毕业设计（论文）-桌面型增减材制造机床结构设计

桌面型增减材制造机床结构设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411

摘 要关键词：增材制造；减材制造；复合加工；三维软件；桌面；设计AbstractSincethebirthofCNCmachinetools,comparedwithtraditionalmachinetools,ithasbeenwidelyusedinthefieldofmetalprocessingbyvirtueofitshighmachiningconvenientuse,savinghumanresourcesandothercharacteristics.Differentfromotherspecialmachinetoolmanufacturing,conventionalCNCmachinetoolsstillhavethedisadvantagesofhighcostandlowandcanonlyprocesspartsofconventionalsize.Mechanicalproductswiththedevelopmentoftheshowthedevelopmenttrendofminiaturizationandpointsout,thenewincreaseofmaterialproductionisdifferentfromtraditionalmanufacturingtothemachiningwaychoiceofmorecomplexparts,atthesametime,thetraditionalwayofcuttinghasitsparticularadvantagesandmoresophisticatedprocessingtechnology,theadvantagesanddisadvantagesoftwokindsofmanufacturingmethodcancomplementeachother,andthisadvantageiswhatpeoplewanttosee,therefore,desktopincreaseordecreaseinmaterialmanufacturingmachinetoolscameintobeing,thedevelopmentofmachinetooltooccupytheleastspace,consumetheleastamountofenergyandmaterials,highefficientproductionofhighprecisionproductsasthegoal.Beforetheadventofcomputerthree-dimensionalsoftware,wemechanicalworkerscanonlysimulatetheappearanceofpartsormachinetoolsinourmindsthroughtheirownimaginationandtwo-dimensionaldrawings,butnowwesavealotoftroublethanbefore,weusethree-dimensionalmodelingsoftwareforproductdesign,wecanmoreintuitivelyobservetheappearanceofmechanicalproducts.Throughvirtualsimulation,thetimeandcostofrealassemblycanbegreatlyreducedoreveneliminated,andtheproductqualitycanbegreatlyimproved.Intermsofsoftware,the3-dand2-dsoftwarelearnedintheuniversityisadoptedfordesignthistime.Theuniquefunctionsandmoreintuitivepicturesoftheapplicationsoftwarecanreducethecostofgraduationdesign,improvethereliabilityofdesign,andshortenthedesigntime.Finally,inviewofthisdesign,putforwardtheproblemsinthedesignprocessandgivesomeSuggestions,tobetterproductdesignputforwardtheirownprospects.Keywords:additivemanufacturing;Reducedmaterialmanufacturing;Compoundmachining;3dsoftware;Desktop;design目录绪论 1选题背景 1选题意义 1国内外研究现状 2主要内容、研究方法及拟要解决的问题 4主要内容 4研究方法 4拟要解决的问题 4基本参数的确定 5数控铣床的主轴的设计与校核 6主轴功率的计算 6主轴主要结构参数计算 7选轴材和处理法 7主最直的算 7轴的结构设计 8轴装方案 8确轴段直径 8确各段长度 9主轴刚度的计算 9主的化弯度的算 9主轴工作原理及技术 114.5.1概述 工原理 电轴典结构 电轴优点 12电轴关术 125、工作台，车身和立柱设计 15工作台的设计 15十滑特点 15T型参确定 15床身的设计 16Z轴立柱的设计 176、进给系统机械部分设计 18铣削力的计算 18铣主参选择 18铣用选择 18铣力算 18导轨选型计算 19线模特点 19如选线模组 20丝螺副选用 20伺电机选用 20工台轨型 203D打部移轨选型 22数铣部分Z动导设计算 23.滚珠丝杠及电机选型计算 24确滚丝副程 24计载及速 24计预额动荷 24估滚丝的允许向形量dm 25估算珠杠螺底X 25导精的择 26确滚丝副代号 26电选择 26滚珠丝杠副的结构与调整 27螺滚型的状 27单弧面 28双弧面 28滚的环式 28轴向间隙的调整和加预紧力的方法 297、3D打印机结构设计 303D打印机喷头组成及设计 30送结设计 30加部设计 30挤部设计 30散部设计 31熔融沉积3D打印喷头工作原理 323D其他部分设计 32机设计 32控系统 333D打印机喷头堵塞原因及解决方法 343d印喷堵出料畅的因： 34FDM3d打机不顺原和决法 358、标准件的选型设计 38轴承的设计与计算 38轴当动荷计算 38验两承寿命 39连接件的选择 409、结论 41参考文献 42翻译部分 441绪论1绪论PAGEPAGE431 绪论Introduction选题背景（Selectedtopicbackground）2025选题意义（Selectedtopicsignificance）就像上面背景所说那样，新型的桌面型增减材制造机床可以解决以前存在的如增材工艺表面粗糙、切削加工速度慢、复杂构件加工难，二次加工误差等问题，达到减少浪费和节约时间，空间资源的目标。随着对机械这门课程的不断学习以及平时老师的教导，会逐渐发现，在世界顶尖水平的机械制造行业，中国的制造技术还处于较为落后的局面。中国制造也还发展还需要面临着攻克许多难题，而面对着早已处在领先技术水平位置的国家，我们只有从新型的技术着手，不断赶超和突破，才有可能打断别的国家的技术垄断，中国不仅仅要是制造强国，也要成为创造强国。对与机械制造3D3D桌面型增减材制造由于一般加工零件一般偏小，所以对于大型加工机床而已，桌面型增材制造可以更适应小批量制造，同样的，桌面型增材制造调整方便，可以更适应市场的需要。同样，结构简单，工序集中等也是桌面型增减材制造机床的优点。桌面型增减材制造机床大多用到了数控系统，相对与传统的增材制造其还可以节省人力和物力，而且机械自动化的精度较之于人工点位的精度相差太大，对于生产的产品而言，其可以提高质量，远销海外，对于产商而已，可以增加自己的产品知名度和质量水平，而对于国家而已，在制造水平上又迈上了新的台阶。总结来说其优点有：（1）加工出复杂曲面效率高，比如凹槽和复杂的内流道等曲面。（2）加工的废料减少，对资源的利用率变高，对于一些特殊金属来说可以大大降低成本。（3）自动化程度高，不太需要人工操作，不用二次加工。（4）生产效率高，加工速度快，能够快速制造出工件。国内外研究现状（Researchstatusathomeandabroad）因为在全世界范围在其研究上比较早，所以现在已经有几种可以供我们参考和研究，比如日本沙迪克公司的几种增减材复合数控机床。其中一种与其他不同的在于它同时应用两种技术:高速铣削技术和3D打印技术。这种增减材数控机床先使用激光照射烧结的方式，将材料粉末烧结，在用高速铣削零件加工。OPM350L53D机床种类有激光融结增减材复合高速铣床、激光堆焊增减材复合五轴铣床、熔融挤出增减材复合铣床等。激光融解增减材复合高速铣床和激光堆焊增减复合五轴铣床都具有代表性，而熔融挤出增减材复合铣床这是大部分公司在原有的机床基础上研究开发大的，所以大多数基础加工的是金属材料。在中国的增减材数控机床也有在北一诞生的增减材复合机床，其技术人员应用技术结合使两台机床实现增减材复合制造功能，成为新型增减材复合机床。两者技术合二为一给人提高了新的思路，其优点是可以实现不同复杂零件的加工和修复。2主要内容、研究方法及拟解决的问题2主要内容、研究方法及拟解决的问题主要内容、研究方法及拟要解决的问题Maincontents,researchmethodsandproblemstobesolved主要内容（Themaincontent）（1）总体方案的初步设定；（2）机床床身设计，机床各部分布局设计；（3）增减材数控机床总体结构设计；（4）完成铣削主轴和三维打印部分移动系统设计及图纸绘制；（5）完成移动工作台设计及图纸绘制等；（6）轴承、电机等标准件的选择，各零部件的校核及图纸绘制。研究方法（Theresearchmethods）3D3D拟要解决的问题（Theproblemtobesolved）根据数控铣床、3D3Dz3D3基本参数的确定3基本参数的确定基本参数的确定Thedeterminationofbasicparameters本次毕业设计的桌面型增减材数控机床中的数控铣床部分可以铣削平面和沟槽，也可加工空间曲面。按照毕业设计任务书中规定的工作台的面积：150×240mm，床身尺寸550×500mm。铣床部分主要技术参数如下：工作台工作面尺寸（长×宽）240mm×150mm工作台X向最大行程200mm工作台Y向最大行程200mm工作台T型槽数3工作台T型槽宽6mm工作台T型槽间距40mm快速移动速度（X、Y、Z轴）32m/min最小分辨率0.001mm定位精度±0.005mm重复定位精度±0.002mm主轴最大移动速度20m/s主轴移动最大加速度5m/𝑠25工作台，车身和立柱设计5工作台，车身和立柱设计数控铣床的主轴的设计与校核CNCmillingmachinespindledesignandcheck主轴功率的计算（Spindlepowercalculation）HRA90，20mm/min,进给0.5mm,6mm,z=4,背吃刀量ap

