買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 . 1 . 2 1 引言 . 3 快速成型技術(shù)簡介 . 3 論文的主要工作 . 8 2 對于 整體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成分析 . 10 統(tǒng)組成 . 11 3 光固化快速成型機(jī)的整體設(shè)計 . 14 . 14 4 光固化快速成型機(jī)的機(jī)械部分選型計算 . 18 涂覆機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計與計算 . 18 . 22 液位控制部分選型設(shè)計與計算 . 27 5 速成型機(jī)的電氣部分選型設(shè)計說明 . 31 控制方式的選擇 . 31 加熱裝置的選擇 . 33 各種控制卡的選擇 . 33 結(jié)論 . 35 致謝 . 37 參考文獻(xiàn) . 38 附錄 翻譯譯文及原文 . 39買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 光敏樹脂液相固化成型機(jī)床設(shè)計 摘要： 以累加思想實現(xiàn)零件制作的快速成型技術(shù)（ 是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項重大突破，它可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想從 化為具有一定功能的原型或零件，進(jìn)而實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行快速評價、修改及功能試驗，因此，這項技術(shù)能有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。光固化成型技術(shù)（ 最早商品化、應(yīng)用最廣泛的 理論、工藝的完善及價格的降低等，對于 著極其重要的影響。 本文從 確定了 后分硬件和軟件兩個方面進(jìn)行設(shè)計。硬件方面先進(jìn)行初選型，然后計算，驗證；軟件方面從 而確定了軟件系統(tǒng)的功能模塊。 硬件又分為機(jī)械和電氣兩部分，機(jī)械部分主要有涂層機(jī)構(gòu)的設(shè)計選型計算、 氣部分涉及到控制方式的選擇，各種功能卡的選擇以及電氣原理圖的 設(shè)計等等。 關(guān)鍵詞 : 快速成型 光敏樹脂 激光技術(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 L in is a in It AD or of of of L is a RP is is of as as of of P of to LA a LA to to of is of of Z to of in of of so 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 1 引言 速成型技術(shù)簡介 速成型技術(shù)綜述 20 世紀(jì) 80 年代末、 90 年代初發(fā)展起來的快速成型（ P&M 或 下簡稱為 術(shù)，是當(dāng)前先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)與快速工具制造技術(shù)，其核心是基于數(shù)字化的新型成型技術(shù)。它突破了傳統(tǒng)的加工模式，不需要機(jī)械加工設(shè)備即可快速地制造形狀極為復(fù)雜的工件。作為與科學(xué)計算可視化和虛擬現(xiàn)實相匹配的新興技術(shù)，快速成型技術(shù)提供了一種可測量、可觸摸的手段，是設(shè)計者、制造者與用戶之間的新 媒體?？焖俪尚图夹g(shù)綜合機(jī)械、電子、光學(xué)、材料等學(xué)科，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件 /模具，有效地縮短了產(chǎn)品的研究開發(fā)周期?？焖俪尚图夹g(shù)對于制造業(yè)的模型、原型及成型件的制造方式正產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 1 。 快速成型是通過計算機(jī)輔助設(shè)計（ 三維模型輸入到 輸入前計算機(jī)將軟件轉(zhuǎn)換為 他輸入格式也有使用） 的文件，或者使用三維掃描儀通過對物體實體掃描后直接輸入計算機(jī)處理，輸入 圖 1示為 2 。 隨著各種新型 詞已無法充分表達(dá)出各種成型系統(tǒng)、成型材料及成型工藝等所包含的內(nèi)容。