sps250光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題 目 SPS250光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名 XX 學(xué)號(hào) XX </p><p>　　所在學(xué)院 XX大學(xué)

2、 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) XX </p><p>　　指導(dǎo)教師 XX __ ____ </p><p>　　完成地點(diǎn) XX

3、 </p><p>　　2015年 6月2日</p><p>　　SPS250光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　XX </b></p><p>　　XX大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p><b>　　指導(dǎo)

4、老師：XX</b></p><p>　　[摘要]20 世紀(jì) 80 年代中期以來(lái)，光固化快速成型技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用越來(lái)越廣泛和深入，光固化快速成型機(jī)的需求也越來(lái)越大。由此，本論文針對(duì)sps250光固化快速成型機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括：1、Z 軸升降機(jī)構(gòu)； 2、刮刀機(jī)構(gòu)；3、液槽補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并且對(duì)其中的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。Z軸的設(shè)計(jì)由原來(lái)的鏈條傳動(dòng)改進(jìn)成光精度滾珠絲杠

5、的傳動(dòng)，使其在行程較長(zhǎng)時(shí)不出現(xiàn)抖動(dòng)，有利于保證升降的精度，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。在驅(qū)動(dòng)上采用步進(jìn)電機(jī)直接連接滾珠絲杠，響應(yīng)更加的快速準(zhǔn)確，同時(shí)因?yàn)闆](méi)有中間部件，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高。在控制部分由原來(lái)的單片機(jī)控制改進(jìn)成控制卡的控制，使控制更加的準(zhǔn)確，避免了復(fù)雜的編程，使控制面板更加的簡(jiǎn)潔，易操作。 </p><p>　　通過(guò)對(duì)SPS250光固化快速成型機(jī)的設(shè)計(jì)，使得其運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)更加合理和平穩(wěn)，并且提高了成型了精度，進(jìn)而使

6、其在生產(chǎn)過(guò)程中能夠更好的進(jìn)行生產(chǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光固化快速成型；控制部分；快速成型；傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　[Abstract]: ince the mid 80's in twentieth Century, the development and a

7、pplication of UV curing rapid prototyping technology is becoming more and more extensive and in-depth, and the demand of curing rapid prototyping is also growing.Therefore, this paper for sps250 light curing rapid protot

8、yping machine mechanical structure and control system design, including: 1, Z shaft lifting mechanism; 2, scraper mechanism; 3, tank compensation system design 4, control the overall design of the system, an</p>&

9、lt;p>　　Through the design of SPS250 light curing rapid prototyping machine, making the movement and transmission more reasonable peace and stability, and improve the forming precision, so as to make it better in the p

10、roduction process of production.</p><p>　　Keywords: light curing rapid prototyping, control section, rapid prototyping, transmission, structure design</p><p><b>　　目錄</b></p>&

11、lt;p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1快速原型技術(shù)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.1 RPM 的基本構(gòu)思1</p><p>　　1.1.2 幾種典型的快速成型技術(shù)2</p><p>　　1.1.3各種成型方法簡(jiǎn)介及對(duì)比3</p><p>　　1

12、.2立體光固造型SLA技術(shù)原理3</p><p>　　1.3 立體光固造型SLA國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平4</p><p>　　1.4立體光固造型SLA應(yīng)用領(lǐng)域5</p><p>　　1.5 本次設(shè)計(jì)的主要工作5</p><p>　　第二章 對(duì)于光固化快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成分析6</p><p><b&

13、gt;　　2.1系統(tǒng)組成6</b></p><p>　　第三章 光固化快速成型機(jī)機(jī)械部分選型9</p><p>　　3.1 Z方向的參數(shù)計(jì)算9</p><p>　　3.2 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定9</p><p>　　3.3 絲杠的選型及計(jì)算10</p><p>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇12&

14、lt;/p><p>　　3.5 刮刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.6液槽的設(shè)計(jì)17</p><p>　　第四章 SLA快速成型機(jī)的電氣部分選型設(shè)計(jì)說(shuō)明19</p><p>　　4.1 控制方式的選擇19</p><p>　　4.2 加熱裝置的選擇20</p><p>　　4.3 各

15、種控制卡的選擇21</p><p>　　4.4 系統(tǒng)部件之間的聯(lián)系22</p><p>　　第五章 控制軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.2 控制面板的設(shè)計(jì)27</p><p>　　第六章 影響成型精度的因素29</p>

16、<p>　　6.1 前期數(shù)據(jù)處理30</p><p>　　6.2成型加工誤差30</p><p>　　6.3 后處理誤差31</p><p>　　6.4 本章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié)論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b

17、></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　本文主要針對(duì)SPS250光固化快速成型機(jī)部分機(jī)械和控制部分的設(shè)計(jì)。按照國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械傳動(dòng)部分參照了《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求使光固化快速成型機(jī)的傳動(dòng)及零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

18、、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、而且成本低廉、質(zhì)量可靠、可批量生產(chǎn)，并且促進(jìn)光固化快速成型機(jī)的普及與發(fā)展，同時(shí)為國(guó)內(nèi)同類(lèi)機(jī)器的設(shè)計(jì)提供一些的參考。</p><p>　　1.1快速原型技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　快速原型制造技術(shù)(Rapid Prototype Manufacturing) ，簡(jiǎn)稱(chēng) RPM ,是先進(jìn)制造技術(shù)的重要分支。它是80年代后期起源于美國(guó) ，后很快發(fā)展到歐洲和日本 ，可以說(shuō)是近 20 年

19、來(lái)制造技術(shù)最重大進(jìn)展之一。它建立在CAD/ CAM 技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)之上 ，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD與各種自由造型(Free Form Manufacturing)技術(shù)直接結(jié)合起來(lái) ，能以最快的速度將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件 ，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可能進(jìn)行快速評(píng)價(jià)、測(cè)試、改進(jìn) ,以完成設(shè)計(jì)制造過(guò)程 ，適應(yīng)市場(chǎng)需求。</p><p>　　1.1.1

20、 RPM 的基本構(gòu)思</p><p>　　任何三維零件都可以看成是許多二維平面沿一個(gè)坐標(biāo)方向迭加而成 ，因此我們可利用分層切片軟件 ，將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的 三維CAD實(shí)體模型處理成一系列的薄截面層 ，并根據(jù)各個(gè)截面層形成的二維數(shù)據(jù) ，用粘貼、熔結(jié)、聚合作用，或者用化學(xué)反應(yīng)等手段逐層的有選擇性的固化液體(或粘結(jié)固體)材料 ，從而快速堆積制造出所要求零部件的形狀(或模型).傳統(tǒng)的制造方法是在材料去除(material re