=5mm，切削宽度B=4.5mm。由公式𝑛=1000𝑣计算得𝑛=1060r/min𝜋𝐷则每齿进给量为𝑆=160=0.038𝑚𝑚𝑧𝑛根据典型切削工艺公式：𝑃 =2.8×10-2×𝑡0.9×𝑆0.74×𝐵×𝑍×𝑛×𝐻𝐵切 𝑧

190式中：t—切削厚度，即被吃刀量（mm）sz—每齿进给量（mm）B—切削宽度（mm）Z—刀齿数HB—材料硬度代入数值得𝑃切

=2.8×10−2×50.9×0.0380.74×4.5×4×1060×176=187.3𝑤190查找书可知主传动的总效率可取为η=0.70～0.85,样我们可以求得主轴的传递功率为：𝑃=

𝑃切𝜂

187.3=0.8

=234.2𝑤主轴主要结构参数计算（Mainstructuralparametersofspindlearecalculated）选择轴的材料和热处理方法查找资料，先选择轴的材料为40Cr，需要进行调质处理,并在机械性能设计手册中可以查得：𝜎𝑏=700𝑀𝑝𝑎，𝜎𝑠=500𝑀𝑝𝑎，𝜏−1=185𝑀𝑝𝑎查机械设计手册得[𝜎−1]𝑏=190𝑀𝑝𝑎主轴最小直径的估算主轴一般设计为空心阶梯轴，所以估算公式为： 3 𝑃𝑑≥𝐴0√𝑛(1−𝛽4)式中：d—主轴的最小直径（mm）P—主轴传递的功率(kw)，前面已算出234.2wn—主轴的计算转速(r/min)，前面已给出n=1060r/min𝐴0—根据所选轴用材料40Cr查表取常数103，𝛽=0.6(空心轴内外径之比)√代人数值得：𝑑≥112×3√

0.234.2(

4)=7.1𝑚𝑚1060×1−0.5查表和根据经验，我们在这里取主轴的最小直径𝑑1=20mm，在这里是考虑到轴承的轴向固定需要锁紧螺母，应当保留一定的空间，如果轴的最小直径过小，轴的结构设计（Thestructuraldesignoftheshaft）轴的装配方案这次毕设打算采用电主轴，比原来数控铣床的主轴传动效率要高，实现机床当主轴因切削运动而产生高速旋转时，任何轻微的震动都会引起高频振动，确定轴各段的直径=1=20𝑚𝑚；根据轴承的型号以及轴与轴之间的配合2𝑑2=25𝑚𝑚。55𝑑4=40𝑚𝑚42～3mm3=38𝑚𝑚。452～3mm，34𝑑4=𝑚𝑚3𝑑3=𝑚𝑚。齿轮定位主要靠轴段6的轴肩来实现，因为这样的定位更可靠一点，所以轴段6要比轴段5的直径大5～10mm，又需要考虑主轴前端的内孔交大，因此取轴段6的直径为𝑑6=45𝑚𝑚。77𝑑7=50𝑚𝑚。7：24BT209=878的直径为𝑑8=55𝑚𝑚。确定各轴段的长度1313110mm，312mm518mm。6615mm；7B=23mm，T=5mm，728mm。8810mm922mm。BT50220mm，410mm。综上所述，主轴的跨距L＝145mm,悬伸量a=30mm。主轴刚度的计算（Calculationofspindlestiffness）主轴容易在有负载的情况下，有可能尝试比较大的变形,这就会影响主轴日常的工作，更严重一点，甚至可能会破坏机床，出现生产事故等问题，所以应对仔细进行计算设计，确保无误。查机械设计手册知：[𝑦]=0.00025𝐿；圆锥滚子轴承处的偏转角[𝜃]=0.0016𝑟𝑎𝑑。主轴的简化和弯曲刚度的计算（1）如主轴前后轴承颈之间有数段组成，则当量直径𝑑𝑑=𝑑1𝑙1+𝑑2𝑙2+⋯+𝑑𝑛𝑙𝑛𝑙𝑛式中：d1、l1；d2、l2；…；𝑑、ln—分别为各段的直径和长度𝑛𝑙—总长，𝑙l1l2ln（mm）𝑑=20∗10+25∗20+12∗30++10∗38+40∗18+45∗15=19.5145（2）主轴切削力𝐹切的计算根据P=𝐹切

𝑣得：𝐹切

=𝑃，则当线速度𝑣最小时,切削力最大𝑣𝑣=𝜋𝐷𝑛𝑚𝑖𝑛1000×60

=3.14×6×1060=0.331000×60𝐹 =𝑃=234.2=0.709𝐾𝑁（3）挠度的计算

切 𝑣

0.33当主轴前端作用一外载𝐹切，则挠度𝐹切𝑎2𝑙𝑦=

3𝐸𝐼

×10−3𝜇𝑚 式中𝐹切—典型切削工艺的切削力𝑎—前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离（mm）𝑙—跨距，等于前后支承之间的距离（mm）𝐸—弹性模量，钢取𝐸＝2×105（Mpa）𝑖𝐼—截面惯性矩，𝐼=0.05（𝑑4-𝑑4）（mm4）𝑖𝑑，𝑑𝑖—主轴的外径和孔径（mm）将𝐸和𝐼的值待人，可得𝐹切𝑎2𝑙𝑖𝑦=30(𝑑4−𝑑4)=𝑖

0.709×103×302×145=4.56𝜇𝑚 30(354−124) =4.56𝜇𝑚 𝑦≤[𝑦]=0.0002𝐿=29𝜇𝑚所以挠度满足要求。（4）偏转角主轴切削工件时承受很大的切削力，主轴前端产生弯曲变形，查机床设计手册得𝜃𝐷=

