本科毕业设计_三维打印快速成型机机械系统设计.rar_含图纸整套资料

此外，依靠快速成形技术，还可以进步改造现有的制造模式，提高整个制造产业的加工水平，并使之朝先进制造方向迈进。

目前，技法，其工艺原理是从最底层开始，激光在光敏树脂表面扫描，在扫描过程中三维，打印，快速，成型，机械，系统，设计，优秀，优良，机械设计图纸目录第章引言快速原型技术简介常见的快速原型制造方法快速成型技术的原理本次设计的任务第二章基本方案的确定最初方案过渡方案后期方案最终方案第三章主要零部件的选型步进电机的选用软件环形分配器及其程序设计联轴器的选用直线导轨的选用微型直线导轨的选用滑轮的选用其它零件的选用第四章喷头的仿真模拟以及电机的计算喷头的仿真模拟计算关于步进电机的计算总结致谢参考文献附录第章引言快速原型技术简介快速成形，技术是国际上年代末期发展起来的种新型制造技术，它高度集成了自动控制数控技术，计算机激光技术等学科的最新成果。

快速成形技术在航空航天机械电子及医疗卫生等领域有着广阔的应用前景，迅速成为制造领域的研究热点，己经成为企业新产品设计开发生产的有效手段随着世界经济的飞速发展和市场竞争的日益加剧，对制造业的要求也越来越高，这就促使制造业进步缩短新产品的研制和投放市场的周期，提高产品质量和降低产品开发成本。

同时，要求提高制造小批量多品种产品的灵活性，以满足社会个性化需求。

与传统的设计开发工具相比，快速成形技术无论是在开发周期还是成本方面都具有相当的优势。

此外，依靠快速成形技术，还可以进步改造现有的制造模式，提高整个制造产业的加工水平，并使之朝先进制造方向迈进。

目前，技术向两个方向发展工业化大型系统，用于制造高精度高性能零件自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。

发达国家许多科研机构如公司及教育单位中等职业学校甚至中小学已经开始购买此种小型设备，并极有可能进入家庭。

美国通用汽车公司也计划为其每位工程师配备台此类设备。

常见的快速原型制造方法立体印刷技术法，其工艺原理是从最底层开始，激光在光敏树脂表面扫描，在扫描过程中，激光的曝光量超过树脂固化所需的阈值能量的地方才会发生聚合反应形成固态。

选择性激光烧结是利用激光所提供的能量有选择性地融化热塑性塑料以形成三维零件。

熔融沉积成型是利用热塑性细丝在移动头中进行熔化，熔化后的材料在移动的过程中被挤压出来堆积零件。

层压物体制造技术是通过逐层激光剪切薄纸材料制造零件的种技术。

三维打印成型三维打印成型是在计算机的控制下，利用喷头喷射粘接剂，喷射粘接剂的路径材料被粘接在起，而其它地方仍为松散粉末，层层粘接得到最后的三维实体。

图工艺分类快速成型技术的原理不同于传统加工的材料去除法或变形成形法，快速成形法制造的零件是采用增材法制成的次成形件。

从成形角度来看，任何零件均可看作是由无数个空间薄片叠成的三维几何体，薄片的形状就是几何体的截面形状。

如果能够将这些薄片逐片制作出来，然后依次将它们逐层粘合在起，最终即可得到期望的零件。

这就是快速成形技术的基本原理。

因此，快速成形就是将三维零件的制造问题转化为两维面片的制作，从而使三维复杂实体的制作变得非常简单在很大的程度上，快速成形加工系统与传统的数控机床有着极大的相似，两者都可以直接接受采用工具设计零件文件，加工系统普遍采用直角坐标系，如坐标轴等等。