21、move)概念 ，先利用 CAD 技術(shù)制作出零件的三維圖形 ,然后對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析(有限元分析、模態(tài)分析、熱分析等) ，再經(jīng)動(dòng)態(tài)模擬仿真之后 ，通過(guò) CAM 的一個(gè)后處理(Post Process)模塊仿真加工 ，所有的要求均滿(mǎn)足之后 ，形成的NC 文件在數(shù)控機(jī)床上加工成形。快速成型制造技術(shù) RPM 突破了傳統(tǒng)加工中的金屬成型(如鍛、沖、拉伸、鑄、注塑加工)和切削成形的工藝方法 ，是一種使材料增加而不增加材料的一種方法。</p&g

22、t;<p><b>　　其主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　1、新的加工技術(shù)RPM 是采用材料累加的方法 ，就是所謂“讓材料生長(zhǎng)而非去除”，因此，加工過(guò)程不需要刀具、模具和工裝夾具，且材料利用率非常的高；</p><p>　　2、突破了零件的幾何形狀和復(fù)雜程度的限制，成形迅速快，制造出的零件和模型是具有一定功能的三維實(shí)體；</p>&

23、lt;p>　　3、越過(guò)了 CAPP(Computer Aided Process Planning)過(guò)程 ，實(shí)現(xiàn)了 CAD/ CAM 的無(wú)縫連接。</p><p>　　4、RPM系統(tǒng)是辦公室的運(yùn)作環(huán)境，是一種變成圖形工作站的外設(shè)。由于 RPM 可以快速、自動(dòng)、精確地將 CAD 模型轉(zhuǎn)化成為具有一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件 ,因此它對(duì)于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、控制風(fēng)險(xiǎn)、提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力 ,都具有重要

24、的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　1.1.2 幾種典型的快速成型技術(shù)</p><p>　　1、立體光固造型 SLA</p><p>　　Stero Lightgraphy Apparatus又稱(chēng)光固化快速造型、激光立體光刻、立體印刷裝置。 </p><p>　　2、 疊層實(shí)體制造LOM</p><p>　　疊層實(shí)體制造

25、Laminated Object Manufacturing 的成形材料是熱敏感類(lèi)箔材(如紙等) ,激光器的作用變是切割.成形開(kāi)始時(shí) ,激光器先按最底層的 CAD 三維實(shí)體模型的切片平面幾何信息數(shù)據(jù) ,對(duì)于鋪在工作臺(tái)上的箔材作輪廓切割 ,之后 ,工作臺(tái)下降一層高度 ,重新送入一層(鋪在底層之上)材料 ,并用加熱輥滾壓 ,與底層粘牢 ,激光器按對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)作輪廓切割 ,如此反復(fù)直至整個(gè)三維零件制作完成.LOM 制作的零件不收縮、不變形 ,精度

26、可達(dá) ±0.1mm ,切片厚度 0.05～0.50mm。</p><p>　　3、 選擇性激光燒結(jié)SLS</p><p>　　選擇性激光燒結(jié)Selected Laser Sintering的生產(chǎn)過(guò)程與 SLA 很相似 ，用紅外激光對(duì)金屬粉末或塑料粉末一層層地掃描加熱使其達(dá)到預(yù)期的溫度，最后燒結(jié)出由金屬或塑料制成的立體模型。</p><p>　　4、 融積成

27、型技術(shù) FDM</p><p>　　融積成型技術(shù)(Fused Deposition Modeling)的制造過(guò)程是 ,首先通過(guò)系統(tǒng)隨機(jī)的 Quick slice 和 SupportWorks軟件將 CAD 模型分為一層層極薄的截面 ,生成控制 FDM 噴嘴移動(dòng)軌跡的幾何信息.運(yùn)作時(shí) ,FDM加熱頭把熱塑材料(如聚脂塑料、ABS塑料、蠟等)加工到臨界狀態(tài) ,在微型機(jī)控制下 ,噴嘴沿著 CAD 確定的平面幾何信息數(shù)據(jù)

28、運(yùn)動(dòng)并同時(shí)擠出半流動(dòng)的材料 ,沉積固化成精確的實(shí)際零件薄層 ,通過(guò)垂直升降系統(tǒng)降下新形成層并同樣固化之 ,且與已固化層牢固地連接在一起.如此反復(fù) ,由下而上形成一個(gè)三維實(shí)體.FDM 的制作精度目前可達(dá) ±0.127mm ,連續(xù)堆積范圍 0.0254～0.508mm ,它允許材料以不同的顏色出現(xiàn).</p><p>　　5、 其它快速原型制造技術(shù)</p><p>　　直接制模鑄造DS

29、PC (Direct Shell Production Casting)，它來(lái)源于三維印刷(3D Printing)快速成型技術(shù)。其加工過(guò)程是把CAD設(shè)計(jì)好的零件模型裝入到模殼設(shè)計(jì)裝置，再利用微型機(jī)繪制并且澆注模殼，產(chǎn)生了一個(gè)達(dá)到規(guī)定厚度，需要配用模芯的模殼組件的電子模型，然后將其輸入到模殼制造裝置，由電子模型制成的固體三維陶瓷模殼，然后取走模殼處疏松的陶瓷粉，露出完成的模殼，采用熔模鑄造的方法對(duì)模殼進(jìn)行最后加工，完成整個(gè)加工過(guò)程。此系

30、統(tǒng)能檢測(cè)出印刷缺陷，不需要圖紙，就可以完成全部加工。</p><p>　　光屏蔽(即 SGC—Solid - Ground Curing)由以色列 Cubital 公司開(kāi)發(fā),該工藝可以在同一時(shí)間固化整個(gè)一層的液體光聚合物. SGC工藝使用丙烯酸鹽類(lèi)光聚合物材料 ,其制作精度可達(dá)整體尺寸的 0.1 %,切片厚度約為 0.1～0.15mm ,Cubital 公司開(kāi)發(fā)的 Solider5600 型產(chǎn)品制作的最大工作尺寸

31、為 508 ×508 ×356mm ,所用紫外光燈功率為 2kW ,每一層循環(huán)約化 90s.</p><p>　　MRM(Mitsubishi Chemical Rapid Moulding) 日本三菱化學(xué)最近推出的三菱化學(xué)快速制模系統(tǒng),可將原型直接轉(zhuǎn)換成模具 ,采用稱(chēng)作“金屬補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂制模(Metal Resin Moulding)復(fù)合料”,制模成本降低為傳統(tǒng)制模的 1/2 ,制模時(shí)間縮短了

