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摘 要
本設(shè)計(jì)內(nèi)容詳細(xì)的說明了快速原型制造的發(fā)展歷程與背景，也寫明了本設(shè)計(jì)的意義何在。通過對(duì)比其他的生產(chǎn)方式，確定了設(shè)計(jì)主要側(cè)重的點(diǎn)。闡述了FDM系統(tǒng)的存在問題及前景優(yōu)勢(shì)，另外對(duì)FDM系統(tǒng)與原理進(jìn)行了敘述。
3D打印機(jī)，是一種可以實(shí)現(xiàn)立體三維打印的設(shè)備，本次設(shè)計(jì)主要對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用廣泛的FDM型3D打印機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先了解關(guān)于FDM層積型3D打印機(jī)的相關(guān)資料，對(duì)其功能原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解。然后確定本次設(shè)計(jì)的總體方案。確定主要參數(shù)和尺寸，然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括XYZ移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)選型傳動(dòng)計(jì)算和校核等。然后對(duì)結(jié)構(gòu)零部件件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。繪制總體裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書記錄設(shè)計(jì)過程。
關(guān)鍵詞：
3D打印機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直線滑臺(tái)，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，絲杠傳動(dòng)
Abstract
This paper provides an overview of rapid prototyping and manufacturing of domestic and international developments and their mode of production relative to other features of the comparison, and described the problems of FDM system， and described prospects of advantage and the principle of the FDM system
3D printer is a kind of equipment that can realize 3D printing. This design mainly designs FDM 3D printer which is widely used in the market. First of all, understand the relevant information about FDM laminated 3D printer, and understand its functional principle and structure. Then determine the overall plan of this design. Determine the main parameters and dimensions, and then carry out the overall structure design, including the design of XYZ mobile mechanism, including drive selection, transmission calculation and verification. Then the detailed design of structural parts and components is carried out. Draw the general assembly drawing and write the design specification to record the design process.
Key words:
3D printer, structure design, linear slide, drive design, lead screw drive
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1 選題背景和意義 1
1.2 快速原型制造技術(shù)的原理 1
1.3 快速原型制造技術(shù)的特征 2
1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.4.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.5本文的研究?jī)?nèi)容 4
第二章 打印機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 5
2.2 打印機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 6
2.3 結(jié)構(gòu)解釋 7
第三章 打印機(jī)橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 總體方案設(shè)計(jì) 9
3.1.1 進(jìn)給要求 9
3.1.2 滑臺(tái)方案設(shè)計(jì) 9
3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 10