快速成形加工系统与数控机床的最直观差别在于，前者通常使用激光而不是刀具来实现对零件的加工。

快速成形制造系统的原型制作过程都是在模型的直接驱动下进行的，因此有人将快速原型制造过程称之为数字化成形。

模型在原型的整个制作过程中相当于产品在传统加工流程中的图纸，它为原型的制作过程提供数字信息。

目前国际上商用的造型软件如等都有多种数据接口，般都提供了直接能够由快速原型制造系统中切片软件识别的数据格式，而数据文件是将三维实体的表面三角形化，并将其顶点信息和法矢有序排列起来而生成的种二进制或文件。

随着快速成形制造技术的发展，模型的数据格式已逐渐成为国际上公认的通用格式。

在快速成形系统加工过程中，系统应用软件将计算机三维实体模型在向离散，形成系列具有定厚度的薄片，激光束或其它能量流在计算机的控制下扫描二维轮廓或者有选择地固化或粘结区域，从而形成构成零件实体的个层面，这样逐渐堆积便形成个三维实体原型。

最后通过后处理如深度固化修磨等，使其达到功能件的要求。

图快速成型示意图本次设计的任务为研究开发价格低廉精度较高有自主版权的新型的三维实物打印机，从而实现从三维虚拟模型到实物原型的快速转换。

由此种成型过程生成的原型件可用于设计的校验与评审零件实物装配检验展品或商业竞标样件消失模的主模型等，可藉此缩减企业新产品设计与开发周期和成本。

总体方案设计思路，延伸于二维打印机。

即在二维打印图形上不断累加，形成三维实体。

本项目开发产品可以作为设计的终端设备，有很大的市场容量。

三维打印机可以快速提供概念模型，供设计评估，避免模具工装等生产准备工作的风险，从而可以大大加快新产品开发速度，降低新产品开发成本，大大提高企业的竞争能力和快速响应市场的能力。

工作内容和要求扫描装置设计升降工作台设计整机总装配图设计设计参数最大成型空间扫描运动最大速度重复定位精度向重复定位精度移动件最大质量千克向工作台质量千克设计日程安排查资料，调研，定设计方案，提交开题报告。

设计，计算，修改设计方案。

绘制装配图，教师审核电子版图纸。

撰写说明书，修改装配图，绘制其他图纸，教师审核说明书集中出图，打印说明书，准备答辩。

第二章基本方案的确定最初方案工作台在向上由于重复定位精度比较的高，考虑采用闭环控制，工作台在向上由直流伺服电机驱动，电机经过减速机构，通过滚珠丝杠来带动工作台运动，用光电编码器作为测量反馈组件。

向安装限位开关。

工作台在轴上运动时，只需要按照层高不断下降，因此，可以使用个步进电机，通过减速机构带动丝杠驱动工作台向下运动。

出于对安全的考虑，要安装限位开关可用个简单的行程开关来实现，在工作台碰到开关之后，立即停止运动。

采用活塞式升降台单独的铺粉机构。

图系统整体构成扫描工作台铺粉装置工作缸体驱动齿轮驱动电机附件系统喷头控制计算机电源过渡方案考虑到三维打印机应定位为办公室内的小型机器。

并且最初的方案将造成整体尺寸过于庞大，不符合设计的初衷，因此改用步进电机带动同步齿形带在光杠组成的平面中进行方向的扫描运动作为扫描装置的主体部分。

这样减少整体尺寸，符合小型机器的概念，也能适当减少加工成本，和零件成本。

并且能够达到要求精度等级。

草图见下图图过渡方案图后期方案经过多次实践观察以及经验总结，从复印机的钢丝机构汲取的灵感，确定了以钢丝为主要传动机构的方案。

该二维工作台有诸多优点工作台的反向间隙小分辨率高响应速度快因此选用滑轮钢丝机构牵引工作台做平面的移动。

并初步绘制结构图如下图钢丝绳驱动的二维工作台直线滚动导轨副连接板直线滚动导轨副钢丝绳支撑板驱动轴直线滚动导轨副支撑板驱动轴钢丝绳滚轮支撑板铺粉机构也做了很大改动，铺粉装置由工作活塞送粉活塞两个工作缸体铺粉轮驱动装置组成，如下图所示。