32、1/2～1/3. 奧斯丁的德克薩斯大學(xué)正在研究的高溫選擇激光燒結(jié)(HTSLS) ,在取消聚合物粘結(jié)劑方面進(jìn)行了嘗試.結(jié)果表明 ,可利用 Cu - Sn 或青銅 —鎳粉兩相粉末 ,采用激光局部熔化低熔點(diǎn)粉末來(lái)制造模具。</p><p>　　1.1.3各種成型方法簡(jiǎn)介及對(duì)比</p><p>　　1.2立體光固造型SLA技術(shù)原理</p><p>　　Stero Light

33、graphy Apparatus又稱(chēng)光固化快速成型、激光立體光刻或立體印刷裝置。它是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。在波長(zhǎng)（λ=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光的照射下這種液態(tài)材料能迅速的發(fā)生光聚合反應(yīng)，其相對(duì)分子質(zhì)量急劇增大，材料也會(huì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。SLA 的原理是由 CAD 系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)備制造的零件進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì) ,再由專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)切片軟件CAD系統(tǒng)的三維造型切割成若干薄層平面數(shù)據(jù)模型，但對(duì)表面形狀變化大和精度要求

34、高的部分應(yīng)切得薄些，其他一般部位切得厚些。隨后 CAM軟件再根據(jù)各薄層平面的X - Y運(yùn)動(dòng)指令，在結(jié)合提升機(jī)構(gòu)沿 Z坐標(biāo)方向的間歇下降運(yùn)動(dòng)，形成整個(gè)零件的數(shù)控加工指令。指令輸入SLA系統(tǒng)中，首先是工作臺(tái)下降至液體容器的液面之下，對(duì)應(yīng)于 CAD 模型最下一層切片的厚度處，根據(jù)該切片的 X- Y平面幾何數(shù)據(jù)，紫外光照射可固化的液態(tài)樹(shù)脂(如環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯酸樹(shù)脂或丙烯酸樹(shù)脂)，在紫外光的作用下，因光聚合作用，第一層被固化在工作臺(tái)上。</p

35、><p>　　然后 ，升降工作臺(tái)下降到第二層切片德?tīng)柡穸?，按照該層切片的平面幾何?shù)據(jù)激光器會(huì)掃描液面 ，使新一層液態(tài)樹(shù)脂固化，并緊緊粘在在上一層已固化的樹(shù)脂上。如此反復(fù)“生長(zhǎng)”,直至形成整個(gè)三維實(shí)體零件.如圖所示：</p><p>　　1.3 立體光固造型SLA國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平</p><p>　　立體光固化快速成型 SLA技術(shù)，它是目前世界上技術(shù)最成熟、研究最深入、

36、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型技術(shù)。</p><p>　　目前，研究SLA技術(shù)的有 3D System公司、F&S公司、EOS公司、CMET公司、Teijin Seiki公司、D-MEC公司、Mitsui Zosen公司、西安交通大學(xué)等。其中美國(guó) 3D System公司的 SLA 技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上占的比例最大，自1988年推出 SLA-250機(jī)型以后，又在1997年推出SLA-250HR、SLA–500、SLA

37、-3500 三種機(jī)型，在技術(shù)上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。其中，SLA–5000和SLA -3500設(shè)備使用了半導(dǎo)體激勵(lì)的固體激光器，掃描速度分別達(dá)了2.54 m/ s和5m/ s，成型層厚最小可以達(dá)到0.05 mm。此外，還采用了一種Zephyer recoating system的新技術(shù)，該技術(shù)是建立在每一成型層上，在該層上用一種真空吸附式刮板涂一層0.05～0. 1 mm 的待固化樹(shù)脂，可以使成型時(shí)間平均縮20 %。在1999年該公司推出的S

38、LA - 7000機(jī)型與SLA - 5000 機(jī)型相比，成型體積雖然基本相同，但其掃描速度卻達(dá)9. 52m/ s，平均成型速度提高了4倍, 成型層厚最小可達(dá)到0.025 mm，提高了1倍的精度。</p><p>　　在90年代初國(guó)內(nèi)才對(duì)SLA技術(shù)進(jìn)行研究，一些高校在其成型理論、成型材料、控制技術(shù)等多方面都進(jìn)行了大量的研究，并且取得了顯著成果，目前西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的LPS-600A 型快速成型系統(tǒng)，已經(jīng)達(dá)成商業(yè)化。

39、國(guó)內(nèi)外研究者在SLA技術(shù)的成形機(jī)理、控制制件變形、提高制件精度等方面都進(jìn)行了大量的研究。</p><p>　　1.4立體光固造型SLA應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　美國(guó)克萊斯勒公司(Chrysler)用 SLA 技術(shù)制成了車(chē)體模型，并且將它放在高速風(fēng)洞中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的分析；此外美國(guó)的Dayton 大學(xué)還利用 SLA 技術(shù)研制了專(zhuān)門(mén)用于人體軟組織器官模型的建造的一種桌面成型系統(tǒng)。<

40、;/p><p>　　1.5 本次設(shè)計(jì)的主要工作</p><p>　　1.5.1 主要設(shè)計(jì)工作</p><p>　　1、明確實(shí)現(xiàn)SLA快速成型機(jī)機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體結(jié)構(gòu)及其功能。</p><p>　　2、用于工作臺(tái)升降的Z軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)及其極限位置的檢測(cè)。</p><p>　　3、液槽樹(shù)脂補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其檢測(cè)。</p&g

41、t;<p>　　4、刮刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其極限位置的檢測(cè)。</p><p>　　5、分析光固化成型機(jī)進(jìn)給控制系統(tǒng)硬件組成和軟件編程功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.6.2 設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　1、成型空間：250*250*150mm</p><p>　　2、成型厚度：0.07～0.20任意設(shè)定</p>&

42、lt;p>　　3、加工精度：±0.12mm（L≤100mm）或±0.12%（L≧100mm）</p><p>　　4、最大激光掃描速度：5m/s</p><p>　　5、激光光斑直徑：≤0.15mm</p><p>　　6、設(shè)備功率：2.5KW</p><p>　　1.5.2 設(shè)計(jì)思路及主要問(wèn)題</p>

43、<p>　　采用分塊設(shè)計(jì)的思路，光固化快速成型機(jī)主要分Z方向工作臺(tái)升降系統(tǒng)，刮刀機(jī)構(gòu)，液槽液位補(bǔ)償系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等。</p><p>　　第二章 對(duì)于光固化快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成分析</p><p>　　對(duì)光固化快速成型機(jī)的分析，為了實(shí)現(xiàn)光固化快速成型機(jī)的加工流程，同時(shí)又要充分的保證光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)的加工精度，做出了如下硬件結(jié)構(gòu)（如圖2-1所示