𝐹切𝑎(2𝑙+3𝑎)6𝐸𝐼式中𝜃𝐷—主轴前端偏转角(rad)𝐹切、𝑎、𝑙、𝐸、𝐼与前面相同代入数据得𝜃𝐷=

0.709×103×306×2×105×0.05×（354−124）

×(2×145+3×20)=0.00084𝑟𝑎𝑑所以𝜃𝐷≤[𝜃]=0.0016𝑟𝑎𝑑综上所述：主轴的刚度满足条件，不必重新设计。主轴工作原理及技术（Spindleworkingprincipleandtechnology）概述电主轴可以较于其他主轴的不同在于不仅可以提高加工的效率，也可以提高工件的加工质量，因此在现代相较与普通主轴，电主轴的应用已经趋于普遍化，随着趋势的发展，这种趋势可能会进一步提升，即使就现在而言可以实现高速加工能力的电主轴已经成为市场的主流。对于高速加工机床而已，电主轴已经是不可或缺的一部分了，它的功能就决定了这个增减材数控机床的上限。工作原理电主轴是将转子安装在主轴前，这样电机转动时候可以保证转动速率的传递，确保稳定性。定子使用冷却套的定位功能实现在主轴箱孔内的固定，这样定子转子就会形成一个完整的系统。在通电后，电主轴由转子直接驱动。电主轴的典型结构如下图所示，电主轴的布局方式是将电机放在主轴前、后轴承之间。这样的布局不仅可以体现出主轴的轴向尺寸短、刚度大、功率大的特点，也可以让这种结构更适合与大中型的增减材制造机床。。1主轴箱体2冷却套3冷却水进口4定子5转子6套筒7冷却水出口8转轴9反馈装置10主轴前轴承11主轴后轴承电主轴的优点前文说到过，电主轴较其他数控主轴不一样的在于省却了传动系统，这样不仅能实现零传动，也可以提高传动效率。和其他普通的数控主轴相比，刚度高，传递精度高，快速响应能力强，变速范围大，可以实现快速准停。电主轴相关技术电主轴不能简单的理解为一个套管，而是包括了很多部分的一套组件，其中包括定子、转子等。具体而言，电主轴中包括了很多的技术，不夸张的说，电主轴所包含的技术比较全面，具有代表性。下面就来具体介绍一下这几种关键的技术。1、高速轴承技术高速紧密轴承的引用是这项技术的重要突破点，它成为高速化精密化的关键，虽然电主轴使用的轴承有很多种，但也是优缺点并存。最为常用的就是精密角接处陶瓷球轴承以及精密圆柱滚子轴承。而液压动静压的标准化却不高，气体静压轴承也不适合在大功率场所使用，磁悬浮轴承也因为控制系统的复杂也无法实现大规模的应用。作为最大应用的电主轴轴承，混合陶瓷球轴承可以通过减少离心力来减少两者之间的摩擦，从而获得较低的温度环境以及较好的速度性能。混合陶瓷球轴承与钢珠轴承相比，优点如下：摩擦性能好，可以减低零件与润滑剂的摩擦应力。陶瓷密度低，相对而已它的质量也较低，减少了运转时的离心力。陶瓷较低的热膨胀系数减低了轴承预加负载的变化。陶瓷的弹性模量较高，可以提高轴承的刚度。2、润滑技术采用合理的润滑方式才能有效的控制住轴承度，另一方面也能确保机床的精密性和准确性。现在市场上，电主轴主要的润滑方式有三种，其中电主轴常采用润滑脂润滑，转速较低。脂润滑方式最大的特点或者优点就是简单和无污染，而且电主轴系统结构简单，且对于环保而已，其也没有污染。油气润滑就是利用压缩空气连续、准确地向每组主轴轴承供应少量的润滑油气。微量的油滴形成一层弹性动压油膜在内部和外部滚道之间,和、而压缩空气的流动也可以热的一部分,也是区别其他固体润滑的地方,另一方面,它可以保证高速加工系统的精度。不同与其的润滑方式，油雾润滑同时有冷却和润滑两者功能。油雾润滑依附在流动的空气流中，以此实现流动到各个需要润滑的地方。与其他润滑方式相比，油雾润滑大多具有设备简单、维护方便、性价比高等优点。这是一种比较常见的高速电主轴润滑方法。但相反，它也有高污染和燃料消耗的缺点。随着环保等各方面的宣传，人们的环境意识不断提高，知道保护环境，那么油雾润滑终将被在将来被淘汰掉。实践表明,它在润滑过程中会产生或多或少的有害物质,但石油供应不能准确地被油脂润滑和油雾润滑方式控制,如果控制不好的话，可能危害到主轴的使用寿命和减低主轴的额定转速。油气润滑系统可以保证系统中各个部分都有油气润滑，可靠性高。无数的实践证明。然而，由于它是最理想的润滑方法，它是目前最流行的润滑方法。3.电主轴的冷却电主轴主要的发热源有两种：内置发电机的发热和主轴轴承的发热。所以为了电主轴使用寿命和精度着想，我们要控制好这两个热源，来确保机床的加工精度和使用寿命，针对这两种热源，可以采用的主要冷却措施如下：（1）减少滚珠直径，从而减少因为摩擦产生的热量，从而产生冷却效果。（2）采用陶瓷材料等新型材料制造滚珠，这样接触时摩擦减少，摩擦产生的热量会降低。（3）合理润滑方式，因地制宜的采用润滑方式，不能盲目采用成本里，最流行的润滑方式，还有考虑是否需要冷却等因素。4.电主轴设计以及转配想要获得一个具有良好使用寿命的电主轴，就得合理、准确地设计和制造电主轴的各部分。电主轴定子采用优质硅钢制造，具有高导磁性。转子由三部分组成：转子芯、鼠笼和转子轴。主轴箱的两种精度要求将直接影响主轴箱的整体精度。由于装配过程中正常的正向运动平衡远远不够，在装配之后，为了保险起见，我们还要设计专门的系统去自动平衡主轴。另外电主轴上禁止有键联接和螺纹联接，一般采用过盈联接，并实现扭矩的传递。转子与转子轴之间的过盈连接分为两类。另一种是无套筒时，转子直接与转轴干涉连接。组装后，此类连接的转子不能拆卸。由于转子轴的内孔与配合面干涉较大，可以通过转子轴冷收缩和转子热膨胀的方法进行转子与转子轴的装配。流入套筒中预留孔的高压油会使套筒膨胀，这样就会在两者之间出现空隙，就可以乘机进行拆卸。5.电主轴的运动控制6.进给系统机械部分设计6.进给系统机械部分设计工作台，车身和立柱设计5、Table,bodyandcolumndesign5.1 工作台的设计（Designofworktable）工作台选用材料为HT200,长×宽为150mm×240mm,宽为70mm,查表密度为7.9Kg/𝑑𝑚3,重量约为199.1N。工作台杆全封闭双导轨十字滑台上。工作台移动系统的搭建就是由两个FSL200系列的直线模组装在滚珠丝搭建而成，两轴的滑台，可以轻松实现XY反向的运动。直线模组采用封闭式结构，滑块一边采用不锈钢密封起来，每个方向都配置了双导轨，一个导轨两个滑块，这样的设计有助与移动系统承载重负载和高速度，它的机构状态好，运行平滑流畅，防水防水，配合着控制器可以实现精准的直线运动控制。十字滑台特点1.钢带式全封闭结构，防尘防水等级IP66。2.两端软垫防护，防止撞击。3.首端双推力球轴承，提供强力轴向负载。4.双导轨结构，任意方向负载稳定可靠.T型槽参数确定TTHT200，HB200，需要两6002T下为T型槽参数表现按照基本尺寸进行选择，查表得，A=6，B=12，C=6，H=12，E=1，F=0.6，G=1。在根据槽宽为6mm,查下表槽宽为40mm,极限偏差为±0.3。床身的设计（Thedesignofthebed）床身的材料为铸铁，3D移动系统和工作台移动系统的滚珠丝杠，数控铣床立柱都安装在工作台上，数控铣床立柱上也装有Z轴滚珠丝杠，以及它的电机。工作台下装有滚珠丝杆双导轨十字滑台，3D打印部分三轴移动部分为T型三轴滑台-滚珠丝杆模组。其中车床与数控铣床立柱、工作台滚珠丝杠双导轨十字滑3D打印移动部分有4个连接孔。机身底部采用中间U形槽来保证工作台平衡，确保与卓面保持平衡。Z（Designofz-axiscolumn）它使桌面型增减材数控铣床的支撑部分，也是其中数控铣床部分的重要组成部分。对于固定式结构的数控铣床，立柱上也装有导轨，主轴箱等系统。数控铣床一般采用方形截面，用于受有两个方向弯曲和扭转载荷的立柱，𝐻≈1，𝐵使得两个方向的抗弯刚度基本相同，抗扭强度高。立柱采用钢板和型钢焊接，这样有许多优点：（1）使用钢板和焊接，制造简单，生产周期短。（2）1.5（3）应用焊接我们可以铸造完全封闭的箱型，这样就不需要留沙孔。（4）制造简单的同时也是为维修方便埋下伏笔，如果出现刚度不足等问题，也可以及时补救，对于生产等不会有太大的影响。由于任务书中的车身的固定，在设计过程中进行装配时发现，有效行程200mmU8标准件的选型设计8标准件的选型设计进给系统机械部分设计Mechanicalpartdesignoffeedsystem铣削力的计算（Millingforcecalculation）铣刀主要参数选择根据经验，我们一般会选取小直径的铣刀，因为铣刀直径越小切削力矩越小，这样更适合设计的机床。铣削用量选择根据铣削用量选择原则以及经验来说：首先应尽先选取较大的切削深度𝑎𝑝及切削宽度𝑎𝑒，然后取较大的每齿进给量𝑎𝑓，最后取较大的铣削速度𝑣。（1）铣削深度𝑎𝑝的选择在工件表面要求的光洁度为𝛻3之后，按经验来说通常选择钢𝑎𝑝=3𝑚𝑚；铣削铸钢或铸铁𝑎𝑝=5𝑚𝑚。当工件表面要求的光洁度为𝛻4~𝛻5时,可分粗铣、半精铣、两步铣削，粗铣后留0.5~1.0𝑚𝑚余量。当工件表面要求的光洁度为𝛻6~𝛻7时,可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削。半精铣𝑎𝑝=1.5𝑚𝑚，精铣𝑎𝑝=0.5𝑚𝑚左右。（2）每齿进给量𝑎𝑓的选择粗铣过程中会限制进给量，这就需要判断其所剩余的空间，保证哪里的空间可以放的下。当工艺系统刚性越少以及铣刀齿数越少时，𝑎𝑓可取得的更大点；半精铣及精铣时，工件表面光洁度会限制每齿进给量𝑎𝑓，而且对于的光洁度要求越高，𝑎𝑓应该越小。铣削力计算通过查询资料中发现，面铣刀在切削碳钢的时候切削力是最大的，因此在这里按照立铣刀计算选用。根据铣削力和铣刀材料等相关参数，查找资料中，可根据金属切削原理及应用公式计算：𝐹𝑧=9.81×825𝑎1.1𝑎0.75𝑎1.0𝑍𝑑−1.3𝑛−0.12×60−0.2𝑒 𝑓 𝑝 0根据数据，采用在铣削沟槽时用硬质合金立铣刀。按工件材料为𝜎𝑏=600MPa的45钢设计。查《金属切削手册》，选择铣削用量为铣刀直径𝑑0=6𝑚𝑚，铣刀齿数𝑍=4，切削宽度𝑎𝑒=4.5𝑚𝑚，每齿进给量𝑎𝑓=0.038𝑚𝑚，切削深度𝑎𝑝=0.5𝑚𝑚/𝑧，铣刀的切削速度𝑣=20𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛。在主轴的计算转速下，采用端面铣刀在加工零件时进行强力切削，主轴具有很大的力矩，并可以传递动力和功率。由𝑣=𝜋𝐷𝑛得：𝑛==0.33

