3D打印机设计-机械结构设计模型设备设计【三维SW】【含15张CAD图纸、说明书】【GC系列】
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三维SW
含15张CAD图纸、说明书
GC系列
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长春理工大学光电信息学院毕业设计 编号 本科生毕业设计中文题目The Subject of Graduation Project学生姓名专 业学 号指导教师分 院2014年 月 摘 要随着工业现代化的不断发展，传统的加工工艺已无法满足现代工业部件的加工需求，许多异形结构利用传统加工（包括五轴加工中心）很难加工或根本不能加工。随即3D打印机应运而生 3D打印机看似复杂，却很简单，也许你会为它神奇的能力而震撼，也许你会为它的高科技而惊呆，其实从1916年爱因斯坦提出激光原理时，已经为1986年第一台3D打印机的出现奠定了坚实的理论基础。说起3D打印机的原理其实一点也不复杂。 本文主要针对3D打印技术设计出一款3D打印快速模型设备，以切合实际针对新型的生产工艺采取的实际设备的设计制造。关键词：3D打印机 机械结构 新型设备ABSTRACTWith the continuous development of modern industry, the traditional processing technology has been unable to meet the processing needs of modern industrial parts, the traditional processing and utilization of many deformed structure (including five axis machining center) is difficult to be machined or cannot process. Then emerge as the times require 3D printer.3D printer may seem complicated, but is very simple, you might and shook it magical abilities, perhaps you will be stunned for its high-tech, in fact, the principle of laser Einstein from 1916, has laid a solid theoretical foundation for the emergence of 1986 the first 3D printer. About the principle of 3D printer is not complicated.In this paper, the 3D printing technology to design a 3D print speed model of equipment, design and manufacture of the equipment to the practical production process model for the equipment.Keywords: 3D printer mechanical structure model of equipment3D打印机设计目 录第一章 绪论.11.1 课题来源及研究目的和意义.11.2 本次设计的主要内容.51.3 3D打印设备方案分析.51.3.1 机械结构设计思路51.3.2 机械结构总体方案和布局.6第2 章 机械结构设计82.1 电机的选择.82.2 滚珠丝杠螺母副的设计.102.2.1 材料选用原则102.2.2 丝杠螺母工作条件及失效形式.112.2.3 螺旋传动类型特点和应用.112.2.4 滚珠丝杠螺母副的计算.122.2.5 滚珠丝杠螺母的支撑方式.182.2.6 滚珠丝杠螺母的润滑和防尘隔离.182.3 导向光杆和直线轴承的设计.202.4 联轴器的设计选择.232.5 同步带轮的设计计算.23第3 章 结构设计及三维建模263.1 主体结构设计的是三维建模273.2 整体装配建模303.3 标准件建模.30结论38参考文献.39致谢.40 第1章 绪 论1.1 课题来源及研究目的和意义 3D打印机有时被称为快速成型机，用液体或粉状塑料制造物品，其运作原理和传统打印机十分相似。快速成形技术（rapid prototyping，简称RP）又称快速原型制造技术，是近年来发展起来的一种先进制造技术。快速成形技术20世纪80年代起源于美国，很快发展到日本和欧洲，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术；是CAD、数控技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。 