44、）。結(jié)構(gòu)主要由Z軸的升降、液面控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、刮刀的控制系統(tǒng)、功率檢測(cè)系統(tǒng)等。</p><p><b>　　其組成如圖所示：</b></p><p>　　圖1 硬件結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　(1)托板升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>

45、<p>　　所謂托板升降系統(tǒng)，既是所謂控制托板升降的系統(tǒng)硬件。如下圖所示，控制托板的升降主要是通過(guò)控制 Z 軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其主要組成結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)軌、滾珠絲杠、吊梁、伺服電機(jī)、工作臺(tái)組成。它的工作機(jī)理為;通過(guò)系統(tǒng)控制儀器的 Z 軸的升降移動(dòng),他是與刮刀系統(tǒng)配合共同工作的，所以托板升降系統(tǒng)的控制精度就很大程度上決定了，光華固化成型樹(shù)脂材料的精度。所以我們需要對(duì)工作臺(tái)升降系統(tǒng)的精度進(jìn)行仔細(xì)的校準(zhǔn)。</p><p&g

46、t;　　對(duì)于豎直運(yùn)動(dòng)裝置，采用了滾珠絲杠傳動(dòng)，將滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母和連接裝置，轉(zhuǎn)化為豎直方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在支撐方式上，對(duì)稱(chēng)支撐，改變了以往設(shè)計(jì)中絲杠和工作臺(tái)單邊支撐的方式，這種支撐方式受重力影響明顯，并且安裝要求高，不容易維護(hù)，新的設(shè)計(jì)方案可以解決這個(gè)問(wèn)題；傳動(dòng)方面使用同步帶傳動(dòng)，可以獲得較大的傳動(dòng)比和中心距，并且保證運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生空程，提高了加工精度，降低了噪音，可以滿(mǎn)足裝置對(duì)平穩(wěn)性和運(yùn)行精度的要求，采用中間如圖 2.3 成

47、型工作平臺(tái)升降系統(tǒng)。</p><p><b>　　圖 </b></p><p><b>　　Z軸升降系統(tǒng)</b></p><p>　　(2)樹(shù)脂循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　簡(jiǎn)要介紹一下樹(shù)脂循環(huán)硬件的主要組成:浮球液位計(jì)、同步電機(jī)和排液口構(gòu)成。樹(shù)脂循環(huán)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中的主要作用是:對(duì)于主液槽中不斷減

48、少的液態(tài)光敏樹(shù)脂材料進(jìn)行不斷的補(bǔ)充，并通過(guò)特殊的控制過(guò)溢來(lái)確保液態(tài)的光敏樹(shù)脂不溢出，這樣就可以有效的從材料源頭保證的角度上來(lái)提高制件的精度。如圖 2.4 所示為光敏樹(shù)脂循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　?。?)刮刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　簡(jiǎn)單的介紹一下鋪層系統(tǒng),首先他的組成:移動(dòng)刮板、指針件、基座、刮板支撐、步進(jìn)支座、電機(jī)、齒形帶、同步齒形帶輪、

49、同步齒形帶輪支座這些結(jié)構(gòu)組成了刮刀系統(tǒng)。通過(guò)刮刀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)我們來(lái)實(shí)現(xiàn)薄層表面液態(tài)樹(shù)脂的不斷重新涂鋪,這樣是固化材料不斷固化,已達(dá)到試驗(yàn)所要球的厚度。隨著固化過(guò)程的不斷完成,工作臺(tái)會(huì)下降一定厚度,此時(shí)勢(shì)必會(huì)引起樹(shù)脂液面的波動(dòng),液面自身造成的穩(wěn)定固化會(huì)消耗較長(zhǎng)時(shí)間,這主要是因?yàn)闃?shù)脂光敏材料特有的張力和粘性問(wèn)題,單單靠液面自己穩(wěn)定下來(lái)將耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間,而刮刀系統(tǒng)的刮板正好可以解決這一問(wèn)題,將凸起的樹(shù)脂刮平。如圖 2.5所示為刮刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。<

50、/p><p><b>　　圖</b></p><p>　　(4)激光掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　我們簡(jiǎn)要介紹一下激光掃描硬件系統(tǒng):掃描器、固體激光器、聚焦鏡和反射鏡組成了激光掃描系統(tǒng)。主要功能為產(chǎn)生試驗(yàn)需求的的激光束,儀器中存在兩個(gè)反射鏡,通過(guò)聚焦方式將光束聚焦,激光掃描儀上的鏡面提供光束平臺(tái),這樣經(jīng)過(guò)特殊處理的光束會(huì)在樹(shù)脂表面上聚焦,掃描光

51、敏樹(shù)脂材料表面。</p><p>　?。?)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　我們簡(jiǎn)要介紹一下溫度控制硬件系統(tǒng):溫度傳感器、PID 溫度控制器、繼電器、紅外線(xiàn)加熱板組成溫度控制硬件系統(tǒng)。我們選擇的樹(shù)脂材料是光固化混合樹(shù)脂，他的最佳成型溫度是40左右，它的溫度是 PID 控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以對(duì)液態(tài)樹(shù)脂材料的溫度進(jìn)行控制，使溫度變化控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，所以對(duì)溫

52、度控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。所以我們用溫度傳感器監(jiān)測(cè)樹(shù)脂材料的溫度，當(dāng)材料不處于試驗(yàn)設(shè)定的溫度的范圍內(nèi)，紅外線(xiàn)加熱板就會(huì)報(bào)警進(jìn)而通過(guò)斷電來(lái)進(jìn)行控制試驗(yàn)要求的溫度，對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行加熱。由于，樹(shù)脂的粘性和體積都與溫度有著密切的聯(lián)系,溫度越高，粘性越小，易流動(dòng)，但此時(shí)樹(shù)脂在高溫下也過(guò)于軟化，不易成型，所以控制好樹(shù)脂溫度是非常重要的。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究，溫度的波動(dòng)范圍應(yīng)該在左右，才能很好的滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　（

53、6)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于快速成型加工的制作時(shí)間較長(zhǎng)，激光功率會(huì)出現(xiàn)一定的不穩(wěn)定現(xiàn)象，這樣會(huì)極大的影響制件最終的質(zhì)量，這樣我們就需要計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)控制樹(shù)脂液面的激光功率，并對(duì)不符合試驗(yàn)要求的激光功率進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　第三章 光固化快速成型機(jī)機(jī)械部分選型</p><p>　　3.1 Z方向的參數(shù)計(jì)算</p><p