3.2.3 技術(shù)參數(shù)及型號(hào)如下 11
3.3 同步帶傳動(dòng)的計(jì)算與選型 11
3.3.1 同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn) 11
3.3.2 同步帶的主要材料 13
3.3.3 同步帶輪的主要類型 13
3.3.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.4 導(dǎo)軌選型設(shè)計(jì) 16
3.4.1 導(dǎo)軌概述 16
3.4.2 導(dǎo)軌分類 16
3.4.3 導(dǎo)軌選型與長(zhǎng)度計(jì)算 16
第4章 Z軸升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.1 總體方案設(shè)計(jì) 19
4.1.1 進(jìn)給要求 19
4.1.2 進(jìn)給方案設(shè)計(jì) 19
4.2 步進(jìn)電機(jī)選擇 19
4.2.1 電動(dòng)機(jī)軸負(fù)載計(jì)算 19
4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力校驗(yàn) 20
4.2.3 技術(shù)參數(shù)及型號(hào)如下 21
4.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì) 21
4.3.1 滾珠絲杠副概述 21
4.3.2 滾珠絲杠副計(jì)算 22
4.5 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 24
4.5.1 聯(lián)軸器的選型 24
4.4.2 轉(zhuǎn)矩校核 26
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 30
VI
1緒論
1.1 選題背景和意義
隨著時(shí)代的進(jìn)步，各種技術(shù)也在逐漸的改革以及發(fā)展?？焖俪尚图夹g(shù)就是從90年代初崛起的。這種技術(shù)是為了適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展，減少人力、物力、資源的消耗而開發(fā)的。它能提高產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，對(duì)推動(dòng)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展有著良好的作用。它所涵蓋的方面也很廣，所以這種技術(shù)也被大多數(shù)國(guó)家所應(yīng)用。
隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)企業(yè)為了能適應(yīng)這個(gè)時(shí)代的改變，也在努力的改革進(jìn)步之中，制造商希望自己的產(chǎn)品精度、質(zhì)量有所提高，產(chǎn)品受到大家喜愛。在這個(gè)前提下，雖然他們努力的提高自己的技術(shù)科技，但是有時(shí)技術(shù)部門總會(huì)遇到一些問題，例如機(jī)器設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間或者年久時(shí)會(huì)磨損、損壞，而且機(jī)器的維修部件種類極其龐大，維修部件買少了，有些故障無法解決，買多了，經(jīng)濟(jì)成本等問題也會(huì)浮現(xiàn)出來，這些一系列問題都會(huì)導(dǎo)致企業(yè)的發(fā)展遭到限制，資金庫(kù)不足，產(chǎn)品質(zhì)量不好，從而惡性循環(huán)導(dǎo)致企業(yè)倒閉。所以國(guó)家、企業(yè)為了解決這類問題，推出了快速成型技術(shù)，采用快速成型技術(shù)快速的，高效的以及用成本很低的方式來解決維修，更換設(shè)備等問題。隨著這種應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展完善，維修等方面問題也就迎刃而解。所以本課題就快速原型設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究是十分有意義。
1.2 快速原型制造技術(shù)的原理
快速原型制造技術(shù)簡(jiǎn)稱RPM技術(shù)，它主要的原理是要將產(chǎn)品的三維模型通過電腦按一定的規(guī)格進(jìn)行離散處理后，將數(shù)據(jù)按照規(guī)格逐次算進(jìn)預(yù)算好的設(shè)備中，再以二維的形式進(jìn)行加工，逐漸堆積成為有序的產(chǎn)品模型。RPM技術(shù)的細(xì)節(jié)操作是:運(yùn)用了平面二維軟件，逐次設(shè)計(jì)，而后層層堆積，最終堆積成為了三維零件實(shí)體。一般在堆積的時(shí)候，它主要運(yùn)用的方式有粘連，火燒融合以及運(yùn)用化學(xué)等層面，使它們反應(yīng)相連。本技術(shù)變成最終需要的實(shí)體零件與其他傳統(tǒng)的工藝不相同，一般傳統(tǒng)工藝可能會(huì)使用蠻力壓迫等方式使零件成型，但本技術(shù)則采用了高溫，光能，電能等方式，用得最多的就是激光加工的方式完成堆積工作。成品的一系列過程是通過一點(diǎn)點(diǎn)堆積使體積不斷增大，疊加隨之完成。堆積后原型的剛度既和它本身的材料有關(guān)，也與在中間所施加的力量能量有關(guān)，想要使工件達(dá)到我們所需要的標(biāo)準(zhǔn)，中間的控制能量的進(jìn)給量是比較關(guān)鍵的，在加工之前，我們需要預(yù)算能量加到多少足夠，要有控制進(jìn)給能量區(qū)間的計(jì)算，從材料方面、能量分布情況等都要考慮充分，才能準(zhǔn)確的將我們所需要的工件無差別使用。
1.3 快速原型制造技術(shù)的特征