因此，關(guān)于什么是“ 目前有多種定義。 美國制造工程師協(xié)會（ 術(shù)進(jìn)行了定義：統(tǒng)依據(jù)三維 型數(shù)據(jù)、 算機(jī) X 射線斷層造影術(shù)）和 磁共振成像）掃描數(shù)據(jù)和由三維實物數(shù)字化系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，把所得數(shù)據(jù)分成一系列二維平面，又按相同序列沉積或固化出物理實體。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 圖 1清華大學(xué)顏永年教授等對 堆積成型原理的新型數(shù)字化成型技術(shù)，是在計算機(jī)的控制下，根據(jù)零件的 過材料的精確堆積，制造原型或零件的。 “ 軟件工程中是一種在開發(fā)較復(fù)雜軟件前，先開發(fā)出具有基本功能的軟件的方法。 因此，該詞已變的較為模糊和不明確，于是，有些文獻(xiàn)用其他詞語來表示其原來的含義，如： 造 維模型 件輸出 切片分層處理 激光源 噴射源 化樹脂層 割紙 結(jié)粉末層 3粘結(jié)劑層 涂熱熔融材料層 疊層堆積 三維模型 表面處理 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 ，但都 因未得到如 此處對“ 別從廣義角度及狹義角度作如下定義。 （ 1） 針對工程領(lǐng)域而言，其廣義上的定義為：通過概念性的具備基本功能的模型快速表達(dá)出設(shè)計者意圖的工程方法。 （ 2） 針對制造技術(shù)而言，起狹義上的定義為：一種根據(jù) （ 1）可以制成幾何形狀任意復(fù)雜的零件，而不受傳統(tǒng)機(jī)械加工方法中刀具無法達(dá)到某些型面的限制。 （ 2）大幅度縮短新產(chǎn)品的的開發(fā)成本和周期。一般地，采用 0% 70%，減少開發(fā)時間 50%，甚至更少。如開發(fā)光學(xué)照相機(jī)機(jī)體采用 術(shù)僅 3 5天（從 費(fèi) 6000美元，而用傳統(tǒng)的方法則至少需一個月，花費(fèi)約 （ 3）曲面制造過程中， 層）可百分之百地全自動完成，而不靠數(shù)控切削加工中需要高級工程人員數(shù)天復(fù)雜的人工輔助勞動才能轉(zhuǎn)化為完全的工藝數(shù)控代碼。 （ 4）不需要傳統(tǒng)的刀具或工裝等生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。任意復(fù)雜零件的加工只需在一臺設(shè)備上完成，其加工效 率亦遠(yuǎn)勝于數(shù)控加工。 （ 5）屬于非接觸式加工，沒有刀具、夾具的磨損和切削力所產(chǎn)生的影響。 （ 6）加工過程中無振動、噪聲和切削廢料。 （ 7）設(shè)備購置投資低于數(shù)控機(jī)床。 快速成型技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家電、汽車、航空航天、船舶、工業(yè)設(shè)計、醫(yī)療等領(lǐng)域。藝術(shù)、建筑等領(lǐng)域的工作者也已開始使用 備，越來越多的藝術(shù)家已經(jīng)成為計算機(jī)工作者，即不再單純地依靠以前的手工，而是由 備來表達(dá)新的思路和創(chuàng)新。從廣義上講，這些應(yīng)用均屬于產(chǎn)品開發(fā)范疇。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 快速模具制造（ 快速成型技術(shù)應(yīng)用的重要方面，無需任何專用工裝和夾具，直接根據(jù)原型而將復(fù)雜的工具和型腔制造出來是 最大優(yōu)勢。一般來說，采用 ， 有模型的近 41%用于裝配和功能性零件，約 27用于工程、工具制造、報價和投標(biāo)，約 23%用于原型模具、金屬鑄造及模芯制造。隨著 術(shù)本身的發(fā)展和完善，其應(yīng)用將不斷拓展。 產(chǎn)品開發(fā) 產(chǎn)品開發(fā)過程中，需要做多個產(chǎn)品模型 作為測試之用，比如造型設(shè)計評估、功能測試、組裝測試及安全測試等， 設(shè)計工程師只需在三維 能及時制造出樣品，做進(jìn)一步測試。 醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域 術(shù)也常用于外科手術(shù)。病人在接受手術(shù)前需進(jìn)行 描或 檢查。