最小截面积为：（）故可由式（2-36）得（） =4196698r/min本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为1500r/min，远远小于其临界转速，故满足要求。3-3.滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验滚珠丝杠的寿命主要受疲劳寿命。其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。查表A-3得滚珠丝杠额定动载荷，运转条件系数，滚珠丝杠的轴向载荷，滚珠丝杠螺母副转速故由式得： （） 额定寿命规定为20000h。一般来讲，在机床设计来说只要总时间寿命，故满足要求。4 .机械转动系统的刚度4-1.计算传动系统的刚度计算（1）计算滚珠丝杠的刚度计算本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杠的两支承的中心位置（a=L/2,L=1075mm）时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度，计算： （）当 （） （2）计算滚珠丝杠与滚道的接触刚度 （） （3）计算滚珠丝杠与滚道的接触刚度查附录A表A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/um,额定载荷得： （）（4）计算进给转动系统的综合拉压刚度最大值为 由式（2-47a）得进给转动系统的综合拉压刚度的最大值为 （）故得进给系统的综合拉压力刚度的最小值为（）故4-2.滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由图1-1可知，扭矩作用点之间的距离。已知剪切模量G=，滚珠丝杠底径。得 （） 3.6导轨设计随着现今技术制造的不断提升，各大工厂的传统制造也发生了不小的变化，例如数控、工业机器臂等技术都在各类生产线上得到了广泛的使用。与此同时机器传动机构的精度与导向精度、进给速度都在不断的提升，使其传统的导向机构发生了巨大的变化，自从1973年使线性直线导轨商品化到现今，不仅以其独特的性质，逐渐的取代了传统的滑动导轨，在各大工业制造中也是广泛的使用，线性直线导轨不仅适应到了如今的机器对于高速度、低耗能、高精度的要求，更在现如今大的重型加工机床中应用，例如:精度切割机、机床、机械臂与数控等！线性直线导轨特点：1. 高精度定位：线性直线导轨的工作原理是借助钢球滚动而实现的，导轨的摩擦阻力小，动态与静态摩擦阻力差值小，这样就会产生低速时不易发生爬动。重复定位高精度，非常适合重复运动的部件。 2.适合高速运转并降低驱动功率使用线性直线导轨的数控机床由于摩擦力小，可降低 所欲要的能源与动力传输使其缩小化，简单化，从而达到驱动扭矩减少，降低机床使用电力与提高机场的工作效率！3.拆装简易且具有互换性用过传统导轨的生产制造商应该都清楚传统的导轨面都需要进行刮研的，不仅费事还费力费时，而一旦机床精度不准确，那就需要在一次进行刮研。而现今的线性直线导轨都是具备着互换性的，只要更换导轨或者滑块，机床就可以重新获取到高精度！ 4。降低磨损度穿孔的导轨面是需要流体润滑的，而由于油模的浮动性所产生的运动精度误差是不可避免的，当然在多数的情况下，流体润滑液只仅限于边界，但在这种膜材中大量的能源被摩擦消耗掉了，这就是传统的导轨，而与此相反的线性直线导轨则不同，因为滚动接触的摩擦耗能小，所以滚动面的磨损也相对减少，故就可以使机床上的导轨系统长期的处于在高精度的状态上，同事也降低了润滑油的使用次数，把非常费力的机器维护变的非常容易！ 5.直线导轨要比传统导轨的承载能力强现今的线性直线导轨都具备着非常优秀的承载能力，以及抗颠、摇摆动力等，也诊因如此直线导轨才会具有优秀的负载应用能力。当然如果在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻力，以便提高抗振性，同时还可以消除高频振动的现象。本课题采用四列式低组装直线导轨，EGH-SA/EGH-CA 图3.5.1 直线导轨的示意图 表3.6型号组件尺寸滑块尺寸EGH30CAHH1NWBB1CL1LGMXK1TH2H34210166040104070.1100.112M8*1221.05989 滑块尺寸滑轨的固定螺栓尺寸基本额定载荷（KN）重量WRHRDhdPE M6*25 23.70滑块 (kg)滑轨 (Kg/m)2823119780200.764.353.7工作台机架设计机架是完成整个装配不可或缺的一个重要组成部分。在机架上可以清楚地知道各部分组件的安装位置。了解整个装置的大致外形特种。此机架设计中没有考虑送粉装置与机床的连接部分。与机床连接主要看工作机床的特点，再做具体设计，简单的说就是在此机架的底部添加固定装置。机架三维模型如下图所示：1342 1导轨基板；2粉缸基板； 3直线导轨；4滚珠丝杠； 图37 机架的三维造型设计 线型直线导轨3和基板1相连，滚珠丝杠有固定在基板上，2的简化的三个缸体结构，直线导轨的选择提高刮刀的位置精度第4章 结论与展望4.1结论连续奋战几个月的毕业设计，从开始选题对快速成型这个概念一无所知到后期我们这个团队团结合作，自己下面查询数据库资料，到后期整个团队在指导老师的带领下对该课题提出一个方案，再到后期我们整体同心协力做完各个设计细节，该课题初步解决了目前市场上已有两种成型技术装置无法一体化的问题，通过将两种快速成型机械一体化的设计，其机械的市场适应性将大大增强，并且产品生产率将显著提高。这也是该课题的意义所在。然而在当代市场竞争如此激烈的背景下，仅仅止步于该设计还是远远不够的，拿快速成型这个名词来讲，已经开始被时下我们、更能接受的一种叫法-3D打印所取代，并且日益流行，的确，快速成型作为一种快速成长的技术正悄悄改变我们工业发展的方式。它直接将三维仿真与线代生产衔接起来，完全跨越了以往传统，面对不同复杂的零件，需要单独设计模具或者小批量实践的方法来探讨一种设计的可能性，这种方法往往非常耗时且前期投入经费巨大，但是当快速成型出现之后，这种局面已经在、或者正在被改变，人们逐渐发现这种生产方式的便利。拿3D打印来说，在目前中国市场内，已经有北京，杭州，武汉，等四个城市有单独的3D工作室诞生，原理很简单，只需要一部三维扫描仪，一部发出指令的电脑，还有打印头就行，大大缩小传统的工作空间。当然这只是一种尝试，因为快速成型确实还有很多不足之处需要改善