從以上RPM技術(shù)的原理來看，它具有以下幾點(diǎn)特征：
適用于不規(guī)則形狀、復(fù)雜的三維實(shí)體；它是一種環(huán)保型的制造技術(shù)，下腳料的需求量極少；解決了CAD中三維模型的諸多問題，實(shí)現(xiàn)了制造、設(shè)計(jì)高度一體化；柔性極高，生成不同形狀的零件只需更改CAD模型即可；制成成品的過程中不需要特殊的模具和工裝夾具；新產(chǎn)品的制作世界大大縮短，技術(shù)擁有高度的集成性，是一種極具技術(shù)特征的數(shù)字化技術(shù)。
1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.4.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)今，立體光固化成型法、熔融沉積成型法、LOM以及3DP等工藝在一代代人的探索過程中都相對(duì)更加完善。當(dāng)今世界飛速發(fā)展的制造技術(shù)之一是快速原型技術(shù)，截至到現(xiàn)在一直處在發(fā)展繁榮階段，制造技術(shù)與快速原型技術(shù)受到青睞的原因，主要是它可以非常迅速的將人類設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為擁有一定構(gòu)造和作用的三維實(shí)體，使產(chǎn)品原型包括零件生產(chǎn)都大大降低了成本，對(duì)如今日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)以及新產(chǎn)品的快速開發(fā)都實(shí)現(xiàn)了大大滿足[4]。
由于迅速發(fā)展的快速原型技術(shù)，RPM技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)在世界上也越來越多，據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1996年開展RPM技術(shù)研究的僅有230多家機(jī)構(gòu)，目前在互聯(lián)網(wǎng)研究以及開發(fā)RPM技術(shù)的有數(shù)百家研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和大學(xué)。美國(guó)在這一領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，各種不同的工藝大多都最先出現(xiàn)在美國(guó)。日本僅此于美國(guó)，光固化樹脂成型技術(shù)是他們主要研究方向。同時(shí)許多廠家和機(jī)構(gòu)在歐洲也開展了各種快速原型技術(shù)的研究。
圖1-1國(guó)外最新3d打印機(jī)F120
1.4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
加工的制品是由材料進(jìn)行路徑堆積所形成的。3D熔融成型打印機(jī)主要是保證打印機(jī)的質(zhì)量的關(guān)鍵?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的3D打印機(jī)技術(shù)是FDM熔融層積成型技術(shù)，其制造成品和材料的成本都是很低的。在計(jì)算機(jī)的精準(zhǔn)控制下，截面輪廓的信息對(duì)各種規(guī)格化直徑的線條通過加熱和熔化而成型，材料部件經(jīng)過熔化后主要包括了兩個(gè)功能，一是通過加熱后，送出去的絲熔化成為了熔融狀態(tài)，從而通過噴頭將其擠出，再另外一個(gè)功能就是按要求達(dá)到送出去的絲的精度。為保證送絲量的準(zhǔn)確性，一般選擇步進(jìn)馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
在90年代的初期我國(guó)開始了這方面的研究，最早在1992年清華大學(xué)首次開始進(jìn)行RP技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。在設(shè)備、軟件、材料以及工藝方法等等方面南京航天大學(xué)、清華大學(xué)、北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司等都做了大量的開發(fā)、研究工作，已經(jīng)達(dá)到或者接近商品化機(jī)器層度的RP設(shè)備已經(jīng)被有關(guān)單位開發(fā)了出來。同時(shí)開展材料、工藝和應(yīng)用方面的RP研究工作的科研機(jī)構(gòu)分別有大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等高校。兩次陸續(xù)召開的全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議，RP專題在多次學(xué)術(shù)會(huì)議的制造及自動(dòng)化領(lǐng)域都有所涉及，這充分說明在國(guó)內(nèi)人們所關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)上升到了RP技術(shù)，RP技術(shù)也被國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)作為重點(diǎn)資助的先進(jìn)制造技術(shù)。1998年七月，清華大學(xué)成功召開了有關(guān)RP技術(shù)的權(quán)威機(jī)構(gòu)的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，這匯集了世界上大多數(shù)的權(quán)威機(jī)構(gòu)，這說明中國(guó)的RP技術(shù)水平已經(jīng)被國(guó)際承認(rèn)，這也成為了RP技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)邁上了一個(gè)新臺(tái)階的標(biāo)志。