RP将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由CAD构造的产品三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂（或切割一层层的纸，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各截面，逐步叠加成三维产品。它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合. 快速成形工艺流程如下： (1)三维模型构造 由于RP系统只接受计算机构造的产品三维模型(立体图)，然后才能进行切片处理，因而首先应在PC机或工作站上用CAD软件（如UG、Pro/E、I-DEAS等），根据产品要求设计三维模型；或将已有产品的二维三视图转换成三维模型；或在逆向工程中，用测量仪对已有的产品实体进行扫描，得到数据点云，进行三维重构。 (2)三维模型的近似处理 由于产品上往往有一些不规则的自由曲面，加工前必须对其进行近似处理。经过近似处理获得的三维模型文件称为STL格式文件，它由一系列相连空间三角形组成。典型的CAD软件都有转换和输出STL格式文件的接口，但有时输出的三角形会有少量错误，需要进行局部修改。 (3)三维模型的分层(Slicing)处理 由于RP工艺是按一层层截面轮廓来进行加工的，因此加工前须将三维模型上沿成形高度方向离散成一系列有序的二维层片，即每隔一定的间距分一层片，以便提取截面的轮廓。间隔的大小按精度和生产率要求选定。间隔越小，精度越高，但成形时间越长。间隔范围为0.050.5 mm，常用0.1 mm，能得到相当光滑的成形曲面。层片间隔选定后，成形时每层叠加的材料厚度应与其相适应。各种成形系统都带有Slicing处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。 (4)截面加工 根据分层处理的截面轮廓，在计算机控制下，RP系统中的成形头（如激光扫描头或喷头）由数控系统控制，在x-y平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态树脂（或切割纸，烧结粉末材料，喷射粘结剂、热熔剂和热熔材料），得到一层层截面。 (5)截面叠加 每层截面形成之后，下一层材料被送至已成形的层面上，然后进行后一层的成形，并与前一层面相粘结，从而将一层层的截面逐步叠合在一起，最终形成三维产品。 (6) 后处理 成形机成形完毕后，取出工件，进行打磨、涂挂，或者放进高温炉中烧结，进一步提高其强度（如3D-P工艺）。对于SLS工艺，将工件放入高温炉中烧结，使粘结剂挥发掉，以便进行渗金属（如渗铜）处理。本次设计中根据三维打印技术的原理以及作用的基础上，综合运用机械原理、机械设计、机械制造装备设计、机械制造工艺学、互换性与技术测量、机械制造技术基础、画法几何及机械制图等先修课程的知识，分析机械部分实现的方法，根据国内机械行业的实际情况设计出符合要求的设备结构。1.2 本次设计的主要内容本次设计的3D打印机通过CAD/PROE绘图和运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料，进行3D打印机设计并最终完成3D打印机的零件图，装配图，零件图及相关设计说明书。 主要的设计基本内容如下：1)设计准备：阅读设计任务书，明确3D打印机设计任务，准备设计资料及绘图工具。2)3D打印机总体结构的设计：主要包括：铺粉系统、成型腔和储料腔的运动系统、喷头运动系统。3)装配图的设计：初绘装配草图，各部分的结构设计，协调好各零部件之间的装配关系，完成装配工作图。4)零件工作图的设计：主要是绘制3D打印机成型零件（如传动机构，支撑机构等机构）。5)编写设计计算说明书：主要是整理和编写3D打印机设计说明书。6)设计总结及答辩：进行毕业设计总结，完成答辩准备工作。1.3 3D打印机模型设备的方案分析1.3.1机械结构设计思路基于微喷射粘结的3DP工艺的成形原理为：将制件的CAD三维模型根据工艺要求进行离散分层得到一系列的层片，按照这些层片的轮廓信息，铺粉装置逐层铺粉，且喷头喷射粘结剂微滴选择性地固化一层一层的粉末，形成各截面轮廓，并逐步有序地叠加成三维实体。要完成制作要求就需要各种机构来实现其功能： 机械系统 X, Y轴( 打印平面) 组成平面扫描运动框架 机构选用：X轴 导轨丝杆机构 Y轴 导轨丝杆机构 Z轴（即成型腔和储料腔） 光杆丝杆机构 两副 铺粉辊机构（即喷头） 导轨丝杆机构1.3.2机械结构总体布局根据设计思路设定本次设计的3D打印机的方案设计方案如图所示，图中序号所代表机构分别是：1） 储料箱：提供成型与支撑粉末材料。2）成型箱：在缸中完成零件加工，工作缸每次下降的距离即为层厚。零件加工完后，缸升起，以便取出制造好的工件，并为下一次的加工做准备。工作缸的升降由伺服电机通过丝杆驱动。3）余料箱：安装在成型机壳内，回收铺粉时多余的粉末材料。4）喷头：在工作缸内喷射成型时的粘结剂，粘接不通层之间的粉料，是三维打印快速成型的关键部件。5）铺粉辊装置：包括铺粉辊及其驱动系统，其作用是把粉末材料均匀地铺平在工作缸上，并把铺粉的同时把粉料压实。连接盘丝杆螺母法兰减速器联轴器电动机第2章 机械结构的设计2.1 电机的选择2.1.1 Z轴电机的选择Z轴即为成型腔和储料腔的上下移动电机。