以往醫(yī)生們都是觀看平面的掃描結(jié)果來計劃手術(shù)，判斷難免有誤差。有了 幫助，醫(yī)生可觀看病人的立體模型來決定如何進(jìn)行手術(shù)，甚至用 行模擬手術(shù)，增加手術(shù)的可靠性。 藝術(shù)創(chuàng)作 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新一代的藝術(shù)家及設(shè)計 師，不一定整天埋頭于工作間，親手造出藝術(shù)作品來。他們現(xiàn)在可以安坐家中，用 件創(chuàng)造出心目中的藝術(shù)品，然后再以 無疑將繼續(xù)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。國外有人預(yù)測： 一技術(shù)在我國許多行業(yè)也有巨大的潛在市場。在目前來看， 制原型零件的物理性能較差，成型機(jī)的價格較高，運(yùn)行成本較高，零件精度低，表面粗糙度高，成型材料仍然有限。因此從上述 來 幾年的趨勢主要如下。 （ 1）提高 制精度和可靠性，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，選用性能價格比高、壽命長的元器件，使系統(tǒng)更簡潔，操作更方便，可靠性更高，速度更快。開發(fā)不同檔次、不同用途的機(jī)型亦是 統(tǒng)發(fā)展的一個方面。例如：一方面開發(fā)高精度、高性能的機(jī)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 型，以滿足對制件尺寸、形狀和表面質(zhì)量要求更高或有特殊要求的用戶；另一方面，開發(fā)專門用于檢驗設(shè)計、模擬制品可視化，而對尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機(jī)。 （ 2）提高數(shù)據(jù)處理纛和精度，研究開發(fā)用 始數(shù)據(jù)直接切片方法，減少數(shù)據(jù)處理量以及由 轉(zhuǎn)換過程而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺陷和輪廓失真。 （ 3）研究開發(fā)成本低、易成型、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無污染的成型材料。將現(xiàn)有的材料，特別是功能材料進(jìn)行改造或預(yù)處理，使之適合于 術(shù)的工藝要求，從點出發(fā)，結(jié)合各種應(yīng)用要求，發(fā)展全新的 料，特別是復(fù)合材料，例如納米材料、非均質(zhì)材料、其他方法難以制造的符合材料等。降低 料的成本，發(fā)展新的更便宜的材料。 （ 4）開發(fā)新的成型能源。目前的主流成型技術(shù)中， 以激光作為能源，而激光系（包括激光器、冷卻器、電源和外光路）的價格及維護(hù)費(fèi)昂貴，傳輸效率（輸出激光能量 /輸入電能）較低，影響制件的成本。新成型能源方面的研究也是 （ 5）研究開發(fā)新的成型方法。在過去的 10年中，許多研究者開發(fā)出了十幾種成型方法，基本上都基于立體平面化 離散 堆積的思路。這種方法還存在著許多不足，今后有可能研究集“堆積”“切削”于一體的快速原型方法，即 提高制件的性能和精度，降低生產(chǎn)成本。還可能從 理延伸，產(chǎn)生一些新的快速原型方法。 （ 6）繼續(xù)研究快速制模 (快速制造（ 術(shù)。一方面研究開發(fā) 表面處理技術(shù)，提高表面質(zhì)量和耐久性；另一方面研究開發(fā)與注塑技術(shù)、精度鑄造技術(shù)相結(jié)合的新途徑和新工藝，快速經(jīng)濟(jì)地制造金屬模具、金屬零件和塑料件。 （ 7）在應(yīng)用方面 ,通過對現(xiàn)有 統(tǒng)的改進(jìn)和新材料的開發(fā)，使之能夠經(jīng)濟(jì)地上產(chǎn)出直接可用的模具、工業(yè)產(chǎn)品和民用消耗品；制造出人工器官，用于治療疾病。 （ 8）向大型制造與微型制造進(jìn)軍。分析各大公司的產(chǎn)品系列可以發(fā)現(xiàn)，原型的制造尺寸呈增大的趨勢。由于大型模具的制造難度和 以預(yù)測將來的 場將有一定比例為大型原型制造所占據(jù)。與此形成鮮明對比 的將是 一個重要發(fā)展方向是微米印刷（ 制造微米零件（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 （ 9） 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，并且與真?zhèn)€產(chǎn)品制造體系相融合。 