圖1-2廣東峰華卓立科技股份有限公司智能砂型3D打印機(jī)
1.5本文的研究?jī)?nèi)容
隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，3D智能打印機(jī)的技術(shù)也在不斷提升，它不僅在生活中甚至在醫(yī)學(xué)，制造上都有著至關(guān)重要的作用，所以本次的研究?jī)?nèi)容就是以FDM技術(shù)為核心的3D打印機(jī)。第一點(diǎn)我們要知道關(guān)于這中打印機(jī)的外部形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它具體的功能先入手。然后確定本次設(shè)計(jì)的總體方案。確定主要參數(shù)和尺寸，然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括XYZ移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)選型傳動(dòng)計(jì)算和校核等。
現(xiàn)今國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的3D打印機(jī)技術(shù)是FDM熔融層積成型技術(shù)，因?yàn)檫@種類型打印機(jī)產(chǎn)出的廢料很少，比較環(huán)保。能減少運(yùn)輸制造新產(chǎn)品的時(shí)間，省時(shí)省力。在加工過程中，只需控制能量的進(jìn)給就可以設(shè)計(jì)出各式各樣的零件，工件。FDM快速成型技術(shù),采用此類技術(shù)之一快速的，高效以及用成本很低的方式來解決維修，更換設(shè)備等問題。這是促進(jìn)社會(huì)、人類文明的一種技術(shù)，所以我想借此次機(jī)會(huì)研究它，使我國(guó)在快速成型技術(shù)中占有較為先進(jìn)的領(lǐng)導(dǎo)地位，為我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)微薄之力。
本文整體結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。
圖1-3論文整體結(jié)構(gòu)
第二章 打印機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
現(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)FDM型3D打印機(jī)的需求量比較大，所以本設(shè)計(jì)主要針對(duì)這種類型的打印機(jī)。首先了解關(guān)于這種打印機(jī)的外部形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它具體的功能，其次確定本次設(shè)計(jì)的總體方案，再根據(jù)主要參數(shù)和尺寸，進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括XYZ移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)選型傳動(dòng)計(jì)算和校核等。最后對(duì)結(jié)構(gòu)零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制總體裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書記錄整個(gè)設(shè)計(jì)過程及結(jié)果等。
查找相關(guān)的資料：按照不同的設(shè)計(jì)時(shí)間段，去收集和查找相關(guān)設(shè)計(jì)的材料，前期主要用一周時(shí)間左右去查找資料，通過書籍，期刊，相關(guān)論文等都是可以的。做好前期的熟悉課題等工作，再進(jìn)行下一步的工作。
設(shè)計(jì)方案的確定：包括外形尺寸、動(dòng)力系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，畫出初步結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
要熟練了解以及使用相關(guān)二維軟件，三維軟件，如Auto CAD,Catia等。全部計(jì)算工作以及設(shè)計(jì)的工作都要在電腦上說明，電腦完成圖紙等。要根據(jù)要求完成裝配圖，部裝圖，零件圖繪制，還有相關(guān)計(jì)算寫在說明書上。
2.2 打印機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
熔融層積成型3D打印機(jī)技術(shù)。它主要是通過電腦的操作，按照計(jì)算機(jī)給出的指令將各式各樣比較標(biāo)準(zhǔn)的材料來供熱使其融化成理想的模樣的過程，將加工后的東西使其層層標(biāo)準(zhǔn)堆積變成了最后的成品。這種打印機(jī)的機(jī)頭是最終成品質(zhì)量保證最為關(guān)鍵的一部分，它主要有兩種效用，第一種是根據(jù)我們所需要的去保證送絲的精度，第二種是使用進(jìn)給熱量，將絲熔化成熔融的狀態(tài)。最終在噴頭處將絲噴出。驅(qū)動(dòng)一般采用步進(jìn)電機(jī)，以保證準(zhǔn)確的送絲量。
圖2-1打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
（1）送絲機(jī)構(gòu)
在驅(qū)動(dòng)齒輪上，材料被軸承緊緊壓住將料絲壓在了它的上面，驅(qū)動(dòng)部分使電機(jī)開始工作，齒輪使傳送帶進(jìn)行進(jìn)給材料，給出的數(shù)量也可以經(jīng)過控制電機(jī)來控制。
（2）擠出頭
