sla设备的机械系统设计_毕业设计（论文）.doc

沈阳航空航天大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）SLA设备的机械系统设计学 院机电工程学院专 业机械设计制造及自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师 摘 要 自20世纪80年代中期以来，光固化快速成型技术的发展与应用越来越广泛和深入，光固化成型机的需求也越来越大由此，本论文针对光固化成型机的机械结构进行了设计，包括：1、X-Y扫描机构；2、Z轴升降机构；3、刮刀机构，并且对其中的部分结构进行了改进X-Y方向的平面扫描运动和刮刀的水平运动采用精密滚珠丝杠传动，使其在行程较长时不出现抖动，有利于保证扫描精度，运动稳定采用直线步进电机直接连接滚珠丝杠，响应更加快速准确，同时因无中间部件，使机械结构简单化，精度较高通过对立体激光固化造型机机械结构的设计，使得其运动和传动更加合理和平稳，进而使其在生产过程中能够更好的进行生产关键词：立体激光固化；扫描机构；快速成型；传动 Abstract Since the mid-1980s, Stereolithography technology development and application of more extensive and in-depth, light curing machine demand is also growing. Thus, this thesis light curing machine mechanical structure has been designed. Including: 1, XY scanning mechanism; 2, Z axis lifting mechanism; 3, scraper, and on which part of the structure has been improved. XY plane scanning direction movement and horizontal movement of the blade using precision ball screw drive, so that it does not appear when a longer trip jitter, will help ensure scanning accuracy, movement and stability. Using linear stepper motor directly connected to ball screw, respond more quickly and accurately, but because there is no middle parts, simplify the mechanical structure and high precision.Through the three-dimensional modeling of light-cured in the design and mechanical systems, making their campaigns and drive more reasonable and stable, then in the production process so that it can better carry out production.Keywords: Scanning; agencies; Rapid Prototyping ; Transmission　 目 录摘 要 I目 录 III1绪 论 11.1 快速原型技术简介 11.1.1 RP的基本构思 11.1.2 几种典型的快速成型技术 21.1.3 各种成型方法简介及对比 41.2 快速成型精度概述 41.3 立体激光固化成型（SLA）的成型原理 61.4 SLA的国内外发展现状 71.5 本次设计的主要工作 81.5.1 主要设计任务 81.5.2 主要技术参数 82机械结构的设计方案 92.1 X-Y向扫描运动机构的设计 92.2 Z轴升降系统设计 102.3 刮刀系统的设计 123机械结构的设计计算 133.1脉冲当量、传动比及步进电机步进角的确定 133.2 滚珠丝杠的选型与计算 133.2.1滚珠丝杠受力计 133.2.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 163.3 导轨的选型及计算 233.3.1 初选导轨的型号 233.3.2 计算滚动导轨副的距离寿命 233.4 步进电机的选择 243.4.1 步进电机简介 243.4.2 传动系统等效转动惯量的计算 253.4.3 所需转动力矩的计算 273.5 联轴器的选择 333.6 轴承寿命计算 343.6.1 X-Y向深沟球轴承寿命计算 343.6.2 Z向深沟球轴承寿命计算 353.7 刮刀系统设计 353.7.1 刮板的选择 353.7.2 刮板的材料和移动速度对涂层质量的影响 364 PLC控制系统 384.1步进电机的简介 384.2步进电机的工作原理及特性 384.3 PLC简单介绍 384.3.1为大量实际应用而开发的特殊功能 384.3.2网络和数据通信 394.3.3其它功能 394.4 控制原则 394.5控制方法 404.5.1 行程控制 404.5.2 进给速度控制 404.5.3 进给方向控制 404.6 本章小结 40结论 41参考文献 42致 谢 44I沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 1绪 论本文主要针对立体激光固化造型机机械结构设计。