假设成型腔和储料腔的重量为30Kg，移动速度为2m/min左右根据本次设计由于在成型腔和储料腔的上下移动要求精确定位，所以本次设计中选用伺服电机，本次伺服电机的厂家为华大伺服电机。电机设计计算 1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，2.电机转速 3.负载转矩式中：4.负载惯量上下垂直运动丝杆螺母惯量式中总惯量5.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0根据以上得出数据，我们选用华大伺服电机型号为110ST-M02030，以下为选择的伺服电机的具体详细介绍：电机额定功率为0.6KW，零速转矩为2.0N.m，额定地拿了4.0A额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸110x110x106，电机输出轴径为12mm。2.1.2 X轴和Y轴电机的选择 打印平面中的X轴和Y轴移动结构相同，本次选择的电机采用相同的。电机设计计算 1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒移动50mm，2.电机转速 3.负载转矩式中：4.负载惯量上下垂直运动丝杆螺母惯量式中总惯量5.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0根据以上得出数据，我们也选用华大伺服电机型号为110ST-M02030，具体尺寸同Z轴移动所选的电机相同。2.2 滚珠丝杠螺母的设计2.2.1材料选用原则选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下，具有较好的工艺性和经济性。材料的使用性能是指机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能，是保证该零件可靠性的基础。对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其力学性能；而对于非金属材料制成的零件，还应该考虑其工作环境对零件性能的影响。零件按力学性能选材时，首先应正确分析其工作条件、形状尺寸及应力状态，结合该类零件出现的主要失效形式，找出其在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。2.2.2丝杠螺母的工作条件、失效形式和技术要求1、工作条件由于传动机构是丝杠螺母副，即螺旋传动副，而工作时主要是携带传感器进行测量，而非传递动力或扭矩。主要承受一定的剪切、弯曲、扭转等载荷。2、主要失效形式 当弯曲载荷较大时，丝杠承受着交变应力；当其表面硬度较低，表面质量不良时，会发生磨损，甚至产生疲劳断裂。而设计的丝杠所传递的动力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨损。通过提高丝杠螺母的表面质量和安装精度可以有效的减少磨损。3、材料性能要求 根据丝杠的工作条件和失效形式，要求丝杠材料具备以下主要性能：电磁铁参数测量装置是对电磁铁的电磁吸力、磁场强度和线圈温度进行测量的装置。为避免电磁铁的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不锈、铝合金、铜合金、陶瓷材料或高分子材料。较高的综合力学性能.当丝杠正常工作时，要承受一定的交变载荷与冲击载荷。丝杠轴颈应具有高的硬度和耐磨性，提高丝杠的旋转精度和使用寿命。根据丝杠螺母副的工作条件、失效形式和技术要求，考虑材料的综合性能，丝杠采用淬火钢，螺母采用铸造锡青铜。这是由于铜合金材料不仅具有较高的综合力学性能，而且具有较高硬度和耐磨性。丝杠螺母副的导柱采用不锈钢，导轨采用铝合金，联结件采用高分子塑料。2.2.3丝杆螺旋传动的类型、特点与应用丝杆螺旋传动是利用丝杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种：一种是将回转运动转化成直线运动；另外一种是将直线运动转化成回转运动。梯形丝杆的特点： （1）传动效率高：滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%98%，为传统的滑动丝杠系统的24倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 （2）运动平稳：梯形丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 （3）高精度：滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 （4）高耐用性：钢球滚动接触处均经硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 （5）同步性好：由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 （6）高可靠性：与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 （7）无背隙与预紧：采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。