通過步進(jìn)電機(jī)送出材料到輸送管之中。因?yàn)楣峁ぜl(fā)揮了它的功能，所以材料在輸送管中先進(jìn)行固態(tài)半液化，然后這部分材料到了頭部則變成了液態(tài)，也就是熔融態(tài)。材料繼續(xù)進(jìn)給，變成了熔融態(tài)的材料也從頂部的小口里變成了熔絲。
擠出頭的材料通常是黃銅材質(zhì)，料口的直徑一般是零點(diǎn)五毫米、零點(diǎn)四毫米、零點(diǎn)三五毫米。如果直徑偏大的話，加工后的物體的精度達(dá)不到我們所需要的要求。反之，會(huì)比較容易發(fā)生工作速度趕不上進(jìn)給速度，材料產(chǎn)生擁堵。為了使熔絲熔化，我們就需要使用加熱塊以及加熱器?？刂破鬟\(yùn)行著溫度把控的工作，感溫線起到觀測(cè)的作用，兩者相互輔佐。料管的材料剛度一定要足夠，它的表面也不能容易產(chǎn)生摩擦。我們也需要用特氟龍管來阻斷進(jìn)絲部分與擠出頭的熱傳導(dǎo)事宜。
整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案示意圖如圖所示，機(jī)構(gòu)包含三向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和送絲機(jī)構(gòu)，打印頭架體組成。
圖2-2整體結(jié)構(gòu)示意圖
具體包括1.架體；2.Z軸升降機(jī)構(gòu)；3.X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)；4.打印頭；5.送絲機(jī)構(gòu)；6.Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)；7.工作臺(tái)。
本結(jié)構(gòu)是由輸出結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，傳送結(jié)構(gòu)，加熱結(jié)構(gòu)以及加工平面等部分構(gòu)成。它主要是通過電腦的控制，輸出部分按照加工需要以及所給出的信息在加工面進(jìn)行輸出加工。運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)部分也就是供絲部分把材料輸入進(jìn)噴頭中，經(jīng)過一系列變化，最終將熔融狀態(tài)的材料輸出出來，當(dāng)材料厚度足夠時(shí)，工作臺(tái)下移，繼續(xù)下一輪加工，直到總成品完成，工作結(jié)束。
2.3 打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）Z軸升降機(jī)構(gòu)
3D打印機(jī)Z軸升降機(jī)構(gòu),其包括電機(jī)、傳動(dòng)桿、聯(lián)軸器，位于傳動(dòng)桿上的工作平臺(tái)裝置、穿過工作平臺(tái)裝置的導(dǎo)桿、固定并夾緊導(dǎo)桿底部的固定塊、固定傳動(dòng)桿另一端的帶座軸承、承載帶座軸承且固定在導(dǎo)桿上的蓋板電機(jī)在驅(qū)動(dòng)工作平臺(tái)裝置上升或者下降過程中,滾珠絲杠發(fā)生彎曲或者上端偏斜,使得工作平臺(tái)裝置升降更順暢、平穩(wěn)。本設(shè)計(jì)的構(gòu)成部分有升降進(jìn)給系統(tǒng)。它是根據(jù)輸入機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
（2） X/Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)
X/Y行走機(jī)構(gòu)由封閉同步帶帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，封閉同步帶的尺寸規(guī)格決定了3D打印機(jī)打印零件的大小，橫移機(jī)構(gòu)主要驅(qū)動(dòng)打印頭橫向移動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)主從動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同步帶夾頭固定在打印頭上移動(dòng)，通過圓導(dǎo)軌直線導(dǎo)向。縱移機(jī)構(gòu)主要驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)縱向移動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)主從動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同步帶夾頭固定在工作臺(tái)上移動(dòng)，通過圓導(dǎo)軌直線導(dǎo)向。
橫移機(jī)主要包括1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2.主動(dòng)輪；3.升降固定架，4.拖鏈，5.圓導(dǎo)軌，6.打印機(jī)頭7.滑塊，8.從動(dòng)輪，9.升降固定架見圖3-1
縱移機(jī)主要包括1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2.主動(dòng)輪；3.同步帶，4.圓導(dǎo)軌，5.從動(dòng)輪，6.架體見圖3-2。
（3） 打印頭
通過馬達(dá)輸給的材料到輸送管之中。因?yàn)楣峁ぜl(fā)揮了它的功能，所以材料在輸送管中先進(jìn)行固態(tài)半液化，然后這部分材料到了頭部則變成了液態(tài)，也就是熔融態(tài)。材料繼續(xù)進(jìn)給，變成了熔融態(tài)的材料也從頂部的小口里變成了熔絲，我們也需要用特氟龍管來阻斷進(jìn)絲部分與打印頭的熱傳導(dǎo)事宜。
（4） 導(dǎo)軌