=17.5𝑟/𝑠.2𝜋𝐷 𝛱0.006故𝐹𝑧=9.81×825×4.51.1×0.0380.75×0.51.0×4×6−1.3×17.5−0.12×60−0.2=222𝑁主切削力在X，Y方向上的分力是：𝐹𝑥=0.9𝐹𝑧=0.9×222=200𝑁;𝐹𝑦=𝐹𝑧=220𝑁由以上计算可知Y方向的切削力最大。导轨选型计算（Guidetypeselectioncalculation）21料，而且使用方便，也越来越精密，从此它的使用就越来越流行，使用它的应用领域也十分全面，这次设计的精确化自动化设计，都需要应用到线性模组。线性模组特点1、先对于一个个的设计而已，其安装维护简便（机构简单，密度小）2、高精度（误差可在3微米以内）3、高速度（对比其他的，线性模组的速度可以快五倍，且速度可以高达每秒钟10米，更会产生比之较低的噪音）4、高可靠性（偏心螺母设计和防松移设计）5、高耐磨性（钢轴经过特别加硬处理）6、设计独到（合金结合，用处广泛，不仅可以保证质量，也大部分降低设计和时间的成本）如何选择线性模组1、滚珠导轨有两种类型，一种负载能力高，精度高而且使用寿命比其他的要更长一点。另一种优点则偏重于商业设计类型，运行平稳，精度高。2、丝杠驱动的线性模型设计用于对推力、刚度、精度要求高的重型负载。3、当加速度即速度是第一考虑要素时，则选择皮带传动的线性模组。4、线性模组中的导向滚轮结合了刚度和动态特性，具有负重强、加速度高等优点，使我们设计的主要参考对象。采用棱形导轨可以提供性价比高，平稳，可靠及无需维修的导线线性模组。丝杠螺母副的选用通过电机，滑块是怎么运动的，这是因为伺服电动机的运动会通过丝杠螺母副转换为直线运动，这样就会带动滑块运动，这就需要满足丝杠螺母0.001mm冲当量和±0.01mm定位精度要求，而滑动丝杠副是达不到要求，只能选用滚珠丝杆副才能达到要求，其优点在于传动精度高、快速响应能力好、稳定性强。伺服电动机的选用本次设计打算选用混合式步进电机，而不是伺服电机，因为混合式步进电机具有成本低等优点。工作台导轨选型根据工作台面积和重量，选择福誉科技直线模组滚珠丝杆全封闭双导轨十XYXY方向有效行程为200mm10~80Kg，符合工作台要求，产品和产品参数如下图所示：电机选择：这个导轨可以选择86步进电机，伺服电机，减速电机等，可以按照需求进行定制。在这里选择三相86128步进电机，具体参数如下：图纸如下图3D打印部分移动导轨选型在本次设计中打算用三个直线模组分别作为XYZ方向的移动机构，先设YZ200mm，X100mm。因单个导轨80Kg3D打印部分的重量。现选FSL120XYZ-T型号导轨和其他配件参数如下图Z轴移动导轨设计计算导轨的选择50kg0.5kg。.滚珠丝杠及电机选型计算（Ballandmotorselectioncalculation）确定滚珠丝杠副的导程V4500pm。1Z1500mm/min。则丝杠导程为Ph=Vmax/i?nmax=1500/1?4500?0.34mm实际取Ph=10mm，可满足速度要求。计算载荷及转速因为导轨在承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，而且静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算选取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力：𝐹0=𝜇0⋅𝑀⋅𝑔+𝑓=0.004×50×9.8+4×5=22.96𝑁式中：M——铣刀和Z轴移动台的总质量，经计算M约为50kg。f——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N。因为这边主要用于检测，所以使用检测运动接近匀速，在这种情况下阻力一般都来自导轨、滑块的摩擦力。则有：nmax?nmin