若加入适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。2.2.3滚珠丝杆螺母的设计计算滚动螺旋传动主要承受轴向力。由于螺母和螺杆间有较大的滑动摩擦，因而磨损是其主要的失效形式。滚动螺旋的基本尺寸（螺杆的直径和螺母的高度），通常是根据耐磨性条件来确定的。受力较大的螺旋传动，还应校核螺杆危险截面和螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；要求自锁的螺杆，要求校核其自锁性；精密的传导螺杆，应该校核其刚度，以免因受力导致螺距变化引起传动精度降低；长径比较大的螺杆，应校核其稳定性，以防止轴向受载后失稳；高速的长螺杆还应校核起临界转速，以防止过大的横向振动。具体设计时应根据传动的类型、工作条件及其失效形式等，选择不同的设计准则，而不必逐项进行校核。表2.1螺旋传动的常用材料螺旋副材料牌号应用范围螺杆Q235、Q275、45、50材料不经热处理，使用于经常运动，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9FeNi4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金1、 Z轴立向丝杆的设计（1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为2000N，支承间最大距离为400mm，要求定位精度为0.001mm，滚珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 载荷性质系数为1动载荷硬度影响系数， =1最大轴向载荷定静载荷为C02000N，查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杆螺距t=5mm，得丝杆转速 n/min由于丝杆螺距为5，可选W系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表2.6所示： 表2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 （2.23）式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。（3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载P引起的导程的变化量 （2.24）Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算（N） （cm） () (材料为45钢) （）所以 （cm）丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程误差 查表知C级精度的丝杆允许误差6，故刚度足够。（4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩为式中G移动部件自重 S导程（cm） 逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率代替。N.cm可知110BF004反应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动（5）轴承的选择，初选6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为Fa=200N.查手册可知道2002的基本额定负载Cr=4.32kN,基本额定负载荷Cor=2.50Kn。为了能安装方便本次设计中6002轴承可以用带座轴承代替，选用轴承的型号为UCFU203轴承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38当量负载的计算P=200N可算得轴承寿命6 （2.25）温度系数=1，载荷系数=1，UCFU203轴承座，寿命指数为=3得（h）所以该轴承适合。2、 X轴和Y轴横向丝杆的设计（1）滚珠丝杆螺母副型号的选择：横向丝杆的最大轴向载荷为570N，支承间最大距离为250mm，支承方式如图3.2，要求定位精度为0.001mm滚珠丝杆的负荷为运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 （2.18）载荷性质系数为1动载荷硬度影响系数， =1最大轴向载荷额定静载荷为C0570N查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杆螺距t=5mm，得丝杆转速 n/min由于丝杆螺距为5，可选W系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表2.5： 表2.5 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径16螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 （2.19）式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。