有些時(shí)候我們需要的工件加工精度達(dá)不到我們所需要的要求，有很多種原因，其中摩擦力就是引起精度要求不夠的很主要的原因，為了減少其摩擦力，就出現(xiàn)了導(dǎo)軌，它主要是由金屬或其他材料所制成的槽或者連接兩結(jié)構(gòu)的“橋梁”。
它是一種導(dǎo)向裝置，是運(yùn)動(dòng)部件以及支撐部件構(gòu)成。它能確保工作進(jìn)行過程中順利以及成品精度等。所以導(dǎo)軌的剛度、選材等必須嚴(yán)謹(jǐn)。
（5） 滾珠絲杠
滾珠絲杠的作用在本設(shè)計(jì)中也是必不可少的，它能使各種蜿蜒運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。也能使直線運(yùn)動(dòng)變成其他的運(yùn)動(dòng)，所以我們?cè)诓僮鞯臅r(shí)候，可以進(jìn)行很多的來回操作，也能保證工作的順利進(jìn)行。它主要的構(gòu)成為，螺母，螺桿以及滾珠等構(gòu)成。滾珠絲杠主要的作用能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，它的作用得到了更好的體現(xiàn)以及完善。滾珠絲杠的摩擦力很小，所以它被大量使用于很多種機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)成，如，雕刻機(jī)，打印機(jī)等等。
（6） 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。
第三章 打印機(jī)橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 總體方案設(shè)計(jì)
3.1.1 進(jìn)給要求
傳動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行元件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等一起構(gòu)成了整個(gè)機(jī)器的進(jìn)給部分。要想完成整個(gè)工作的一系列過程，輸送，執(zhí)行等等部分，是一定不能缺少的。最后加工出的成品的精度，形狀也和進(jìn)給系統(tǒng)的精確度，結(jié)構(gòu)的保持性存在關(guān)聯(lián)。進(jìn)給部分是比較重要的，他控制了加工成品的質(zhì)量，所以這個(gè)部分一定要注意。本設(shè)計(jì)快進(jìn)速度是1000mm/min,脈沖當(dāng)量是0.001mm，橫移機(jī)構(gòu)行程：200mm。縱移機(jī)構(gòu)行程100mm。自重加工工作壓力最大載荷設(shè)定為50kg。
3.1.2 滑臺(tái)方案設(shè)計(jì)
進(jìn)給直線滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶輪傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；它的單項(xiàng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖在 3-1 所示。
它的工作原理為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)同步輪1轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶帶動(dòng)從動(dòng)輪6同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在同步帶和移動(dòng)工作臺(tái)之間有連接塊，通過同步帶的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)通過直線導(dǎo)軌2和滑塊4導(dǎo)向，當(dāng)工作臺(tái)5運(yùn)動(dòng)到極限位置，工作臺(tái)兩端安裝有限位擋板7。整個(gè)機(jī)構(gòu)安裝在底板3上，底板3四角有四根支腿8安裝在整體機(jī)構(gòu)上。
橫移機(jī)構(gòu)主要驅(qū)動(dòng)打印頭橫向移動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)主從動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同步帶夾頭固定在打印頭上移動(dòng)，通過圓導(dǎo)軌直線導(dǎo)向。
圖3-1橫移機(jī)構(gòu)總圖
1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2.主動(dòng)輪；3.升降固定架，4.拖鏈，5.圓導(dǎo)軌，6.打印機(jī)頭7.滑塊，8.從動(dòng)輪，9.升降固定架
縱移機(jī)構(gòu)主要驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)縱向移動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)主從動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同步帶夾頭固定在工作臺(tái)上移動(dòng)，通過圓導(dǎo)軌直線導(dǎo)向。
圖3-2縱移機(jī)構(gòu)總圖
1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2.主動(dòng)輪；3.同步帶，4.圓導(dǎo)軌，5.從動(dòng)輪，6.架體
3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇
電機(jī)的要求為工作臺(tái)的質(zhì)量m為五十千克，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)應(yīng)為零點(diǎn)一, 則最大軸向力 （3-1）
初步設(shè)定帶輪直徑d=12mm，則工作轉(zhuǎn)矩