術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，設(shè)備與材料兩方面都有了長足的進(jìn)步，但目前由于該技術(shù)的成本高，加以制件的精度、強(qiáng)度和耐久性能還不能滿足用戶的要求，暫時阻礙了 術(shù)的推廣普及。此外，近年來， 方面，價格大幅度下降；另一方面，高速、高精的 床問世，制件時間縮短，精度及表面質(zhì)量提 高。因此，不少企業(yè)使用 術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，但是在成型復(fù)雜、中空的零件方面， 種直接從概念設(shè)計迅速轉(zhuǎn)為產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)模式，必然是 21 世紀(jì)的制造技術(shù)的主流。隨著技術(shù)的進(jìn)步， 術(shù)還會大踏步地向前發(fā)展，并將成為許多設(shè)計公司、制造公司、研究機(jī)構(gòu)和教育機(jī)構(gòu)等的基本技術(shù)和裝備 2 。 論文的主要工作 計的目的 完成 體部件設(shè)計和電氣原理圖設(shè)計 ，該設(shè)備主要用于零件和功能模型的快速成型制造。 由于通過本畢業(yè)設(shè)計，我們應(yīng)該在綜合應(yīng)用所學(xué)知識方面得到較大的鍛煉，基本具備獨(dú)立設(shè)計機(jī)電一體化專用設(shè)備的能力。特別是在圍繞課題開展調(diào)查研究、深刻理解和解決實際問題、用圖紙、說明書等形式正確表達(dá)設(shè)計思想等方面的能力有明顯提高。 畢業(yè)設(shè)計課題的內(nèi)容和要求 本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 技術(shù)要求 （ 1） 速成型機(jī)總體設(shè)計，包括確定機(jī)械部件總體尺寸，系統(tǒng)控制方式的 選定等。 （ 2） 求網(wǎng)板運(yùn)動速度可調(diào)。 （ 3）控制系統(tǒng)軟件分析設(shè)計。 （ 4）網(wǎng)板的最小位移量是 （ 5）最大成型尺寸是 600 x 600 工作要求： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 （ 1）了解機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)組織方式、典型零件的加工工藝、零件結(jié)構(gòu)及公差對加工、裝配以及工作性能的影響等。 （ 2）根據(jù)選定的方案進(jìn)行零件的選型、結(jié)構(gòu)計算和壽命計算。 （ 3）繪制總裝配圖和部分零件圖。 （ 4）編寫設(shè)計說明書。要求包含文獻(xiàn)綜述、方案選擇、問題解決方法、計算過程等。 （ 5）刻制成光盤 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 2 對于 整體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成分析 鑒于對 于實現(xiàn) 時充分保證 制系統(tǒng)的加工精度，提出如下的硬件結(jié)構(gòu)（如圖 2結(jié)構(gòu)主要由計算機(jī)控制系統(tǒng)、液面控制系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和功率檢測系統(tǒng)組成。 圖 2件結(jié)構(gòu)示意圖 震鏡 工控機(jī) 刮板電機(jī) 工作臺電機(jī) 液槽升降電機(jī) 激光器 激光功率儀 步進(jìn)電機(jī) 加熱控制器 液位傳感器 白金熱電偶 液槽 電阻 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 由光固化過程可知，對光源的選擇，主要取決于光敏劑對不同頻率的光子的吸收。由于大部分光敏劑在紫外區(qū) 的光吸收系數(shù)較大，一般很低的光能量密度就可使樹脂固化，所以應(yīng)采用輸出在紫外波段的光源。用于固化的光波波長、輸出功率及工作狀態(tài)時有效和精確的零件制造的基本參數(shù)。通常根據(jù)光敏樹脂固化的特性要求，光源的光波波長范圍為 25050波輸出功率大于 40作狀態(tài)為連續(xù)波得紫外光源。