（3）刚度验算：滚珠丝杆受工作负载P引起的导程的变化量 （2.20）（N） （cm） () (材料为45钢) （）所以 （cm）丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程误差 查表知C级精度的丝杆允许误差10，故刚度足够。（4）轴承的选择：初选6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为Fa=570N.查手册可知道2002的基本额定负载Cr=4.32kN,基本额定负载荷Cor=2.50kNFa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38当量负载的计算P=570N可算得轴承寿命 （2.21） 温度系数=1，载荷系数=1，6002为深沟球轴承，寿命指数为=3得大于5000（h）所以该轴承适合。2.2.4滚珠丝杆螺母的支承方式的选择 滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。（1）固定-固定，适用于高转速、高精度；（2）固定-支承 适用于中等转速、高精度；（3）支承-支承适用于中等转速，中精度；（4）固定-自由 适用于低转速，中精度，短轴向丝杠。本次设计中丝杆螺母的固定方式如下所示2.2.5滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离1、油润滑一般情况下，用于滚动轴承的矿物油都适用。特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠丝杠副的温升较小。油润滑的补充润滑量和间隔，按下表，按表中的油量，至少可以达到8小时的补充润滑时间。2、脂润滑采用脂润滑的优点可以使滚珠丝杠传动系统在一段很长时间后才需进行补充。也就是说，在多数情况下，可以省去一套补充润滑的装置。补充润滑脂的限量为大约填入螺母内空间容积的一半。可以使用所有高级滚动轴承润滑脂，但要注意润滑脂厂家的说明和提示。润滑脂的补充通常在半年或一年进行更换，更换前应清除旧润滑脂后才能更换新的润滑脂3、防尘与隔离滚珠螺杠与滚动轴承一样，如果污物及异物（切屑碎屑）进入就会很快使它磨耗，成为损坏的原因。困此，必须采用防护装置（折叠式或伸缩式丝杠防尘罩）将丝杠轴完全防护起来。另外虽没有别的异物，但有浮尘时要在螺母两端采用刮屑式防尘圈。滚珠丝杠副设计使用中应注意的问题：(1) 为提高滚珠丝杠副的使用寿命和精度，应使作用在螺母上的合力通过丝杠轴心，以保证滚珠受力均匀，避免倾覆力。(2) 防逆转：滚珠丝杠副传动逆效率高，应考虑在电机停电后，因部件自重而产生螺旋副的逆传动(特别是在垂直方向上传动时)，防止逆传动的方法可采用：停电自锁的电机、蜗轮蜗杆机构、离合器等方式。(3) 滚珠丝杠副在行程两端应有行程保护装置，以防止越程后滚珠丝杠副受撞击而影响精度、使用寿命甚至损坏。(4) 防止热变形：热变形对精密螺旋传动的定位精度有着重要的影响。其热源不单是螺旋副的摩擦热，还有其他机械部件工作时产生的热，致使丝杠热膨胀而伸长。为此必须分析热源的各因素，采用措施控制热源，还可以采用预拉伸、强制冷却等减少热变形对丝杠的伸长的影响。(5) 细长而又水平放置的丝杠，因自重使轴线产生弯曲变形，是影响导程累积误差的因素之一，还会使螺母受载不均。设计细长丝杠时，应考虑防止或减小自重弯曲变形的措施。(6) 防护与密封，尘埃和杂质进入滚道会妨碍滚动体运动流畅，会加速滚动体与滚道的磨损，使滚动螺旋副丧失精度。为此需要防尘措施。滚珠丝杠副在螺母两端已安装防尘圈，为避免丝杠外露，还需要为丝杠选择防护装置。(7) 合理润滑是减小驱动转矩、提高传动效率、延长螺旋副使用寿命的重要环节，接触表面的油膜还有吸振、减小传动噪声和冲洗丝杠上的粉尘等杂物的作用。因此要注入润滑脂。在螺母上还有油孔，用户可旋入油嘴，再采用其他合适的润滑方式。(8) 正确选择预紧力，滚珠丝杠副出厂时已经按要求调节好所需要的预紧力，严禁自行拆卸滚珠丝杠副的各个部件，以免影响其精度。严禁敲击和拆卸导珠管，以免造成滚珠堵塞，运转不流畅。(9) 建议采用适应于数控机床的大接触轴承以提高传动刚度。(10) 用内循环滚珠丝杠副，必须使丝杠螺纹两端中至少有一端的滚珠螺纹是通牙，并该端所有外圆尺寸均小于丝杠螺纹底径d2,否则无法装配螺母。(11) 水平位置采用外循环滚珠丝杠副，最好是插管放置再丝杠轴线上面。(12) 为便于丝杠加工，丝杠上最大外圆处的直径最好不要大于丝杠的外径d1。2.3 导向光杆和直线轴承的设计 通过丝杆螺母连接法兰，带动整个成型腔和储料腔做上下运行，为了要保证平稳，需要有导向装置，这里就需要设计导向光杆和直线轴承配合整个丝杆螺母装置。2.3.1直线轴承的选择POM工程式塑料保持器适用于工作测试；钢保持器适用于为工作温度；不锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作场合，轴承型号按下述计算公式确定。