（3-2）
設(shè)定傳動(dòng)比，則電機(jī)輸入扭矩 （3-3）
根據(jù)控制要求和制作成本考慮，同樣選用42步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為UI2442-40-1704A。動(dòng)力參數(shù)如下圖所示：
圖3-3動(dòng)力參數(shù)圖
電機(jī)尺寸如下圖所示：
圖3-4電機(jī)尺寸圖
3.2.3 技術(shù)參數(shù)及型號(hào)如下
由于Ts=0.36N.m>0.3N.m 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能正常啟動(dòng)，滿足要求。
3.3 同步帶傳動(dòng)的計(jì)算與選型
3.3.1 同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn)
本傳動(dòng)方式也是一種我們常見的嚙合型傳動(dòng)，傳動(dòng)帶和它的齒輪之間沒有相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)。所以導(dǎo)致主動(dòng)輪以及從動(dòng)輪之間構(gòu)成了相對(duì)應(yīng)的同步傳動(dòng)。這種傳動(dòng)點(diǎn)是根據(jù)小帶輪，大帶輪以及同步帶的齒輪間的嚙合連接而成，以下為幾種常用的機(jī)械傳動(dòng)性能比較如下表3-5。
表3-5幾種常用的機(jī)械傳動(dòng)性能比較
性能
同步帶
三角帶
平皮帶
鏈條
齒輪
同步帶具有本性能的原因
傳動(dòng)穩(wěn)定
好
差
差
好
好
齒帶與輪嚙合傳動(dòng)，中心骨架保證節(jié)距不變，傳動(dòng)基本上不依靠摩擦
速比范圍
大
大
中
大
中
允許線速度
高
中
中
低
中
輕質(zhì)、帶薄、柔韌性好、抗拉強(qiáng)度高
傳動(dòng)噪聲
小
小
小
大
中
傳動(dòng)接觸為橡膠與金屬
性能
同步帶
三角帶
平皮帶
鏈條
齒輪
同步帶具有本性能的原因
傳遞功率
中
中
中
中
大
受橡膠及中心骨架層強(qiáng)度的限制
性能
同步帶
三角帶
平皮帶
鏈條
齒輪
同步帶具有本性能的原因
低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，不需潤(rùn)滑
好
好
好
差
差
傳動(dòng)接觸為橡膠與金屬
壽命
長(zhǎng)
長(zhǎng)
長(zhǎng)
中
長(zhǎng)
耐磨損
由上述比較可以看出同步帶傳動(dòng)具有如下明顯的特點(diǎn)：
傳動(dòng)帶的傳動(dòng)比較精準(zhǔn)細(xì)膩，加工時(shí)帶沒有相對(duì)滑動(dòng)，可以保證加工精度；
結(jié)構(gòu)緊湊，耐磨性好，適宜于多根軸傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，無污染；
同步帶薄而且輕，可用于速度較高的場(chǎng)合而且噪聲小；
當(dāng)然，同步帶也存在著不可避免的缺點(diǎn)：
對(duì)同步帶的材質(zhì)要求比較高，對(duì)它的精度也需要嚴(yán)格保證；
對(duì)同步帶的中心距要求也是比較高的；
因?yàn)橥綆У牟牧弦蟾?，所以成本方面也是一個(gè)問題；
3.3.2 同步帶的主要材料
1.同步帶的材料
一般是齒輪組，耐屈伸繩以及橡膠等材料構(gòu)成了同步帶。當(dāng)然有些時(shí)候在特殊工作環(huán)境下它的材料也是不同的，我們通常在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下選用的都是氯丁二烯橡膠，因?yàn)樗容^耐老化，氣密性好，耐氧等種種優(yōu)點(diǎn)。
3.3.3 同步帶輪的主要類型
1.同步帶輪的材料
輪的材料選擇要求也是比較嚴(yán)格的，能很好的嚙合，不易磨損，傳導(dǎo)性好等優(yōu)點(diǎn)都是最優(yōu)選擇，它通常是由工程塑料，鋁合金，灰鑄鐵，鋼等構(gòu)成。
2.同步帶輪的主要類型
同步帶輪與同步帶是配合使用來完成動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞，根據(jù)同步帶的相關(guān)分類，同步帶輪主要有如下幾種。
按帶輪的齒形分，有漸開線齒形和直邊齒形兩種。
按帶輪上擋圈的類型分，有雙邊擋圈型，單邊擋圈型和無擋圈型三種。
3.3.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)前面選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可知電機(jī)額定功率
（3-4）
額定轉(zhuǎn)速
（3-5）
傳動(dòng)比i=1
1.確定同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率：
（3-6）
式中：-載荷修正系數(shù)，或者是工況系數(shù)
這里取1.6，由公式（3-6）得
2.選定帶型和節(jié)距
根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率和主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速， 綜合整體結(jié)構(gòu)尺寸，選取3M型圓弧齒同步帶。
3.選擇小帶輪齒數(shù)
同步帶傳動(dòng)中小帶輪的最少許用齒數(shù)可按下表3-6選用
表3-6同步帶傳動(dòng)中小帶輪的最少許用齒數(shù)
小帶輪轉(zhuǎn)速/（）
帶型
MXL
XXL
XL
L
H
XH
XXH
3M
5M
＜900
10
10
10
12
14
18
18
12
12
900～1200
12
12
10
12
16
24
24
12
12
，結(jié)合工作機(jī)構(gòu)安裝和尺寸要求故取