54、>　　3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　系統(tǒng)分辨率 </p><p>　　由靜止到最大快進(jìn)速度過(guò)度時(shí)間 11ms～13ms </p><p>　　工作臺(tái)行程 150mm</p><p>　　最大快進(jìn)速度

55、 1/60m/s</p><p>　　定位精度 0.12mm</p><p>　　3.2 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量的確定</p><p>　　脈沖當(dāng)量即系統(tǒng)分辨率。本設(shè)計(jì)中，＝</p><p>　　

56、3.2.2 傳動(dòng)比的確定</p><p>　　當(dāng)＝1時(shí)，可使步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠連接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度。因此在本設(shè)計(jì)中?。?。</p><p>　　3.2.3 確定步進(jìn)電機(jī)步距角</p><p><b>　　根據(jù)公式 </b></p><p><b>　　(3.1)</b></p

57、><p>　　其中 為傳動(dòng)比，</p><p><b>　　為電機(jī)步距角，</b></p><p><b>　　為滾珠絲杠導(dǎo)程，</b></p><p><b>　　為脈沖當(dāng)量。</b></p><p>　　因?yàn)椋?，＝0.001mm，現(xiàn)取＝4mm，可

58、得＝0.09o。由于其步距角很小，所以將采用有細(xì)分電路的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.3 絲杠的選型及計(jì)算</p><p>　　3.3.1 計(jì)算絲杠受力</p><p>　　由于工作臺(tái)質(zhì)量較小，且只承擔(dān)傳動(dòng)作用，不承受任何切削力，故本設(shè)計(jì)中只考慮導(dǎo)軌摩擦力和系統(tǒng)加減速時(shí)的慣性力。</p><p>　　1、移動(dòng)件及最大成型件重量的計(jì)算&l

59、t;/p><p>　　根據(jù)摩擦力計(jì)算公式：</p><p>　　G=mg (3.2)</p><p>　　移動(dòng)部件質(zhì)量=10kg 最大成型件重量 =10kg</p><p>　　=20×9.8=196N</p><p>　　3.3.2 工作臺(tái)慣

60、性力的計(jì)算</p><p>　　取平均加速時(shí)間t=12ms,由于系統(tǒng)最大移動(dòng)速度=，經(jīng)計(jì)算得，系統(tǒng)加速度a=</p><p>　　==20×1.4=28N</p><p>　　3.3.3 滾珠絲杠螺母副的選型和校核</p><p>　　由于轉(zhuǎn)速較大，主要依據(jù)其使用壽命選擇絲杠的基本尺寸，并校核其承載能力是否超過(guò)額定動(dòng)載荷滾珠絲杠螺母

61、副初步選型。</p><p>　　1、最大工作載荷的計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)最大載荷應(yīng)該是導(dǎo)軌摩擦力與加減速慣性力的總和</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　2、最大動(dòng)載荷的計(jì)算和主要尺寸的初選</p><p>　　滾珠絲杠最大動(dòng)載荷可用下式計(jì)算：&l

62、t;/p><p><b>　　(3.3)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　F —滾珠絲杠副的軸向負(fù)荷（N）</p><p>　　--影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù)；</p><p>　　為溫度系數(shù) 工作溫度小于125，=0.

63、95</p><p>　　為硬度系數(shù) 硬度大于58HRC，=1.0</p><p>　　為精度系數(shù) 精度等級(jí)取三級(jí)，=1.0</p><p>　　為負(fù)荷性質(zhì)系數(shù) 無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，=1.1</p><p>　　為可靠性系數(shù) 可靠度98%， =0.33</p><p&

64、gt;　　--滾珠絲杠副的額定動(dòng)負(fù)荷（N）</p><p>　　--滾珠絲杠副的計(jì)算動(dòng)負(fù)荷（N）</p><p>　　--各類(lèi)機(jī)械所用的滾珠絲杠的推薦壽命,取15000h</p><p><b>　　--壽命系數(shù),</b></p><p><b>　　--轉(zhuǎn)速系數(shù)，</b></p>&

65、lt;p><b>　　經(jīng)計(jì)算得：</b></p><p>　　C=8122N </p><p>　　查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P771，本設(shè)計(jì)選用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副FFZ3204，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　公稱(chēng)直徑，</b></p><p><

66、;b>　　基本導(dǎo)程=4mm，</b></p><p><b>　　滾珠直徑，</b></p><p><b>　　絲杠螺旋升角，</b></p><p><b>　　額定動(dòng)載荷</b></p><p><b>　　額定靜載荷</b><

67、;/p><p>　　選取絲杠精度等級(jí)為一級(jí)。</p><p>　　3.3.4、傳動(dòng)效率計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　式中：為絲杠螺旋升角，為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)＝0.003～0.005,</p

68、><p><b>　　其摩擦角約等于。</b></p><p><b>　　所以， </b></p><p>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　3.4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載，在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于

69、傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸線(xiàn)，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算問(wèn)題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本設(shè)計(jì)需要對(duì)絲杠，工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。</p><p>　　1、滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：；其中為絲杠公稱(chēng)直徑（cm）, 為絲杠有效行程（mm）</p><p>　　

70、2、工作臺(tái)質(zhì)量的折算</p><p>　　工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣可按下式進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　式中，為絲杠導(dǎo)程（cm）；</p><p>　　為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）。</p><p><b>　　所以， </b></p><p>　　3、傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

71、計(jì)算</p><p>　　3.4.2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　為空載啟動(dòng)力矩（N?cm）；</p><p>　　為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)

72、部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N?cm）；</p><p>　　為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N?cm）；</p><p>　　為由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 （N?cm）。</p><p>　　有關(guān)的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下：</p><p><b>　　1、加速力矩</b><

73、;/p><p><b>　　(3.10)</b></p><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　式中：為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為電機(jī)最大角加速度；為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；t為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間，為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度；為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角；為脈沖當(dāng)量。&

74、lt;/p><p><b>　　2、空載摩擦力矩</b></p><p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　式中：為運(yùn)動(dòng)部件的總重量；</p><p><b>　　為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；</b></p><p><b>　　傳動(dòng)降速比

75、；</b></p><p>　　為傳動(dòng)系數(shù)總效率，?。?.8；</p><p>　　為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。</p><p><b>　　3、附加摩擦力矩</b></p><p><b>　　(3.13)</b></p><p>　　式中：為滾珠絲杠預(yù)緊力，=/3；

76、</p><p>　　為滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，現(xiàn)取＝0.9。</p><p>　　所以，步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩M，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩關(guān)系如下：</p><p>　　所以，=674.05</p><p>　　為滿(mǎn)足最小步距角要求，查表知步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩與步進(jìn)電