目前可適用的紫外光源有以下幾種： （ 1） 氦鎘激光器是一種低功率激光，以氦氣和鎘蒸氣的復(fù)合氣體作為工作物質(zhì)，通過鎘的電離化過程，使中性氦原子和鎘原子激活，生成可見和紫外激光射線，輸出功率通常為 150取一定的措施可輸出波長分別為 25光器壽命為 2000 （ 2）氬離子激光器（ 氬離子激光器是另一種低功率激光光源，它用氬氣作為工作物質(zhì)，輸出功率為10000出波長為 35165激光是雙重電離化氬氣狀態(tài)下獲得的。激光束光斑直徑一般為 光位置精度可達(dá) 復(fù)精度可達(dá) 成這種光線的激活過程需要較高的管路電流和螺線管磁場強(qiáng)度以生成高能量電子。 （ 3） 體激光器 固體激光器的工作物質(zhì)是摻雜激活離子于絕緣晶體或玻璃中，它它具有激光形成的閥值低，輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠的特點。目前二極管泵浦的 倍頻激光器，輸出波長 266出功率可大于 800 （ 4）遠(yuǎn)紫外汞氙燈 遠(yuǎn)紫外汞氙燈屬于氣體放電光源，燈一經(jīng)啟動就可立即輻射出強(qiáng)烈的連續(xù)光譜，其輻射光譜在遠(yuǎn)紫外區(qū)比較豐富。在 25050用于固化樹脂。這種光源結(jié)構(gòu)簡單 ，運(yùn)行可靠，輸出功率適中。 為了更好的對激光器進(jìn)行選擇，將以上激光器列表進(jìn)行簡單分析，如下表 2買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 性能 波長（ 功率（ 壽命（ h） 工作狀態(tài) 光束質(zhì)量 運(yùn)行成本 光源 25 40 2000 多模 較高 光器 35100 2000 多模 較高 66 1005000 單模 稍高 紫外汞氙燈 25020* 300 差 極低 表 2種紫外光源 *指到達(dá)光敏樹脂液面的光功率， 數(shù)字控制的激光束掃描裝置也有兩種形式：一種是電流計驅(qū)動式的掃描鏡方式，最高掃描速度達(dá) 15m/s，適合于制造尺寸較小的原型件；另一種是 光束在整個掃描過程中與樹脂表面垂直，適合于制造大尺寸的原型件。 具體的選擇在設(shè)計過程中根據(jù)實際情況來選擇。 光敏樹脂 環(huán)氧樹脂、乙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂等。要求 迅速固化，并具有較小的臨界曝光和較大的固化穿透深度。為保證原型精度，固化時樹脂的收縮率要小，并應(yīng)保證固化后的原型有足夠的強(qiáng)度和良好的表面粗糙度，且成形時毒性要小。 自由基型光敏樹脂是最早應(yīng)用于 種樹脂的優(yōu)點是具有很高的光響應(yīng)性，黏度低、成本不高，基本滿足快速成型的要求。其缺點是由于表層氧的阻聚作用，使得成形精度較低，同時，該類樹脂收縮較大（約 8%），成形零件翹曲變形較大，尤其對于具有大平面結(jié)構(gòu)的工件，制作精度不是很高。 陽離子型光敏樹脂屬于第二代樹脂，其優(yōu)點是收縮小、黏度極低、不受氧阻聚，但其缺點是容易受堿和濕氣的影響，且固化速度較丙烯酸酯慢得多。陽離子型光敏樹脂的主要成分為環(huán)氧化合物。用于 由于以上兩類樹脂各有優(yōu)缺點，從而出現(xiàn)了集自由基和陽離子樹脂各自優(yōu)點的混雜買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 性光敏樹脂，它比前兩種更為優(yōu)越，因此在這里我們選擇這種復(fù)合光敏樹脂材料 【 12】 。 盛裝液態(tài)光敏樹脂的液槽，應(yīng)該采用不銹鋼制作，這樣可以避免液槽被腐蝕和生銹的問題出現(xiàn)。其尺寸大小取決于成型系統(tǒng)設(shè)計的最大尺寸原型件或零件，在這里我們主要設(shè)計 600降工作臺選擇步進(jìn)電機(jī)控制，最小步距應(yīng)在 225保證生產(chǎn)零件的精度。刮平器保證新一層的光敏樹脂能夠迅速、均勻地涂覆在已固化層上，保持每一層厚度的一致性，從而提高原型件的精度。 控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)、分層處理軟件和控制軟件等組成。激光能光束反射鏡掃描驅(qū)動器、 作臺 工控機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動，灰塵 特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計算機(jī)相比必須具有以下特點： 1） 機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。 