D打印風機葉片的機器整體設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24333D打印風機葉片的機器整體設計案例 1272071.13D打印機結構與工作原理 168191.23D打印機步進電機設計 21161.2.1兩相混合式步進電機的基本結構與工作原理 2239441.2.2兩相步混合式進電機的驅動設計 31.13D打印機結構與工作原理3D打印是添加劑制造技術的一種形式，在添加劑制造技術中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機相對于其他的添加劑制造技術而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優(yōu)點。3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設備，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術完全不同。稱之為“打印機”是參照了其技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。熔融沉積造型采用熱熔噴頭，使處于半流動狀態(tài)的材料按CAD分層數據控制的路徑擠壓并堆積在指定的位置凝固成原型，逐層擠出堆積，凝固后形成整個原型或零件[7]。其組成系統(tǒng)包括：高精度機械系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、成型環(huán)境等。本文主要著手于傳動系統(tǒng)步進電機的設計。如圖為熔融沉積型3D打印機實物圖：圖1.1熔融沉積式3D打印機實物圖1.23D打印機步進電機設計步進電機常常作為控制電機應用在運動控制系統(tǒng)中，它由直流脈沖信號驅動，并根據脈沖頻率將驅動脈沖信號轉化成相應的角位移或線位移。步進電機又可以稱為脈沖電機或階躍電機。步進電機根據其結構差異可分為三大類：可變磁阻式（VR型）、永久磁鐵式（PM型）、混合式（HB型），混合式步進電機和普通的旋轉電機一樣，也是由定子和轉子構成轉子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進電機及永久磁鐵式步進電機的優(yōu)點，精確度高、轉矩大、步進角度小。目前市場上所使用的工業(yè)用步進電機，以混和式（HB型）最為普遍。本文主要采用兩相混合式步進電機來設計3D打印機的傳動部分。1.2.1兩相混合式步進電機的基本結構與工作原理兩相步進電機主要分為定子部分和轉子部分。在轉子鐵芯里又被分成兩個相同的部分，鐵芯上均勻分布著等寬的齒和槽，而兩個部分間的槽偏差0.5個間距。永磁體被嵌入在轉子中，由于磁化效應，轉子鐵芯的兩個部分展現(xiàn)了不同的極性，一個為N極性，一個為S極性。定子內部一般有8個磁極，其中4個磁極構成步進電機的相繞組，所以形成了兩相步進電機的兩相繞組。圖1.2混合式步進電機三維結構圖1.3兩相步進電機軸向剖面圖從轉子軸一側的角度來看，當轉子上特定的齒軸線一致時，它們相鄰齒的軸線有偏移四分之一的齒距。在轉子中沒有磁動勢或沒有由定子繞組的激勵產生的磁動勢的情況下，電機的轉矩基本上為零，只有在轉子磁體中的磁動勢和定子繞組的激勵形成的磁動勢之間相互作用時，電機才會有電磁轉矩并構成電機的氣隙磁通勢。通入到定子兩相繞組的電流的幅值和方向一起確定了在相同磁極下的兩個種磁動勢的互相作用的效果，從而可以在忽略磁路飽和的情況下對兩種磁動勢所產生的轉矩進行數學運算以分析每段磁極下的轉矩。1.2.2兩相步混合式進電機的驅動設計步進電機的驅動不同于普通的交、直流電機，它不能直接連接到交、直流電源上，需要配備專門的直流脈沖驅動電源，通過控制器發(fā)出控制脈沖信號來控制電源的開關從而驅動步進電機的運行，因此驅動電源的性能直接影響著步進電機的運行性能。步進電機的驅動方法有很多種，這些方法都是通過采用不同的硬件電路來控制步進電機的繞組電壓和電流。對不同的步進電機，驅動方法也是不一樣的。主要包括：單電壓驅動、雙電壓驅動、高低壓驅動、斬波恒流驅動、雙極性驅動和細分驅動。由于細分驅動可以將步進電機的實際運行步距角劃分得更細，這樣可以提高對步進電機的控制精度。所以本設計采用細分驅動技術。細分驅動實現(xiàn)方法：本文采用數字脈沖調制（PWM）方法來獲取電流波形。圖為雙H橋功率驅動電路結構。兩相步進電機中的雙H橋的功率驅動電路通過四個開關管對定子繞組的電流進行控制，但相同橋臂的上下兩個開關管不能同時開啟。其調制工作原理是：兩相步進電機中的雙H橋的功率驅動電路通過四個開關對定子繞組的電流進行控制，但相同橋臂的上下兩個開關管不能同時開啟，PWM輸出脈沖信號沿使觸發(fā)器的輸出Ub為高電平，Ub高電平信號經過H橋使開關關斷和導通。H橋電流增加使得其兩端的采樣電壓增加。當采樣電壓值大于參考電壓值時，比較器向觸發(fā)器輸出低電平使其輸出變?yōu)榈碗娖剑沟瞄_關關斷，采樣器中的電流下降。H橋兩端的采樣電壓值又重新小于Ua，比較器向觸發(fā)器輸出高電平使其輸出變?yōu)楦唠娖?，使得開關重新導通，H 橋中的電流又重新上升，最后，雙H橋將脈沖信號傳輸給步進電機A