=60?v/Ph=60?25/10=150𝐹𝑚𝑎𝑥≈𝐹𝑚𝑖𝑛≈𝐹0=22.96𝑁≈23𝑁滚珠丝杠副的当量载荷：𝐹𝑚=滚珠丝杠副的当量转速：

2𝐹𝑚𝑎𝑥+𝐹𝑚𝑖𝑛3 ≈=23𝑁n =nmax+nminm 2

=150计算预期额定动载荷𝑚1、计算预期工作时间：𝑚

=0𝑛

ℎ

𝐹𝑚𝑓𝑤⋅

3 23×1=√60×150×15000×100×1×1

=117.99𝑁式中：nm——当量转速，nm=60?v/Ph=60?25/10=150rpmLh——预期工作时间，测试机床选择15000小时fw——负荷系数，平稳无冲击选择fa——精度系数，2fa=1fcfc=1

fw=12、按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：式中：

3𝐿𝑠ℎ𝐶𝑎𝑚=√𝑃ℎ

⋅

325×103=√ ×10×10−3

23×1=3121.58𝑁1×1LsLs

=?103m3、按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：𝐶𝑎𝑚=𝑓𝑒𝐹𝑚𝑎𝑥=6.7×23=154.1𝑁式中：fe——预加负荷系数，轻预载时，选择fe=6.7Fmax——丝杠副最大载荷估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量dmdm?(13~1/4)?重复定位精度Z向运动的重复定位精度要求为0.005mm，则𝛿𝑚≤1⁄4×0.005=0.00125mmX1、根据Z向运动行程为300mm，可计算出两个固定支承的最大距离：𝐿≈(1.1~1.2)⋅𝑙+(10~14)⋅𝑃ℎ=1.2×200+14×10=380𝑚𝑚FoL1000dm2FoL1000dmd2m

?0.039式中：F0——导轨静摩擦力，F0=23NL——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=380mm则有𝑑2𝑚

≥0.039×√ 23×3801000×0.00125

=3.261𝑚𝑚导程精度的选择X0.005mm/1000mm300mm长度0.0015mm。确定滚珠丝杠副规格代号按照规格选取内循环双螺母式滚珠丝杆，型号为FYND6310-4，精度等级2级。丝杆基本导程Ph=10mm，丝杠底Xd2m=57mm＞3.261mm，外Xd=62mm，公称直Xd0=63mm，额定动载荷Ca=48740N＞Cam，额定静载荷Cao=156912N。电机选择NASA4系MDMA152P1V,N.m,电机惯JM：0.00123Kg.m2Z向运动工件及移动台质量估计最大值约50Kg。1、外部负荷的转动惯量：丝杆部分的转动惯量：J=1m?r2=1?31.633?0.0312=0.0151996565kg?m21 2 2外部负荷的负荷转动惯量：𝑚2

𝐽𝐿=𝐽1+𝑚⋅(则有：

𝑃ℎ2𝜋

0.012=0.0151996565+50×( )2𝜋

=0.015326308𝑘𝑔⋅𝐽𝐿=𝐽𝑀加在电机上的转动惯量：

0.0153263080.00123

=12.46𝐽=𝐽𝐿+𝐽𝑀=0.015326308+0.00123=0.016556308𝑘𝑔⋅𝑚22、摩擦扭矩：𝑇=𝐹⋅𝑃ℎ×10−3=23×10×10−3=0.0406729299013𝑁⋅𝑚𝑝式中：

2𝜋⋅𝜂

2𝜋×0.9Ph——滚珠丝杆副的导程h——未预紧的滚珠丝杆副的效率（2级精度h=0.9）F——外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为03、预紧力产生的摩擦扭矩：𝑇𝐷=

⋅2𝜋

1−𝜂2𝜂2

×10−3=

7.67×102𝜋

1−0.92× 0.92

×10−3式中：

=0.0028634136𝑁⋅𝑚𝑝Fp——滚珠丝杆副间的预紧力，𝐹𝑝

=

/3=23/3=7.67N4、支承轴承产生的摩擦扭矩：C603050T10.23N.m。5、加速度产生的负荷扭矩：根据设计要求可知：Z向工作台运动速度为v=25mm/s，对应电机转速n2=150rpm，最大加速度为a=40mm/s2,则工作台速度从0升至25mm/s所需时间：2vat=2va