77、機(jī)啟動(dòng)力矩的關(guān)系為：</p><p>　　查《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表7-2 P347得＝0.438。所以，</p><p>　　綜合考慮查表選擇57BYGH401型步進(jìn)電機(jī)如圖3.2、3.3所示：</p><p>　　表3.1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　3.5 刮刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1

78、刮板的選擇</p><p>　　由于樹(shù)脂的粘性及固化樹(shù)脂的表面張力作用，如僅僅依賴(lài)樹(shù)脂的流動(dòng)而達(dá)到液面平整的話(huà)，就會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，特別是在固化面積較大的零件時(shí)。刮平運(yùn)動(dòng)可以使液面盡快流平，提高涂層效率。</p><p>　　刮平過(guò)程包括兩個(gè)步驟:</p><p>　　1、第一步托板下降較大的深度并稍作停頓，這一過(guò)程是為了克服液態(tài)樹(shù)脂與固化層面的表面張力，使樹(shù)脂充分

79、覆蓋已固化的一層，然后上升至比上一層低一個(gè)層厚的位置。</p><p>　　2、第二步刮板按設(shè)定次數(shù)作刮平運(yùn)動(dòng)，其作用是把涂敷在零件表面的多余樹(shù)脂刮掉。刮平后，樹(shù)脂液面并不是完全平整，仍存在著一些波動(dòng)，尚需等待一定的時(shí)間才能平整。等待時(shí)間的長(zhǎng)短要根據(jù)樹(shù)脂的流動(dòng)性、零件尺寸的大小而定。</p><p>　　如果使用粘性大的樹(shù)脂，這種裝置是必不可少的。由于樹(shù)脂對(duì)刮板的粘附作用，刮板刮過(guò)之后，液

80、面的實(shí)際位置要比刮板底面所在的位置低。同時(shí)，刮板刮走多余的樹(shù)脂，刮板前面的樹(shù)脂由于堆積而造成刮板前后液面存在高度差，導(dǎo)致刮板前面的樹(shù)脂向后流動(dòng)的回流現(xiàn)象，影響層厚精度和液面的平整。為此必須采取相應(yīng)措施，來(lái)提高液面的位置精度和層厚精度。</p><p>　　不同的刮板形狀會(huì)形成不同的涂層質(zhì)量，刮板的形狀可以設(shè)計(jì)成多樣，但哪種最合適還取決于樹(shù)脂的粘性。一般講，圖（a）所示的刃口式刮板比較適合粘性稍大的樹(shù)脂，圖（b）所

81、示的燕尾式刮板適合中等粘度的樹(shù)脂。對(duì)于刃口形狀的刮板，要求刃口側(cè)面的光潔度越高越好。</p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖4.1 刮刀形狀比較</p><p>　　刃口式刮板的優(yōu)點(diǎn)是:由于刮平時(shí)刮板底面與液面的實(shí)際接觸面積很小，近似為線(xiàn)接觸。因此，刮板移動(dòng)時(shí)對(duì)樹(shù)脂的帶動(dòng)作用較小;較高的光潔度使樹(shù)脂不致過(guò)多地粘在刃口

82、表面上，以盡量避免往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)破壞己修平的液面。燕尾式刮板與液面是面接觸，對(duì)于流動(dòng)性較好的樹(shù)脂，可以較好地阻止刮板前后由于高度差引起的回流。同時(shí)燕尾槽結(jié)構(gòu)可以暫時(shí)儲(chǔ)存多余的樹(shù)脂，對(duì)液面有微量地補(bǔ)償修平作用。故本設(shè)計(jì)中采用刃口式刮板。</p><p>　　3.5.2 刮板的材料和移動(dòng)速度對(duì)涂層質(zhì)量的影響</p><p>　　刮板在液面上移動(dòng)時(shí)，樹(shù)脂被帶動(dòng)的實(shí)質(zhì)是固液兩相之間的吸附作用，減小二者

83、的吸附作用，就能減少刮板移動(dòng)時(shí)帶走的樹(shù)脂量。根據(jù)固液兩相之間的浸潤(rùn)機(jī)理可知，刮板應(yīng)該選用表面張力值較小的材料，如金屬鋁、有機(jī)物聚四氟乙烯等。刮板速度高，可以使刮板前的樹(shù)脂來(lái)不及回流，但是太高會(huì)帶動(dòng)己成形部分，影響位置精度，同時(shí)液面的修平效果不好。</p><p>　　為方便零件的采購(gòu)與安裝，刮刀機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)所采用的方式以及零件的規(guī)格均與掃描系統(tǒng)相同，均采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)綜合考慮，選擇57BYGH401型步進(jìn)電機(jī)。如下圖

84、所示。</p><p>　　圖3-3 步進(jìn)電機(jī)尺寸圖</p><p>　　表3-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p><b>　　3.6液槽的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　光固化快速成型機(jī)要求樹(shù)脂液面保持在一個(gè)固定的位置不變。由于制作過(guò)程中樹(shù)脂由液體變?yōu)楣腆w，取出后，樹(shù)脂內(nèi)槽的樹(shù)脂會(huì)減少，使液面下降，液面的不穩(wěn)定會(huì)影響制

85、作工件的精度。液位控制系統(tǒng)的作用是保持液面穩(wěn)定不變。</p><p>　　基本結(jié)構(gòu)包括：浮球液位計(jì)、步進(jìn)電機(jī)等。</p><p>　　浮球液位計(jì)的工作原理是由于樹(shù)脂在不斷減少的過(guò)程中浮球也隨著會(huì)上下運(yùn)動(dòng)，由于浮球中的磁體和傳感器作用，所以通過(guò)檢測(cè)電學(xué)量的變化來(lái)反映容器內(nèi)液位的情況，該儀表可以配合其轉(zhuǎn)換器，輸出電壓信號(hào)機(jī)器開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而達(dá)到電信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸與控制。</p>&l

86、t;p>　　3.6.1 步進(jìn)電機(jī)的選型設(shè)計(jì)</p><p>　　該電機(jī)主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)泵抽取樹(shù)脂，因?yàn)闃?shù)脂要時(shí)刻補(bǔ)償，所以，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行會(huì)很慢。</p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：</p><p>　　其中：導(dǎo)軌摩擦至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　：絲杠的導(dǎo)程，這里=5</p><p>　　?μ

87、:摩擦系數(shù)，這里取μ=0.01</p><p>　　η：傳遞效率，這里取η=0.9</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最大靜力距Mmax,電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要滿(mǎn)足,并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)小于（0.2～0.4）Mmax，則Mmax應(yīng)大于0.0015～0.003 N.m。</p><p><b>　?。?）步距角的計(jì)算</b