步进电机驱动齿轮，每加工完层后，工作活塞下降，送粉活塞上升，然后铺粉滚轮来自动实现铺粉。

该滚轮在两平行的齿带之间架设，由步进电机驱动，滚轮完成两个功能铺粉压紧。

图铺粉机构示意图最终方案经过段时间的画图和思考以及有限的实验，对之前的方案做了多项改进和优化。

简化了钢丝传动机构，使传动更有效。

钢丝绳驱动的工作台由个步进电机驱动，用以驱动扫描系统。

援引许慧斌梁伟文宾鸿赞刘琼在论文激光分形烧结快速成形装置的研制的实验如下在扫描系统中要求方向的灵敏度定位精度高，并要求牵引力小移动轻便，为此选择高精度的直线滚动导轨，重复定位误差为可以完美的完成本三维打印机的任务。

本文设计的扫描系统在方向的分辨率为。

通过百分表来测验，试验结果，表，示表方向位移数据步位移步位移表方向位移数据步位移步位移方向平均每走步的位移为方向平均每走步的位移为。

该结果符合设计要求。

采用钢丝绳牵引的原因主要是为了消除反向间隙。

反向间隙实验的结果方向向前走步后，接着向后走，通过比较前后两次的位移，即可判断反向间隙，当方向向前走步的位移为，返回的位移为。

这里存在着的间隙，但是当连续走时，重复定位精度基本上无误差。

当连续走步后，接着反向走步，位移基本为零。

方向反向间隙与方向类似，基本上被消除。

该实验装置方向的分辨率上达到，方向的分辨率上达到，反向间隙基本消除。

向机构也做了大幅度的改变，创造性的将平面钢丝系统用于成型储料箱升降装置，使成型空间与储料空间之间形成正比关系，成型时，储料箱板逐渐上升，同时由于钢丝作用，成型箱板同步下降定高度，并且储料箱板逐渐上升高度与成型箱板下降高度相等，然后刮板开始刮料，这样就不会造成普通铺粉机构所遇到的各种问题，比如废料回收类的先天不足问题。

同时由于两个板联动自重互相抵消，使电动机的载荷大幅下降。

铺粉机构整合为个刮板，配合两侧高出毫米的箱壁组成个半封闭的空间，通过方向的运动把粉料由储料箱刮到成型箱并且铺平压实。

图最终方案示意图第三章主要零部件的选型步进电机的选用步进电机是种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。

每输入个脉冲电机转轴步进个步距角增量。

电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。

步进电机是机电体化产品中关键部件之，通常被用作定位控制和定速控制。

步进电机惯量低定位精度高无累积误差控制简单等特点。

广泛应用于机电体化产品中，如数控机床包装机械计算机外围设备复印机传真机等。

图德国百格拉公司三相混合式步进电机百格拉公司的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，运用特殊精密机械加工工艺，使步进电机定子和转子之间间隙仅为，转子和定子的直径比提高到，大大提高了电机工作扭矩，特别是高速时的工作扭矩。

由于定子和转子上磁槽数远多于五相和两相混合式步进电机，使三相混合式步进电机可以按五相和两相混合式步进电机的步数进行工作。

电机的扭矩仅与转速有关，而与电机每转的步数无关，例如电机在每转步和步，转分时的扭矩都是。

百格拉公司的步进电机系统在低速时运行极其平稳，几乎无共振区，高速时扭矩大，运行特性类同交流伺服电机，被称为具有交流伺服电机运行性能的步进电机系统。

百格拉公司的步进电机系统广泛应用于纺织机械机床包装机械印刷机械搬运机械医疗仪器光学仪器装配机械等自动化控制设备中。

电机型号相电流保持扭矩工作扭矩空载启动速度转动惯量重量步进电机相电压分为和两种，电机每转的步数可任意设置为步转图步进电机矩频特性曲线软件环形分配器及其程序设计口的三个引脚经过光电隔离功率放大后，分别与电机的三相连接。

电机以三相六拍方式，电机正转的顺序为，反转为它们的分配如表