=1.2522?2540当电机转速从n1=0升至n2=150rpm时，其负荷扭矩=𝐽⋅

2𝜋(𝑛2−𝑛1)=0.016556308×60⋅𝑡

2𝜋⋅(150−0)=0.1387018016𝑁.𝑚60×1.256、电机总扭矩：𝑇𝑚=𝑇𝑝+𝑇𝐷+𝑇𝑗+𝑇𝑏=0.4162381451𝑁.𝑚<7.15𝑁.𝑚所选择电机额定扭矩为7.15N.m，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。（Structureandadjustmentofballpair）滚珠丝杠副在表现形式上虽然有很多种，但其主要区别在以下等三个方面。螺纹滚道型面的形状滚珠丝杠副的选择尽管有很多种，目前在国内比较流行且正式生产的，只有单圆弧型面接触点法线与丝杆轴线的垂线之间的夹角，称为接触角。单圆弧型面双圆弧型面双圆弧型面与其不同的地方在于，它的螺纹滚道接触角是不变的。在偏心距（e）确定后，滚珠与滚道之间任然会有会有很小的空隙，虽然这些间隙可以容纳一些赃物，但是却不会造成堵塞，不仅不会有害，反而对滚柱的滚动有好处。滚珠的循环方式滚珠循环方式一般分为两种：内循环和外循环。（1）外循环方式（2）内循环方式（Themethodofadjustingtheaxialclearanceandaddingthepre-tighteningforce）在这里除了需要对运动精度有要求外，它也对轴向间隙有着非常高的标准，以此确保直接的反向传动精度，但这个过程是很困难的，还是处在理想的层面，目前最流行的双螺母调整预紧力的调整方法只要有三种。（1）垫片调隙式滚珠丝杠上用螺钉连接两个螺母的凸槽，中间加垫片，垫片的厚度是为了消除间隙，产生预紧力（2）螺纹调隙式螺纹间隙调整型是一种在螺纹外端带有凸缘的螺母，另一种螺母没有凸缘，用两个圆螺母来调整间隙，在一个螺母上用锁紧螺母即可。这种结构具有结构紧凑、调整方便等特点。此被广泛引用，但其缺点是调整后的位移不能准确确定。（3）齿差调隙式3D打印机结构设计Structuraldesignof3Dprinter3D（Compositionanddesignof3Dprinternozzle）熔融沉积成型（FDM）技术是将丝状热熔材料加热融化成液体状，通过细微的喷嘴将丝送出，层层沉积形成最终成品。喷头是3D打印机打印零件的关键部件，现有的3D打印机喷头主要是由两部分组成，其中包括送丝、加热、挤出、散热部分。送丝结构设计现在它的机构设计，主要是单驱动轮驱动，驱动轮与从动轮之间固定间距。加热部分设计3D打印机中所用到的材料需要的翁都一般不是很高，使用我们一般不使用高功率密度的加热棒。挤出部分设计散热部分设计3D3D3D（Meltdeposition3Dprintingnozzleworkingprinciple）3D打印机喷头工作原理图上段提到过，3D打印技术就是通过连续的物理层叠加，来实现3维实体的技术，与传统的减材制造不同，我们称这种制造方式为增材制造。3DFX、Y3D（3Ddesignofotherparts）、机构设计其中机构可以包括三个部分。控制系统主要控制着喷头器以及位移系统。传感系统的反馈可以分为三个个部分，对于着位置、温度和压力着三个方面控制系统通过控制脉冲数来控制角位移，来达到精确定位的目的。它也可以控制脉冲频率来确定电机的转速和加速度，这就是步进电机能实现调速的原因。这个优点对于我们设计电机的要求完全复合，虽然其还存在着很多的确定，如自震荡等比较严重的问题，但它的特点也是非常的明显，那就是没有误差积累，这就可以在工作中出现不了太大的误差，保证了准确性。其可以准确的地位到目标，明显要比其他的要好，而且它是属于开环，便于控制。此外，采用细分放大器和高输入信号频率可以有效地减少共振现象。控制器有着采集周期的时间限制，每当速度上升的较快时候，步进电机都会通过开关线，形成一个奇特的现象：极限循环，这样的后果就是系统不能正常工作了，甚至严重一点，可能就需要维修或者更换零件来确保加工过程不被打扰。根据上面说是的，在我们设计步进电机的速度控制器时候，我们要把定位系统设计的快速和合理，这些都是由控制器，补偿器，转换器，检测器所一次配合才能实现的。上位机给出步进电机定位系统的位置指令X0.当速度控制器根据初始位置来发现补偿位置是，目标位置和转向位置形成互相补偿时候，会形成实际的命令来命令位置从而获得位置偏差量。位置控制器发送的命令会根据偏差和步进电机的目前速度，然后通过分析发现一定的规律，由上、下速度控制器来进行计算，再通过信号转换器来将需要的步骤进行分解为无数个方向型号和脉冲型号。更好的控制电机的方向和位移速度，可以使电机一一种速度到位系统指定的位置，当到底位置后，控制器必须让电机的速度停止，这样才可以形成停车，避免惯性这一因素的影响，确保快速准确的完成定位控制的要求。3D（Causesandsolutionsofplugof3Dprinternozzle）3d打印机喷头堵塞（出料不畅）的原因：1、使用材料在挤出时平均直径不一或者出现集体偏大的情况。2、使用材料干净，内部还有少量的杂质未清理。3、进料塞柱的位置不对，导致堵塞。4、进料塞柱未完好。5、材料长时间放置，导致进料卡住。解决方法：1、更换质量好一点的材料。2、材料保存时要保持与空气密闭保存，减少材料里含有的杂质，尽量保证纯净。3、根据教程调节进料塞柱。4、更换进料塞柱。5、材料保存时要让材料聚在一起，防止松散。喷头清理方法：1、通过加热到240度，让喷出机出丝，让其中流动的材料冲走杂质。2、将温度调节到材料的熔点，再用一些较小的钻头疏通。3、将喷头拆下，放于丙酮溶液中清洗。FDM3d打印机出丝不顺的原因和解决方法1、FDM3d打印机进料塞柱松紧不合适在出丝的不顺的情况下，还听到咚的声音时候就说明使进料塞住因为太紧了，导致堵住了出丝口，如果这个时候在工作状态时候，可以将即将进入的材料捏住，那么说明动力太低了，还是要重新调整进料塞柱松紧。2、FDM3d打印机进料塞柱磨损这个是针对第一批机器的进料机构，如果进料机构上有一个可以向下（注意是向下哦）按的小把手，则看下一条吧，如果有，在拆开喷头正面风扇下面的两个螺丝，就能拿掉风扇，散热片看到进料机构和电机，拆下进料机构上的两个小螺丝，拿下进料机构，看到进料塞柱，如果进料塞柱上有明显磨损的痕迹，就要更换进料塞柱了。可以在我们非凡士的淘宝店拍到改进后的进料机构：3、FDM3d打印机进料齿轮需要清理在拆开喷头正面风扇下面的两个螺丝，就能拿掉风扇，散热片看到进料机构和电机，拆下进料机构上的两个小螺丝，拿下进料机构，就能看到进料齿轮，机器用久了的话会有料渣卡在齿轮的齿缝里，用刷子清理一下就好了。如果是新型的进料机构，直接在外部通过进料机构右侧（也可能是左侧）的孔就能看到进料齿轮。4、FDM3d打印机喷头堵塞喷头堵塞的判断方法，将料进入进料机构后，不要启动进料命令，而是启动预热命令待喷头和料管里面的料都热了以后，手动将料往下压，只要确保了料是正确进入喷头的，如果喷头没有堵，那料应该是很容易就可以被压出来的，如果堵住了就有可能压不出来。当然要确保料是正确进入到了喷头里面，确保是融化了的哦，刚刚进入喷头的料还没有融化，可能也压不出来。如果堵了的话，联系相应的技术支持吧。5、材料问题材料可能出现颗粒直径不均匀，有杂质，材料散了以及材料受潮等原因都3D一卷重量很重的材料最终从3D打印机喷嘴里出来，依靠挤出机的工作，变成了一根细丝。如果挤出力不够或者阻力太大，挤出口就不会有出线。以下就让我们来了解3D喷头的一些基本原理。（1）挤出力的产生：这是通过机构的弹力，然后经过齿轮提高的啮合力夹住，在通电机驱动力和摩擦力带出，从而形成挤出力。（2）挤出力的传递：当弹簧的弹力使齿轮夹住，向外传递动力的时候，它会跟随材料进行传递到喷嘴，类似与人挤人的现象，才能发挥作用。为了顺利传递挤出力，必须注意两个问题:易耗品应垂直，如果不垂直，侧向构件会分散挤出力;消耗品应是固体、液体或软的。（3）阻力：当熔化的材料形成液体经过通道壁时候，所受到的阻力可能比较大，但只要克服了这一个阻力，就可以让熔融的材料流出喷嘴。如果导线通孔太小，铜头里面有杂质，铜头温度不够或者耗材没有完全熔化，电阻就会太大，最后导线就会不光滑。（4）出料：上面提到过，但熔融的材料克服了通道表面的摩擦力的时候才才可以进入到出丝口中，这样之后才可以进行增材制造。其中如果加热的温度不够或者过高的话，也会阻碍熔融材料的出丝情况，我们也要计算在通道内残留的材料余量，防止材料的不足导致整个生产的失败。从上面以及资料文献中，我们可以了解到，3D（1）挤出力不足，因为齿轮老化生锈等一些类的问题，都有可能导致齿轮之间的摩擦力不足，导致挤出力不足，也有可能是材料所受到的摩擦阻力过大，导致两者之间的差值太小，动力不足。解决办法：对各个零件尤其是齿轮进行保养，确保其参数的稳定性，使摩擦力增大，确保动力足够。同时也得确定好摩擦阻力的大小，以保证挤出力够大。(2)打印东西产生变形，变形变小，动力不足导致啮合力不足以使材料的摩擦力增大。应对措施：维修坏了的打印件，或者更换其他的打印件，为了之后避免之后类似的事情发生。也可以检查一下其他部件是否正常和固定螺丝是否拧紧。但如果没有备用的零件进行更换，就将损坏的零件放在热水中，手动还原其外形，并打印替换件。(3)有可能使安装东西装反了，检查一下是否安装完整有可能风扇装反导致材料散热不足，导致液化程度较高，无法制造的时候形成快速冷却形成稳定的打印件。解决方案：在风扇前用用纸条试试风向，看电风扇面前的风往那边吹，然后检查一下打印的东西有没有太热。(4)挤出口被废物堵住。解决办法：这种情况我们一般采用加热法，将喷头加热到一定的温度，使其内部杂质轻微液化，然后用最细的扳手伸入到挤出口中，将堵塞在挤出口里的废物杂质带出。如果还不能解决问题，那么请用别的直径较小且具有一定刚度的物质清理挤出口。(5)3D9结论9结论标准件的选型设计Standardpartsselectiondesign轴承的设计与计算（Designandcalculationofbearing）由于这次设计的桌面型增减材数控机床的铣床部分只要用于切削平面和打查轴承手册得：32907型轴承基本额定动载荷Cr=78.8KN，e=0.31，Y=1.9。32908型轴承基本额定动载荷Cr=66KN，e=0.37，Y=1.6。轴承当量动载荷的计算切削力的计算根据公式𝑃=𝐹切