88、></p><p>　　因?yàn)闃?shù)脂液面的變化量為0.01mm，由S/S浮=10:1，所以F軸的精度為0.1mm。</p><p><b>　　由，求得</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，選取57BYG250B，二相混合式步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下表4-6：</p><p>　　表3-6步進(jìn)電機(jī)57BYG250B

89、參數(shù)</p><p>　　第四章 SLA快速成型機(jī)的電氣部分選型設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　4.1 控制方式的選擇</p><p>　　目前可以對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制功能的手段，有很多，比較典型的有單片機(jī)控制、PLC控制、工控機(jī)控制等手段。</p><p>　　（1）單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller

90、Unit），常用的英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是用于工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用的英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是用于工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集中到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算

91、機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講；一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜。為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利的條件。</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU、內(nèi)存、并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)總要相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可，用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣。</p&g

92、t;<p>　　單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花很大力氣也不可能做到的。</p><p>　?。?）PLC=programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行

93、邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)。計(jì)數(shù)與算數(shù)操作等許多面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，是工業(yè)控制的核心部分。</p><p>　　PLC實(shí)際上是一類(lèi)用于控制工業(yè)計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)靈活傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定 范圍廣低成本適用面廣</p>

94、<p>　?。?）工控機(jī)既工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但現(xiàn)在，更時(shí)髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡(jiǎn)稱(chēng)IPC，全稱(chēng)Industrial Personal Computer。工控機(jī)通俗的說(shuō)就是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。</p><p><b>　　IPC的技術(shù)特點(diǎn)</b></p><p>　　采用符合“EIA”標(biāo)準(zhǔn)的全鋼化工業(yè)機(jī)箱，增強(qiáng)了抗電磁干擾能力。</

95、p><p>　　采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，CPU及各功能模塊都使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿式軟鎖定，并提高了抗振動(dòng)、抗沖擊能力。</p><p>　　機(jī)箱內(nèi)部有一雙風(fēng)扇，正壓對(duì)流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用來(lái)防塵。</p><p>　　配有高度可靠地工業(yè)電源，并有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　電源及鍵盤(pán)均有電子鎖開(kāi)關(guān)，可防止非法開(kāi)、關(guān)和非法鍵盤(pán)

96、輸入。</p><p><b>　　具有自診斷功能。</b></p><p>　　可視需要選配I/O模塊。</p><p>　　設(shè)有“看門(mén)狗”定時(shí)器，在因故障死機(jī)時(shí)，無(wú)需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　開(kāi)放性好，兼容性好，吸收了PC機(jī)的全部功能，可直接運(yùn)行PC機(jī)各種應(yīng)用軟件。</p><p&

97、gt;　　可配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，便于多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行。</p><p>　　可采用無(wú)源母版，方便系統(tǒng)升級(jí)。</p><p>　　其主要結(jié)構(gòu)為：全鋼機(jī)箱，無(wú)源底板，工業(yè)電源，CPU卡等。適用領(lǐng)域及其廣泛，例如：控制現(xiàn)場(chǎng)、路橋控制收費(fèi)系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)、通訊保障、智能交通、管控系統(tǒng)、樓宇監(jiān)控安防、語(yǔ)音呼叫中心、排隊(duì)機(jī)、POS柜臺(tái)收銀機(jī)、數(shù)控機(jī)床、加油機(jī)、金融信息處理、石化數(shù)據(jù)采集處理

98、、物探、野外便攜作業(yè)、環(huán)保、軍工、電力、鐵路、高速公路、航天、地鐵、智能樓宇、戶(hù)外廣告等。</p><p>　　工控機(jī)通俗的說(shuō)就是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般具有強(qiáng)烈的振動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁場(chǎng)干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均有連續(xù)作業(yè)既一年中機(jī)器沒(méi)有休息。因此，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能

99、力。</p><p>　　2、機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)用底板，底板上有PCI和ISA插槽。</p><p>　　3、機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)門(mén)電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。</p><p>　　4、要求具有長(zhǎng)時(shí)間工作能力。</p><p>　　一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。</p><p>　　注：除了以上的特點(diǎn)外，其余基本相同。另外，由于以上的專(zhuān)

100、業(yè)特點(diǎn)，同層次的工控機(jī)在價(jià)格上要比普通計(jì)算機(jī)偏貴，但一般不會(huì)相差太多。</p><p>　　通過(guò)以上分析，綜合比較三者優(yōu)點(diǎn)，選擇工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。</p><p>　　4.2 加熱裝置的選擇</p><p>　　樹(shù)脂選擇光敏混合樹(shù)脂，樹(shù)脂的溫度對(duì)制件的成型質(zhì)量有一定的影響，樹(shù)脂溫度恒定在40C時(shí)再開(kāi)始制作零件，效果更佳，故應(yīng)采用加熱裝置對(duì)其加熱。</p&g

101、t;<p>　　加熱方案有兩種：工控機(jī)控制溫控機(jī)控制</p><p>　　考慮到工控機(jī)控制比較復(fù)雜，需要編寫(xiě)程序來(lái)控制，而溫控器來(lái)控制，簡(jiǎn)單方便，性?xún)r(jià)比又高，所以選擇溫控器及其溫度傳感器來(lái)控制樹(shù)脂溫度。</p><p>　　樹(shù)脂的溫度由PID溫度控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)，使樹(shù)脂溫度維持在某范圍內(nèi)。溫度傳感器測(cè)量樹(shù)脂溫度，當(dāng)樹(shù)脂的問(wèn)的超過(guò)設(shè)定值時(shí)，溫度控制器給固態(tài)繼電器法處置指令，紅外線(xiàn)

102、加熱板斷電，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)紅外線(xiàn)加熱板通電。</p><p>　　控制原理如下圖5-1所示：</p><p><b>　　溫度</b></p><p>　　采樣 樹(shù)脂</p><p><b&

103、gt;　　溫度</b></p><p>　　圖5-1 溫度控制傳感器</p><p>　　包括：PID 溫度控制器、溫度傳感器、紅外線(xiàn)加熱板、固態(tài)繼電器。</p><p>　　4.3 各種控制卡的選擇</p><p>　　光固化快速成型機(jī)涉及到Z軸升降，F(xiàn)軸補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)及刮板的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，需要三個(gè)電機(jī)，因此選擇4軸步進(jìn)和伺服運(yùn)動(dòng)控