硬度系数FH：硬度HRC58以上，FH=1.0；硬度HRC52-58，FH=0.6-1.0。温度系数FT：工作温度小于100oC，FT=1.0，工作温度100oC-125oC，FT=1.0-0.95。接触系数FC：每根轴装一套轴承，FC=1.0每根轴装二套轴承，FC=0.81每根轴装三套轴承，FC=0.72每根轴装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW：运行速度小于15米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0-1.5；运行速度小于60米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5-2.0；运行速度大于60米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0-5.0。时间寿命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h小时)L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数已知整个装置行程L=0.5米，工作温度60oC，每分钟往复次数n1=20，微小冲击，轴承工作载荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望寿命Lh=5000小时，试选择轴承型号。按以上工作条件：根据本次载荷重量为200N，我们选用4个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配，上下4个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间4个为可以随着丝杆螺母上下滑动。4个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为126N。本次设计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。 根据每个滑动轴承的负载承受126N，我们选用滑动轴承为LMF20，轴承中间孔径为20mm，这样导向光杆的直径也为20mm。2.直线轴承安装：轴承座孔公差推荐采用H7、J7级，直线轴公差推荐采用g6、h6级，轴承安装必须用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插入会导至保持器变型 和钢球脱落，轴承安装方向应按照表1所示，可以提高轴承承载能力，延长寿命。轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能接触钢球且能轻松转动， 配合游隙为 0+0.01mm；如果稍加力才能转动， 配合游隙为-0.010mm（已过盈） ；如果加力也不能转动，配合游隙已多于0.01mm，这种情况钢球滚动时可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、低速且定心要求高的情况下才可采用。调整型、开口型轴承内、外径在割口前测量，割口后会有一些弹性变形，配合游隙应装入轴承座内测量（钢保持器轴承、KH轴承情况类似）。游隙可调节的轴承座调节方向应和轴承割口方向垂直以保证游隙均匀，直线轴承结构特点不能作旋转运动，同时要求有良好的导向性，所以直线 轴承一般以二根轴+四套轴承或二根轴+二套加长型轴承为一个组合使用，二根轴安装要平直，整个组合装配后，用手推拉必须灵活无阻滞才可安装传动机构，传动动力要足够克服轴承磨擦阻力，直线轴承磨擦阻力近似为千分之一工作载荷 。3.直线轴承润滑和防尘：轴承出厂涂有防锈油，使用时需加润滑剂。油脂润滑噪音较低，常用的有2号锂基脂和低噪音轴承润滑脂， 填脂量为保持器空隙的三分之一。油润滑不需清除防锈油， 根据工作测试采用15#100#润滑油， 工作温度低采用低粘度油， 工作测试高采用高粘度油，常用的有透平油，机械油和锭子油，无密封轴承把油滴在轴上即可，带密封轴承需把油加到轴承内，本公司为用户准备了带油孔的轴承和轴承座。对于一些不允许有油（脂）的工作场所，先清除防锈油，干燥后在每列钢球上喷一些市售的二硫化钼喷剂，再次干燥后即可使用，带密封轴承应避免密封圈和轴干磨擦引起密封唇口挤入轴承内，造成轴承的非预期损坏。铁屑会极大地降低轴承寿命，粉尘和脏物会阻塞保持器球道，使钢球不能回转，引起保持器损坏、钢球挤胶。带密封轴承可用于一般带粉尘工场所，像木工机械、铸造机械等多粉尘场合，请在轴承两端另加密封，防止粉尘进入并可减少油脂损耗。4.轴承的载荷和寿命：轴承运动和换向时承受过大的冲击负荷，或当轴承静止时，由于机器振动等因素都会使接触处形成凹坑。外界硬粒进入轴承内，也可在接触表面形成压痕，这种永久变形量超过一定限度，就会防碍直线运动平稳性，引起振动和噪音，振动会进一步冲击凹坑周围材料，造成恶性循环，使凹坑面积扩大，这种永久变形量用基本额定静载荷限定。钢球和套圈接触点两者永久变形量之和等于钢球直径的万分之一时的静载荷，定义为基本额定静载荷C0。