𝑣得：𝐹切

=𝑃，根据典型切削工艺取n=1200r/min𝑣𝑣= 𝜋𝐷𝑛

=3.14×6×1060=0.333𝑚/𝑠1000×60𝐹 =𝑝=0.2342=0.704𝐾𝑁径向力的确定

切 𝑣 0.333组合方式如图所示，下为径向力公式，可知：𝐹 =61𝐹

=61

×0.704=0.181KN𝑟1 237切

237𝐹𝑟2=𝐹𝑟1+𝐹切=0.181+0.704=0.885𝐾𝑁s查机械设计手册得，单列圆锥滚子轴承的派生轴向力为𝑆=𝐹𝑟，则2𝑌𝑆=𝐹𝑟1=0.181=0.047𝐾𝑁1 2𝑌 2×1.9𝑆=𝐹𝑟2=0.885=0.28𝐾𝑁2计算两轴承的轴向载荷

2𝑌

2×1.6轴承外加的轴向力𝐹𝐴=2𝐾𝑁𝑆2+𝐹𝐴=0.28+2=2.28𝐾𝑁>𝑆1𝐹𝑎1=𝑆2+𝐹𝐴=2.28𝐾𝑁𝐹𝑎2=𝑆2=0.28𝐾𝑁P查机械设计基础得：载荷系数𝑓𝑝=1.5轴承Ⅰ的当量动载荷P1：=2.28

=12.6>𝑒=0.420.181查机械设计手册得：𝑋1=0.4，𝑌1=1.4𝑃1=𝑓𝑝(𝑋1𝐹𝑟1+𝑌𝐹𝑎1)=1.5×(0.4×0.181+1.4×2.28)=4.9𝐾𝑁轴承Ⅱ的当量动载荷P1：=0.28

=0.32<𝑒=0.44𝐹𝑟2

0.885查机械设计手册得：𝑋2=1，𝑌2=0𝑃2=𝑓𝑝𝐹𝑟2=1.5×0.885=1.33𝐾𝑁验算两轴承的寿命由于轴承是在正常温度下工作，t<120℃，查表机械设计手册得𝑓𝑇=1圆锥滚子轴承𝜀=10，则轴承I的寿命3106

𝑓𝑇𝐶𝑅𝜀

106

1×78.8

10轴承Ⅱ的寿命

𝐿10ℎ1

(60𝑛

)𝑃1

= (60×1060

4.9

)3=165060.6ℎ𝐿10ℎ2=

10660𝑛

(𝑓𝑇𝐶𝑅𝑃2

)𝜀

= 10660×1200

1×6610( )3=7060745.1ℎ1.33530024连接件的选择（selectionofconnector）3D结论9conclusion。参考文献[13，2002.1[2]机床设计手册编写组主编.机床设计手册第三册,部件、机构及总体设计.北京：机械工业出版社，1986.12[3]文怀兴、夏田主编.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005.6[4]蔡厚道、吴暐主编.数控机床构造.北京：北京理工大学出版社，2007.2[52006.1[6，1987.3[7]邱宣怀等编著.机械设计（第4版）.北京：高等教育出版社，1997[8]李凯岭，宋强主编.机械制造技术基础.山东：山东科学技术出版社，2005.9[9]甘永立几何量公差与检测上海科学技术出版社，2005.7[10]美国可切削性数据中心编.机械加工切削数据手册：第三版，第二卷.北京：机械工业出版社，1989[11]马立杰,樊红丽,卢继平,庞璐.(2014).基于增减材制造的复合加工技术研究.装备制造技术,7,57-62.[12]陈奕成,方辉,黄小林,袁婷婷,张笑语.(2017).桌面型增减材复合机床的设计和构建.机电产品开发与创新,30(4),171-173.[13]宫文峰，黄美发．逆向工程技术的应用与研究［J］．机械设计与制造，2013(1):[14]李郁，孙东印．概论逆向工程技术的应用［J］．现代制造技术与装备，2011(3)[15]GB18352.6-2016，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S].[16]RodriguezP，LabargaJ.Anewmodelforthepredictionofcuttingforcesinmicro-end-ngopeaons.nalofMaeasocengehnoog，202（1：2268.[17]洪月蓉增减材复合数控机床沈阳机床（集团）设计研究院有限公司上海分司,200433[18]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业,2012(26):3-5.[19]彭伟，王宝，邵璟增减材复合机床开发及应用研究项目WMEN.2018年第四期AlexanderG.CooperFabricationofceramiccomponentsusingmoldshapedepositionmanufacturing[D].Stanford1999.Hans.FabricationofTurbineCompressorShaftAssemblyforMicroGasTurbineEngine[D].Stanforduniversity,2000.[22]J.M.Pinilla,F.B.Prinz.Lead-timereductionthroughflexiblerouting:applicationtoShapeDepositionManufacturing[J].InternationalJournalofProductionResearch,2003,13:29572973.[23]K.P.Karunakaran,S.Suryakumar,etal.Lowcostintegrationofadditiveandsubtractiveprocessesforhybridlayeredmanufacturing[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2010,26:490-499.[24]马立杰，樊红丽，卢继平，庞璐基于增减材制造的复合加工技术研究北京理工大学机械与车辆学院，北京100081[25]韩立洋，郭旭红．逆向工程技术在机械领域的应用［J］．苏州大学学报(工科版)，2004(28):58－60．[26]邹来胜，方辉，黄小林，陈奕成，袁婷婷桌面增减材复合机床的虚拟装配与装配精度检测四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065ZhuHu,KunwooLee,.Determinationofoptimalbuildorientationforhybridrapidprototyping[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2002:378-383.ZhuHu,KunwooLee.Concaveedge-basedpartdecompositionforhybridrapidprototyping[J].InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2005（45）:35-4翻译部分中文译文