2） 機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有 3） 機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。 4） 要求具有連續(xù)長時間工作能力。 5) 一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱（ 4 注：除了以上的特點外，其余基本相同。另外，由于以上的專業(yè)特點，同層次的工控機(jī)在價格上要比普 通計算機(jī)偏貴，但一般不會相差太多。 由以上工控機(jī)的特點，我們可以確定選擇工控機(jī)來作為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 3 光固化快速成型機(jī)的整體設(shè)計 速成型機(jī)的總體設(shè)計 光固化快速成型系統(tǒng)的原理如圖 2所示容器中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外光束的照射下能夠快速固化。加工從最底部開始，可升降工作臺處于液面下一個層厚的地方， 固體激光器發(fā)出的紫外激光束聚焦后，在計算機(jī)的控制下按零件分層截面信息，在液態(tài)光敏樹脂表面掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)光敏樹脂固化，形成制件 的第一個固化層。然后工作臺下移一個層厚的高度，其上覆蓋新一層的液態(tài)樹脂，刮板將樹脂液面刮平，再進(jìn)行第二層的掃描固化，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至整個制件完成。之后對制件進(jìn)行一些必要的后處理如用工業(yè)酒精清洗制件，把制件放在紫外烘箱中后固化等，完成整個制作過程 3 。 圖 3 光固化成型機(jī)（ 構(gòu)示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 （ 1）控制硬件 控制硬件是指所有控制電路的總稱，控制系統(tǒng)硬件應(yīng)該由工控機(jī)、控制卡、傳感器、電機(jī)及其驅(qū)動器組成。如圖 3 圖 3 工控機(jī)系統(tǒng) 控制系統(tǒng)一般有主從控制系統(tǒng) 和集中控制系統(tǒng)兩種組織形式。 主從式控制系統(tǒng)將控制任務(wù)分解為數(shù)據(jù)處理和成型執(zhí)行兩大部分。分別由上、下位機(jī)來完成。上位機(jī)負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的綜合管理、人機(jī)交互、狀態(tài)信息處理、故障診斷、切片數(shù)據(jù)計算、插補(bǔ)等；下位機(jī)負(fù)責(zé)位置閉環(huán)控制及位置的信息反饋等。上層主控機(jī)一般配置較高，而下層子機(jī)的配置相對較低。整個控制系統(tǒng)的設(shè)計帶有分布式控制系統(tǒng)的特征。 集中式控制系統(tǒng)只擁有一臺計算機(jī)，在完成數(shù)據(jù)處理的同時，還具有控制硬件完成加工的功能。由于控制系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)量一般比較大，因此它要求微機(jī)的整體性能較高，軟件要具有多任務(wù)處理能力 ，實時性要好。 在光固化臺式快速成型系統(tǒng)中，為了降低成本，我們在硬件實現(xiàn)上采用的是集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但在快速成型系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)上，我們加入了層片 (件及掃描加線 步進(jìn)電機(jī) 控制卡 工控機(jī) X 軸環(huán)形分配器 Y 軸環(huán)形分配器 功率 驅(qū)動器 Z 軸環(huán)形分配器 功率 驅(qū)動器 功率 驅(qū)動器 X、 Y 軸步進(jìn)電機(jī)及掃描運(yùn)動機(jī)構(gòu) Z 軸步進(jìn)電機(jī) 及 升降臺運(yùn)動機(jī)構(gòu) 紫外光源 快門控制 光量控制 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 工路徑 (件作為可選的中間文件，這樣用戶既可以用快速成型控制機(jī)完成從建 可以通過上述任一層次的中間文件而在其它更高性能計算機(jī)上完成部分或全部數(shù)據(jù)處理任務(wù)，再由成型機(jī)控制軟件載入并進(jìn)行成型加工。 