轴承使用时，冲击力很难测定，常用选取适当的静载荷安全系统来保证轴承静载荷不超过基本额定静载荷。选型时使轴承承受的静载荷P0 C0/FS，不受振动和冲击场合FS取1.0 1.5，受振动和冲击工作场合FS取2.07.0。轴承由于反复承受工作载荷，首先在表面下一定深度处，强度较弱部分形成裂纹，继而发展到接触表面，使金属成片状剥落下来，这种剥落称为疲劳剥落。在安装、润滑、密封正常的情况下，绝大多数轴承的破坏是疲劳破坏，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。直线轴承额定寿命规定为5万米， 通过限定基本额定动载荷C来保证。由于轴承寿命具有分散性，即同一批材料、相同工艺生产、相同使用条件下的轴承寿命不相同，所以轴承基本额定动载荷C定义为一批相同的轴承在相同条件下运行5万米，轴承不生任何疲劳剥落现象所能承受的动载荷。2.4联轴器的选择 由于整个成型腔和储料腔载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，我们选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 。由于电机输出轴径为12mm，选择联轴器类型为HLA12-14，联轴器承受转矩故： 合适2.5同步带轮设计1.设定功率 2.计算小同步带轮转速 3.选定同步带带型和节距 由同步带选型图可以看出，由于在本次设计中功率转速都不大，所以带轮的型号可以任意选取，我们选择H型带，此带为轻型，节距Pb=12.7mm 5.选取主动轮齿数，即小齿轮齿数Z1 查表知道小同步带轮最小齿数为14，本次我们选取小同步带轮齿数为15. 6.小同步带轮节圆直径确定 7.大同步带轮数据确定 本次设计我们选用的同步带的传动比大致为2.1，由于小同步带轮齿数为15，则我们选用传动比为2.1则大同步带轮齿数为32，实际传动比为大同步带轮节圆直径=129.36mm8.同步带速确定 9.确定轴间间距根据公式10.同步带带长及其齿数确定11.带轮啮合齿数计算在本次传动设计中，啮合齿数为带轮齿数的一半，即小同步带齿数的一半，为712.基本额定功率P0计算 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m所以同步带的基准额定功率为13.计算作用在轴上力Fr根据我们这里选用的梯形同步带，型号为H，节距12.7mm，齿形角为40度，齿根厚为6.12mm，齿高4.3mm，齿根圆角半径为1.02mm，齿顶圆角半径1.02mm。第3章 结构设计及三维建模3.1结构设计中的三维建模 通过二维装配图和零件图的绘制，我们通过PRO-ENGINEER三维设计软件将整个装置中的传动部分三维建模，主要结构传动中的三维建模如下： 滚珠丝杠的建模 丝杆螺母的建模导向光杆的建模 LMF20 滑动轴承座的建模（固定两端） LMF20滑动轴承（中间滑动部分）3.2整体装配图三维建模根据各零部件的三维建模，通过PRO-ENGINEER软件将各部件装配起来，得出整个装配图的三维建模，如下： 整个设备的三维建模3.3设计中应用的标准件建模本次设计中选取的有华大伺服电机、弹性柱销联轴器、带座轴承UCFU203、X轴和Y轴运行的导轨 弹性柱销联轴器HLA-12、14X轴导轨Y轴导轨 UCFLU 204带座轴承 结 论经过这段时间的专心设计，我的毕业设计已经接近尾声。毕业设计是我们每个大学生大学生活的最后一个重要环节，是对大学四年学习过程综合能力的考核。对每个学生来说，毕业设计既总结了我们大学所学的理论知识，又给我们提供了应用所学知识和锻炼动手能力的机会，是对大学四年学习的检验和完善。我的毕业设计题目是3D打印机设计。这次所设计的3D打印机设计，所涉及的知识较为广泛，所以整个设计过程又是一个学习的过程。通过不断地查阅资料、请教老师，并且进行查询有关资料，对有关机械传动的理论知识和设计有了较深程度的认识，增强了实际操作经验。同时，为日后工作的独立设计能力打下了一个良好的基础。既借鉴了前人已有的优秀成果，同时也渗入了自己的汗水。通过这次毕业设计，我学会了如何查阅资料，如何应用已学过的知识，体会到了所学理论知识的重要性，逐渐形成了一套自己的从提出问题，到分析问题，最后到解决问题的思路。这些都会使我在将来的学习和工作中受益匪浅。由于所学知识有限，以及缺乏实际经验，因此，我的毕业设计中难免存在缺陷和不足之处，恳请各位老师及评阅者批评指正，我将在今后的学习和工作中进行弥补。参 考 文 献1成大先. 机械设计手册：第5版M . 北京：化学工业出版社，2008.2成大先. 机械设计手册单行本M . 北京：化学工业出版社，2007.3程光仁等. 滚珠螺旋传动设计基础M . 北京：机械工业出版社，2007.4濮良贵，纪名刚. 机械设计M . 北京：高等教育出版社，2010.5饶振刚，田勇卫. 滚珠丝杠副及自锁装置M. 北京：国防工业出版社，19906张武，高启坤. 丝杠螺母副升降机构动力学特性分析J . 火控雷达技术，2011，Vol（2）：47-52.7徐进. 丝杠升降机构传动可靠性设计研究J .煤矿机械，2003， Vol（10）：34-39.8杨晓苞，景素芳. 