104、制卡 PCI-8134，其特性如下：32位PCI總線(xiàn)，即插即用：輸入脈沖高達(dá)2.4MHz;脈沖輸出可選：OUT/DIR,CW/CCW:2軸直線(xiàn)插補(bǔ)：可編程加速或減速時(shí)間：在線(xiàn)改變速度：梯形和S曲線(xiàn)速度曲面：多軸同步啟動(dòng)/停止；對(duì)限位開(kāi)關(guān)，復(fù)位開(kāi)關(guān)，索引信號(hào)，INP，ERC，ALM有專(zhuān)門(mén)的I/O接口；</p><p>　　另外該成型機(jī)涉及到的信號(hào)有數(shù)字量輸出輸入，如指示燈的開(kāi)關(guān)量，形程開(kāi)關(guān)極限位置的信號(hào)輸入。還有液

105、位檢測(cè)裝置模擬量的輸入，因此選擇PCL—711B低成本多功能采集卡，該卡是一個(gè)多功能、高性能和通用的數(shù)據(jù)采集卡，適用于IBM個(gè)人計(jì)算機(jī)和兼容機(jī)。PCL-711B的設(shè)計(jì)在一個(gè)板上綜合了所有數(shù)據(jù)采集的功能，如A/D、D/A、D/O、D/I。</p><p><b>　　產(chǎn)品規(guī)格：</b></p><p>　　模擬量輸入（A/D）</p><p>　

106、　ADC和分辨率：12位ADS574或兼容芯片：通道數(shù)：8路單端：最大采樣速率：35KHz:</p><p>　　輸入信號(hào)范圍：±V，±2.5V，±1.25V，±0.625V，±0.3125V，軟件可2編程。</p><p>　　模擬量輸出（D/A）</p><p>　　DAC分辨率：12位，7541A工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通道

107、數(shù)：1個(gè)，參考電壓：-5V～-10V。數(shù)字I/O（D/O）</p><p>　　通道數(shù)：16DI通道和16DO通道，I/O特性，TTL兼容。</p><p>　　圖4.1 運(yùn)動(dòng)控制卡</p><p>　　4.4 系統(tǒng)部件之間的聯(lián)系</p><p>　　計(jì)算機(jī)通過(guò)程序控制運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成各

108、種運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了光固化快速成型機(jī)的整體運(yùn)動(dòng)。如下圖4.2</p><p>　　圖4.2運(yùn)動(dòng)控制之間聯(lián)系</p><p>　　第五章 控制軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1光固化快速成型機(jī)控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1.1 總體設(shè)計(jì)原則</p><p>　　光固化快速成型控制系統(tǒng)的軟件是指在CAD的基礎(chǔ)

109、上驅(qū)動(dòng)數(shù)控加工所用軟件的總稱(chēng)。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念由光固化快速成型加工的完整工藝過(guò)程來(lái)決定?？刂栖浖且粋€(gè)完整的快速成型軟件的重要組成部分,主要功能就是完成從切片處理工藝之后的所有數(shù)據(jù)處理和加工任務(wù)的控制,所以更具體的說(shuō)它是光固化快速成型工藝數(shù)據(jù)的處理與加工控制軟件,以下也稱(chēng)之為控制軟件</p><p>　　圖5.1控制系統(tǒng)硬件接線(xiàn)圖</p><p>　　控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)對(duì)其其加工控制功能

110、的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)硬件之間聯(lián)系緊密的,但在總體上應(yīng)首先遵循以下幾點(diǎn)原則。</p><p><b>　　1）實(shí)用性</b></p><p>　　首先應(yīng)具有以下基本功能:</p><p>　　1、能夠?qū)す忸^的光斑半徑和樹(shù)脂固化成型收縮等進(jìn)行工藝補(bǔ)償;</p><p>　　2、支持多種掃描加工方式以及優(yōu)化掃描加工路徑;</p

111、><p>　　3、具有完備的加工控制功能;</p><p>　　4、能夠?qū)Τ尚瓦^(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真和對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤顯示。 </p><p>　　5、在不同的參數(shù)的設(shè)置下可以進(jìn)行加工時(shí)間的估計(jì)。 </p><p>　　6、對(duì)光頭位置和光源的狀態(tài)調(diào)整支持手工操作。</p><p>　　7、能夠?qū)悠喞疤卣鼽c(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)捉

112、,方便對(duì)加工起始點(diǎn)的設(shè)置。</p><p><b>　　2)通用性</b></p><p>　　在快速成型技術(shù)推廣與發(fā)展的十幾年期間,STL文件以其表達(dá)方式簡(jiǎn)單、易于后續(xù)處理、便于不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與RP系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換的特點(diǎn),被工業(yè)界認(rèn)為是快速成型技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。因此,控制軟件應(yīng)能夠支持多種切片軟件生成的文件格式。另一方面,在成型機(jī)加工控制外還要考慮最

113、終掃描加工路徑,還應(yīng)考慮格式的通用性,使可以與CAD模型切片生成的掃描數(shù)據(jù)與其它成型機(jī)的數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3)可靠性要高,可維護(hù)性要好。</p><p>　　4)具有多任務(wù)和一定的跟蹤處理能力。</p><p>　　5)應(yīng)與切片軟件有一定的集成性,用戶(hù)界面要完美。</p><p><b>　　5.硬件控制模塊&l

114、t;/b></p><p>　　5.1.1硬件控制模塊的功能</p><p>　　硬件控制模塊是在軟件與硬件之間的一個(gè)中間模塊，是加工模塊與手動(dòng)控制模塊，向硬件發(fā)送控制信息的數(shù)據(jù)傳輸和控制通道。該模塊的主要作用就是直接面對(duì)PCL-8134控制卡和計(jì)算機(jī)I/0端口，解釋、分配并發(fā)送各種控制信息，從而控制步進(jìn)電機(jī)、光源等部件并且完成所需的動(dòng)作。</p><p>　

115、　5.1.2硬件控制模塊的結(jié)構(gòu)</p><p>　　硬件的控制通過(guò)C++控制，另外，也將這些有關(guān)硬件控制的功能函數(shù)庫(kù)編譯成了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，以供其它應(yīng)用程序的鏈接使用。從層次結(jié)構(gòu)上看，硬件控制模塊可分為硬件抽象層與硬件驅(qū)動(dòng)層，如圖5.1</p><p>　　加工模塊 手動(dòng)控制模塊</p><p><b>　　硬件模塊控制&

116、lt;/b></p><p>　　PCI8134 I/O端口</p><p>　　圖5.1 硬件控制模塊的層次結(jié)構(gòu)</p><p>　　若從上層模塊，從硬件控制模塊的調(diào)用角度看,其功能結(jié)構(gòu)如表5.1所示:</p><p><b>　　表5.1</b></p><p>