混合增减材制造作者：AzadehHaghighi,YiranYang由于制造复杂几何图形和减少材料浪费的优点，增材制造已被应用于，该混合过程是利用一个六自由度(DOF)机器人手更好的表面质量的楼梯错误,生产高质量的自由表面通过动态调整工具轴61.介绍增材制造3D3DAM3]。由于AM与传统的减法制造(SM)工艺相比具有明显的优势，AM技术得到了广泛的关注，AM9AM/商用AMDOF)，3D流行的方法:(1)集成的三自由度是过程/机旋转印刷平台介绍了一个,两个或两个更高的额外程度的移动到当前机制[10],(2)使用一个工业机器人手臂有超过三个自由度,也可以集成在一个旋转的构建平台进一步减少流动性约束[11],(3构或现有的3D[9]3Lee和Jee[125AM32等人，[11]AMSong[9]中，该过程显示了改进不同测试几何形状的质量的潜力。Rieger等人，[136AMDing6214]。提出了一种考虑旋转部件悬垂结构的新型切片方法，尽管多轴加工过程和他们对消除需要支持结构过剩功能的优点是提高质量和减少生产时间的能力,但最后的部分仍然需要进一步增强质量达到标AMAM过程和SM/工作站已被开发和报告的文献(如车磨机、磨粉机、激光切割、电火花加工、激光热处理、钣金成型等。AM[16]或使用多个添加剂头来制备多材料沉积[17AM工艺目前局限性的一种有前途的解决方案[18,19]是再制造应用[20][15,21,22AMSMSMAM/SMAM/Lin[23]提出了一种新的金属制造航空发动机中重要的功能部件——超级合金整体叶轮具有复杂的自由Xiong等人[24Karunakaran253DChoi等人[26COlaser2文献中所开发的混合工艺显示了质量改进的潜力。然而，他们缺乏制造Liou10]开发了一种金属结构的混合工艺，包括激光沉积系统和在一个工作站的数控铣削机构与五轴运动模式。结果表明，五轴混合工艺可以显著降低材料消耗和生产时间。此外，采用数控铣削工艺可以获得满意的表面质量。Lee[27FDM(熔融沉积建模)180FDM虽然所讨论的混合增减材过程可以有多轴运动(主要由旋转构建平台引SMAMXYZSMAM3自由度的机械装置。根据文献，目前唯一的多轴机器人增减材的研究是通过KeatingOxman[29印速度(0.23DXYZ为了填补这一研究空白，本文提出并开发了一种新型的混合增减材制造HASM6AMSMAMSMHASMAMSM，HASM1(2过使用6(34)/5)66HASMAMSM2HASMHASMHASM4来的工作将在第5部分进行讨论。2.系统设计HASM过程的硬件配置设计如图所示.图1部分主要由四个部分组成：一个6AMSMAMSMHASM253580图一：HASM进程的硬件设计与配置FDMPolyJetAMAMAMt2图二：HASM进程的硬件布局3.系统控制HASM1(3/HASM3CAD3DSM/减法加工在混合制造中的应用范围可以通过加入更多类型的减法加工特征AMTADTAD(1TADTAD2TADsTAD3TADs:通过不断调整TAD以匹配表面法线来制造特征。为了利用这种增加的灵活性，新的切片算法可以支持多个TADs（在多平面工具路径[30])或动态TADs[9MATLABHASM/减磁头的代码USB平台校准最初是在机器人软件中使用集成平台的精确副本进行的。因此，机器人软件会自动计算出目标相对于世界、基地、工具坐标系的坐标(如图4)。然而，由于平台制造过程中产生的误差，我们采用了一种寻找最佳最小Z值的试错方法。生成的代码是派遣到机器人手臂控制器包含path-related数据:(1)目标的坐标,(2)序列的目标,(3)配置和定位机械臂在每个目标,(4)SM,(5)工具的重量、重心,和中心点(6)（如机器人运动指令，关节或直线运动，速度，目标的终止形式)。派遣代码添加到增减材控制器,然而,有一个刀位点格式包括以下数据:(1)目标的坐标,(2)序列的目标,(3)机器人移动速度,(4)挤压速度/主轴转速,和(5)附加信息(风扇开/ArduinomegaDeviceNetHASM4(XYZ)应该转换为世界/基础坐标系中的(XyZ1，齐次变换矩阵(H)可以表示为:txty,和tzX、YZ90度旋转沿Z轴(φ=90)执行一个顺时针的方向。δx的翻译,δy,δ'z和δ'x也执行目标移动到中心,然后期待更高的高度构建平台。变换表示为:⎡X′⎤⎡100δX′⎤⎡cosφ−sinφ00⎤⎡100−δx⎤⎡X⎤⎢⎢ZY′′⎥⎥=⎢⎢001001δ0′z⎥⎥⎢⎢sin0φcos0φ1000⎥⎥⎢⎢00101−0δy⎥⎥⎢⎢Yz⎥⎥10001000100011(2)XYZX′Y′Z′是世界上最后的坐标转换/机器人基础坐标系。切片软件坐标系和世界坐标系在这一转换中相互重叠。图三：HASM过程的软件原理图和控制流程图四：HASM过程坐标系统的说明和转换（a）（b）自由曲面铣削（a）印刷表面（b）印刷件机加工表面（c）挤压塑料表面轮廓图七：表面质量比较（a）使用3轴打印（b）在沉淀最后一层时使用HASM工艺（c）调压头调配4.案例研究5HASMHASM工艺并不局限于PLA材料的制造。它还可以加工ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，并可以进一步扩展到金属通过调整硬件设计。6HASM线性的。换句话说，TADTAD图八：多平面加工的混合制造（a）（b）图十：唯一可行的配置使用的添加剂头5自由度的能力，导致碰撞图十一：附加头的配置采用第六根旋转轴，避免碰撞图十二：机器人手臂的配置使用第六转轴，避免碰撞图十三：设计的试验部分（a）有支撑结构（b）无支撑结构为了演示所开发的高速磁振子过程的动态TAD调整能力，设计了一个具有正弦函数的自由曲面。在打印或铣削过程中，通过调整刀具的坐标系统来匹配自由曲面的法向量，加法头和减法头都可以沿着路径成功移动，5aHASM5b)由于零件在打印过程后没有重新定位(其坐标系统没有改变)，因10026HASMHASM)。HASM6HASMHASMSM机头对加工好的零件进行表面加工，从而提高表面质[24]中的分析相似。在图6中，试验部4.1HASM6(b)中与仅使用AM技术制作的相同零件的表面轮廓相比较。在图6(a)中，以及可从供6(c)中。即使没有对表面AMFDM工艺)制造的零件相比，HASM工艺的表面轮廓显示出更好的质量。但是，表面质量仍然不如供应商提供的挤压塑料棒的加工表面。6SMAMSM3AMHASMX、Y、ZTAD(bTADsTADZ4Z轴方向与搭建方向对齐。但是，在多个TADs场景中，首先使用与第一个场景类似的常量TADTADTAD7HASM工艺获得更光滑的表面，明显降低了阶梯误差。在图7(c)中显示使用多个TADs场景打印最后一层以改善表面质量时的机器人手臂配置。HASM/AMSM6为了演示所述的性能，设计了具有加性和减性特征的部件，如图8(a)所SMPLA8(bSM3-DOFAM8(c))，在此过程中，TAD)TAD6TAD除了具有多平面打印能力外，HASMSM也可以用于制造不同的加工特征，而不一定是为了表面加工(如表面抛光)。，槽位特征如图8(b)所示。图十四：研究案例的生产时间分解与五自由度混合增减材相比，六自由度混合增减材中的六自由度旋转轴494.39.在新的测试部分，两个突出的466个轴都需要参与进来，以避免添加头与打印平台之间的碰撞(如图10-12所示)。没有第六轴提供的额外自由度，唯一可能的制造方法是通过重新定位零件来改变设置，这可能导致额外的生产时间。此外，定位过程中不可避免的FDMAMAMHASM4.29(a)中考虑和获得的材料废料和所需的生产时间进行比较。I4.383-DOF，3-DOF(用于主体)，6-DOF打印(用于外伸特征)。在案例II中，相同的零件是由HASM33III8(aCaseIII3-DOFblock,mainbody,overhangfeature3D3-DOF131HASM6339%,4245%，IIIIII2由于使用3-DOFAM工艺制造悬垂特征所需要的支撑结构约占总材料浪费的62%。然而，在案例3中，材料废料来自支撑结构，因为该部分完全使用AM工艺制造。此外，在混合制造的情况下，我可以节省6.72