丝杠螺母副升降机构动力学稳定性分析J .火控雷达技术，2011， Vol（2）：54-61.9于天仲. 升降台升降机构的使用和维护J .南钢科技，2001， Vol（2）：24-30.10田地银，田云. 关于滚珠丝杠的选择J. 电子工艺技术，1997，Vol(18)：18-2511代仕平，张娜. 基于滚珠丝杠副的升降机构设计J. 0八一科技，2010，Vol12计国良，李志勇. 全自动升降医疗床P. 中国：201020101875.8，2010.09.2213 刘欣灵,3D打印机及其工作原理,网络与信息,2012年8月版14 潘巍,3D打印机：进入主流指日可待,微电脑世界,2012年12月版15 汤敏,3D打印机将极大冲击中国市场,上海企业,2013年1月10致 谢本文是在导师xx老师的悉心指导下完成的，字里行间都凝聚者导师的智慧和心血。半年来，导师不仅在学术上循循善诱，引导学生不断进取、精益求精，而且在思想方法上谆谆教诲，传授学生生活和做人的道理。导师活跃的学术思想、渊博的学识和对工作一丝不苟的工作作风将对我的一生产生重要的影响。在毕业之际，谨向导师致以深深的谢意。感谢导师xxx老师在毕业设计过程中的关心和支持。也感谢各位同学在设计过程中的鼎立相助。原此次设计顺利完成，以答谢各位老师和同学的支持！最后，向在百忙之中评阅本文的各位老师表示衷心的感谢！ 3D打印技术的现状与发展 随着工业现代化的不断发展，传统的加工工艺已无法满足现代工业部件的加工需求，许多异形结构利用传统加工（包括五轴加工中心）很难加工或根本不能加工。随即3D打印机应运而生 3D打印机看似复杂，却很简单，也许你会为它神奇的能力而震撼，也许你会为它的高科技而惊呆，其实从1916年爱因斯坦提出激光原理时，已经为1986年第一台3D打印机的出现奠定了坚实的理论基础。说起3D打印机的原理其实一点也不复杂。 3D打印就是断层激光扫描烧结的逆过程，断层扫描就是把某个三位模型“切”成无数叠加的片；3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。其优势就是在于传统的加工方法是利用去除材料进行加工，而3D打印则是增加材料进行加工。这样与传统加工方式相比，3D打印机生产有材料利用率高，加工成型速度快，时间短，成型产品密度更均匀等优势，其中最大的优势在于不再受制于产品结构，只要设计师能想出的结构，3D打印机都能帮他实现。传统的工业产品开发，往往是先开模具，然后再做手板，而运用3D打印技术，无需开模，可以把制造时间减少，费用降低，对成本更好的控制。而一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可利用3D打印技术，短时间内制造出来，从而极大地促进了产品的创新设计，有效改善工业设计能力薄弱的问题。3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下方面：信息技术：要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。精密机械：3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。材料科学：用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。 3D打印机的应用领域及其广泛，从寻常百姓家的锅碗瓢盆，到关系到国家安全的国防事业，几乎各种领域都可以有他的身影。他的应用对象可以是任何行业，只需要这些行业提供3D数据模型或原型，3D打印机均可以加工。其中这些行业中对3D打印机需求较大的包括政府、航空航天、医疗设备、高科技研发、教育业以及制造业。 医疗行业：从2010年美国成功打印活体器官开始，似乎直接打印人体也并不是不可能，它更类似于克隆技术，他打印出来的活体器官不会与患者排斥。他还可以打印骨骼、牙齿等。我们可以预计在将来3D打印机的发展中，在医疗方面会引入一个全新的人体植入概念，让更多的患者看到希望。 产品研发：我们可以利用3D打印技术快速制造手板模型，这样不但保留原有结构的特征，同时还可以做比例缩减，缩短加工时间短，降低生产成本，减少产品改良时间，更适合产品研究开发。 建筑设计：在建筑业，工程师和设计师们已经开始使用3D打印机打印建筑模型，这种方法快速、低成本、环保，同时制作精美。完全符合设计者的要求，切有节省大量的材料和时间。 食品产业。没错，就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。 、 汽车制造业。不是说你的车是3D打印机打印出来的（当然或许有一天这也有可能），而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。 配件、饰品。这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，现在就可以实现。 3D技术的国内发展现状 国内3D打印技术近几年刚开始发展，企业开始了解这种加工方式但不认可，一方面
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