由于在硬件的配置方式上采用了集中式控制方式，控制系統(tǒng)與上面的計算機(jī)系統(tǒng)是分不開的?？刂葡到y(tǒng)還包 括接口卡、功放驅(qū)動板、步進(jìn)電機(jī)及各信號采集轉(zhuǎn)換電路等。 光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)主要包括兩大部分：紫外光源和光束傳輸及聚焦部分。選用的紫外光源(部集成了紫外燈、橢球面反射鏡、光柵和快門。另外它提供了一個 與計算機(jī)并口相連，以方便對開 /關(guān)燈、切換快門和光量調(diào)整的控制。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 光纖傳輸具有不受空間限制、效率高、易控制的特點。由于紫外光輻射對人體有較強(qiáng)的危害，采用封閉傳輸?shù)陌踩员扔瞄_放式光路傳輸相對要高。因此本系統(tǒng)光路部分采用的是與 焦的光纖傳輸系統(tǒng)。 機(jī)械傳動及執(zhí)行系統(tǒng) 機(jī)械傳動及執(zhí)行系統(tǒng)主要有 螺母副、升降臺等。 （ 2）控制軟件 快速成型系統(tǒng)的軟件是指從 件系統(tǒng)的設(shè)計思路由快速成型加工的整個工藝過程來決定?？刂栖浖钦麄€快速成型軟件的重要組成部分，主要功用就是完成從切片處理之后的所有工藝數(shù)據(jù)處理和加工控制任務(wù)。 控制軟件的功能模塊如圖 3中用戶界面主要對程序和用戶間的信息交互能量： 365大于 4000mw/入電壓： 00率：約 314卻方式：強(qiáng)制空冷 遠(yuǎn)程遙控電壓： 24V 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 進(jìn)行總體控制和管理，完成包括圖 形、狀態(tài)顯示，信息查詢等功能；文件加載模塊主是針對各種不同的文件類型 (包括 進(jìn)行不同的載入處理；掃描工藝處理主要是對層片文件進(jìn)行處理而生成掃描加工路徑，包括歧點處理、內(nèi)外輪廓識別、工藝補(bǔ)償、掃描和路徑規(guī)劃等步驟；成型加工模塊主要是按掃描加工路徑和設(shè)定的加工參數(shù)生成控制數(shù)據(jù)并發(fā)送給硬件控制模塊，完成成型加工過程；仿真模塊則是通過對成型過程的仿真，對己生成的掃描加工路徑、工藝和加工參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行檢驗。 圖 3控制軟件 的基本結(jié)構(gòu) 用戶界面 文件加載 外部切片模塊 掃描工藝處理 硬件控制模塊 仿真模塊 成型加工模塊 手動控制模塊 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 4 光固化快速成型機(jī)的機(jī)械部分選型計算 涂覆機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計與計算 同步齒形帶的選型設(shè)計計算 1、初步選型與計算 （ 1）確定設(shè)計功率 = m ； 其中 a=s 20=2s ，aF=m a=2 據(jù)以上數(shù)據(jù)得到 P=310 W 設(shè)計動力 P 其中 機(jī)械設(shè)計實用手冊表 取 K=據(jù)以上數(shù)據(jù)得到 310 W （ 2）選擇同步齒形帶的型號和節(jié)距 根據(jù) 310 W， 1n =機(jī)械設(shè)計實用手冊，圖 53取帶的型號為 表 b= （ 3）選擇帶輪齒數(shù) 由帶輪轉(zhuǎn)速 1n = 帶，查帶輪允許最小齒數(shù)表得最小許用齒數(shù)10。帶速 可能選較大值。 初定 1Z =20 （ 4）確定帶輪節(jié)圓直徑 121 b= = 5）確定同步帶的節(jié)線長度 80/)(2/)(c 221 其中21 =0（以 a=760入）則 擇最接近計算值的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 （ 6）計算同步帶齒數(shù) （ 7）確定傳動中心距 a 傳動中心距初定為 a=760、分析計算所選合理性 （ 1）計算所選 同步帶基準(zhǔn)額定功率0000 )(2 （ 其中許用工作拉力，查表 m 單位長度質(zhì)量，查表得到 m=m； v 線速度， v=s 。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)得0P=1 0 0 0 =310 2）計算小帶輪嚙合齒數(shù)(22 122 11 b =10 （ 3）確定實際所需帶寬 查表得到 中 嚙合齒數(shù)系數(shù)， 1 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查表 取帶寬 、結(jié)果整理 選用 可選同步帶輪的規(guī)格為 12L；同步帶規(guī)格為 660L。 （軸間距的最小調(diào)整量：長度公差 間距公差 向內(nèi)側(cè)的最小調(diào)整量 向外側(cè)的最小調(diào)整量 0 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 導(dǎo)軌的選型設(shè)計計算 對導(dǎo)軌的要求：（ 1）精確的導(dǎo)向精度（ 2） 精度保持性好（ 3）結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，便于調(diào)益和維修（ 4）摩擦小 初選直線滾動導(dǎo)軌，其摩擦因數(shù)很小，為 適合由低速轉(zhuǎn)至高速的工作狀態(tài)，可靠性和剛性都較高。 臥式導(dǎo)軌受力分析如圖 4 圖 4式導(dǎo)軌受力分析圖 其中 W2W02W13W2W02W13W2W02W13W2W02W131 =W=0 1）導(dǎo)軌的選擇 可按一般鋼鐵密度，取 式：重量 =厚度寬度長度密度值 刮板的質(zhì)量 =70 50 47721 20 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 925 重力 W=35N 摩擦阻力： 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)查表 4 4導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 直線運(yùn)動系統(tǒng)的種類 主要形式 摩擦系數(shù) 型及凹型栓槽軸 線滾珠襯套 珠螺桿 其范圍為 = W f(f:密封阻力為 代入數(shù)據(jù)得 W f=135N 慣性力 : 假定刮板在 m/ a=慣性力 = =面張力小，忽略不計。 由于滑塊受力點與兩側(cè)的同步齒形帶作 用于刮板上的作用點等高，故彎矩很小。 選擇導(dǎo)軌滑塊的型號： 電機(jī)的選型計算 電機(jī)所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 42m a x 對于開環(huán)控制， 4之間，這里取 3。 21 機(jī) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速： m in/ 步進(jìn)電機(jī)校核：工作速度 s/m a x 機(jī) ，與初選工作速度相近。 電機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率： 02060 m a x 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 由矩頻特性圖知，在此頻率 下，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為 80N m 102 N m 最快空轉(zhuǎn)移動時，電機(jī)運(yùn)行頻率校核：電機(jī)運(yùn)行頻率 k H 0m a x 啟動頻率計算 :已知電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 24 1083.5 電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量： 232 10660 電機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時空載啟動頻率 50根據(jù)上式的計算并且電機(jī)為雙出頭步進(jìn)電機(jī)，選擇 號為 基本組成包括：步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾珠絲杠支座、導(dǎo)軌副、吊梁、托板、安裝立板。 絲杠的選型設(shè)計計算 升降臺，網(wǎng)板，工件（最大成型工件）為 10機(jī)電課程設(shè)計表 53矩形導(dǎo)軌計算，取顛覆力矩影響系數(shù) K=珠絲杠的摩擦系數(shù) ， 110100 1 最大動載荷定升降臺最大的升降速度為 20mm/s，工作時升降臺的升降速度初定為 絲杠最大轉(zhuǎn)速 h /2 4 0/4420m a x 工作時轉(zhuǎn)速 m .0 工設(shè)計該滾珠絲杠壽命 L=15000h 絲杠的壽命系數(shù) 666m a 02161015000240601060 查機(jī)電課程設(shè)計表