按照国家和行业相关标准，机械传动部分参照了《机电一体化系统设计手册》在设计过程中，力求使立体激光固化造型机的传动及零部件结构简单、运动稳定、而且成本低廉、质量可靠、可批量生产，并且促进立体激光固化造型机的普及与发展，同时为国内同类机器的设计提供一定的参考1.1 快速原型技术简介快速成型制造技术(Rapid Prototype)，简称 RP，是先进制造技术的重要分支它是80年代后期起源于美国，后很快发展到欧洲和日本，可以说是近20年来制造技术最重大突破之一，对制造业的影响可以与20世纪50～60年代的数控技术相比快速成型技术综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术、及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期而以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速工装模具制造、快速精铸技术则可以实现零件的快速制造它是基于一种全新的制造概念——增材加工法由于CAD技术和光机电控制技术的发展，这种新型的样件制造工艺就日益在生活中得到应用1.1.1 RP的基本构思任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向迭加而成，因此可利用分层切片软件，将计算机产生的CAD三维实体模型处理成一系列薄截面层，并根据各截面层形成的二维数据，用粘贴、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层有选择地固化液体(或粘结固体)材料，从而快速堆积制作出所要求形状的零部件(或模型)。

传统的制造方法是基于材料去除(material remove)概念，先利用CAD技术作出零件的三维图形，然后对其进行数值分析(有限元分析、模态分析、热分析等)，再经动态仿真之后，通过CAM的一个后处理(Post Process)模块仿真加工过程，所有的要求均满足之后，形成NC文件在数控机床上加工成形快速原型制造技术RP 突破了传统加工中的金属成型(如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工)和切削成形的工艺方法，是一种“使材料生长而不是去掉材料的制造过程”，其制造过程的主要特点是：1、新的加工概念RPM是采用材料累加的概念，即所谓“让材料生长而非去除”,因此,加工过程无需刀具、模具和工装夹具，且材料利用率极高;2、突破了零件几何形状复杂程度的限制,成形迅速,制造出的零件或模型是具有一定功能的三维实体；3、越过了 CAPP(Computer Aided Process Planning)过程，实现了 CAD/ CAM的无缝连接；4、RP系统是办公室运作环境,真正变成图形工作站的外设由于 RPM可以快速、自动、精确地将CAD模型转化成为具有一定功能的产品原型或直接制造零件，因此它对于缩短产品的研发周期、控制风险、提高企业参与市场竞争的能力，都具有重要的现实意义。

1.1.2 几种典型的快速成型技术1、立体激光固化成型 SLAStero Lightgraphy Apparatus又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置2、薄片分层叠加成型LOM薄片分层叠加成型（Laminated Object Manufacturing）工艺又称叠层实体制造或分层实体制造LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成型材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶加工时，用CO2激光器（或刀）在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，是当前层与下面已成型的工件层粘接，从而堆积成型LOM工艺只需在片材上切割出零件的截面轮廓，而不用扫描整个截面因此易于制造大型、实体零件，而且LOM制作的零件不收缩、不变形，精度可达±0.1mm，切片厚度0.05～0.50mm工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺也无需添加支撑 3、选择性激光粉末烧结成型 SLS选择性激光粉末烧结成型（Selected Laser Sintering）工艺又称为选区激光烧结，由美国的克萨斯大学奥斯丁分校的C.R.Dechard 于1989年研制成功SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下逐渐堆积成型。

此法采用CO2激光器作能源，在工作台上均匀铺上一层很薄（0.1-0.2mm）的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选性的进行烧结全部烧结完后去掉多余的粉末，在进行打磨、烘干等处理便获得零件SLS工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料材料，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件特别是可以直接制造金属零件，这使SLS工艺颇具吸引力另一特点是SLS工艺无需加支撑，因为米有被烧结的粉末起了支撑作用因此可以烧结制造空心、多层镂空的纷杂零件4、融积成型技术 FDM融积成型技术(Fused Deposition Modeling)的制造过程是，首先通过系统随机的Quick slice和SupportWorks软件将CAD模型分为一层层极薄的截面，生成控制FDM喷嘴移动轨迹的几何信息运作时，FDM加热头把热塑材料(如聚脂塑料、ABS塑料、蜡等)加工到临界状态，在微型机控制下，喷嘴沿着CAD确定的平面几何信息数据运动并同时挤出半流动的材料，沉积固化成精确的实际零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成层并同样固化之，且与已固化层牢固地连接在一起如此反复，由下而上形成一个三维实体FDM的制作精度目前可达±0.1。