4.確定小帶輪節(jié)圓直徑
（3-7）
查帶輪外圓直徑尺寸系列表得
5.確定大帶輪齒數(shù)，由于要求同步帶和運(yùn)動(dòng)方向平行，所以傳動(dòng)比i=1。
（3-8）
式中：i-傳動(dòng)比
6.確定大帶輪節(jié)圓直徑
(3-9）
查帶輪外圓直徑尺寸系列表得
7.確定帶速v
（3-10）
一般來說M型同步帶的，故滿足要求。
8.初定軸間距
根據(jù)行程測(cè)試要求取=375mm
9.確定帶長(zhǎng)以及帶齒數(shù)z
=792mm （3-11）
選取代號(hào)的M型同步帶，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)，齒數(shù)z=250
10.計(jì)算實(shí)際軸間距
（3-12）
11.計(jì)算小帶輪嚙合齒數(shù)
（3-13）
12.計(jì)算基本額定功率
（3-14）
由于=0.3N，m=0.096
得
13.確定帶寬
（3-15）
時(shí)，取為1
式中：-嚙合齒數(shù)系數(shù)；
-同步帶寬度的標(biāo)準(zhǔn)值，一般應(yīng)小于。
；
得
14.計(jì)算作用在軸上的力
（3-16）
3.4 導(dǎo)軌選型設(shè)計(jì)
3.4.1 導(dǎo)軌概述
有些時(shí)候我們需要的工件加工精度達(dá)不到我們所需要的要求，有很多種原因，其中摩擦力就是引起精度要求不夠的很主要的原因，為了減少其摩擦力，就出現(xiàn)了導(dǎo)軌，它主要是由金屬或其他材料所制成的槽或者連接兩結(jié)構(gòu)的“橋梁”。
它是一種導(dǎo)向裝置，是運(yùn)動(dòng)部件以及支撐部件構(gòu)成。它能確保工作進(jìn)行過程中順利以及成品精度等。所以導(dǎo)軌的剛度必須足夠，選材必須嚴(yán)謹(jǐn)。
3.4.2 導(dǎo)軌分類
導(dǎo)軌分為兩種，一種為滑動(dòng)導(dǎo)軌，另一種是滾動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌通過滑動(dòng)來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以看出，它的滑動(dòng)摩擦力將大于由滾動(dòng)引導(dǎo)件的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦力，并且能量損失將不可避免地增加。因此，我選用的是直線的滾動(dòng)導(dǎo)軌。
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌損耗少可以較長(zhǎng)時(shí)間保持精度，同時(shí)可以承受各個(gè)方向的負(fù)荷，它又適用于高速運(yùn)動(dòng)需要的驅(qū)動(dòng)馬力，并且構(gòu)造簡(jiǎn)單，組裝簡(jiǎn)易。
3.4.3 導(dǎo)軌選型與長(zhǎng)度計(jì)算
本設(shè)計(jì)取用了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，該導(dǎo)軌在平時(shí)的工作環(huán)境應(yīng)該是溫度適中，結(jié)構(gòu)材料性能好，環(huán)境原因?qū)λ挠绊懞苄?。它能保證很好的精度要求，磨損度很小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單易懂。
該導(dǎo)軌定位精度也是能滿足要求的，滾動(dòng)摩擦系數(shù)很小，尤其是在它進(jìn)行少量的進(jìn)給工作時(shí)，也能精準(zhǔn)的把握好精度位置等等。
這個(gè)導(dǎo)軌在價(jià)格方面也是比較便宜的，不僅剛度足夠，而且能保證精度，也能大量的節(jié)省所消耗的時(shí)間等，減少了人力，物力的消耗。
以下介紹為不同類型的幾種導(dǎo)軌
三角導(dǎo)軌：此類導(dǎo)軌對(duì)精度的要求很高。工作結(jié)束后零件可能會(huì)導(dǎo)致磨損，它能自動(dòng)修補(bǔ)，但間隙很小，難以把控。
矩形滑道：此類滑道結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，比較好制作，好修復(fù)保養(yǎng)等，滑道面積比較大，支承力大，硬度足夠高等特點(diǎn)，所以得到了大面積使用。
燕尾形導(dǎo)軌：此種導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)為承受力量比較大，構(gòu)造比較復(fù)雜，對(duì)精度的把控好。但相比三角導(dǎo)軌，加工完成后，如果磨損了，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。
圓形導(dǎo)軌：導(dǎo)軌制作方便，外圓使用磨削，精度足夠，鉆孔也比較光滑。當(dāng)然如果被磨損了，它的自動(dòng)補(bǔ)償也難以完成。
導(dǎo)軌長(zhǎng)度選取：滑塊主要影響了導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，所以主要去控制滑塊數(shù)量以及滑塊的長(zhǎng)度。就可以控制導(dǎo)軌的長(zhǎng)度。
最開始選擇導(dǎo)軌型號(hào)為方便加工制造的圓導(dǎo)軌。
對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它的定位精度是比較高的。磨損率很小，也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。一般公差等級(jí)與它形狀影響著它的磨損度。它的工作精度決定了加工工件的精度，但也要觀察到它的結(jié)構(gòu)是否影響。
通過各種因素考慮，選用它額定工作時(shí)間壽命Th為：：
Th=
由Th=
得Ts= 2=2=3456km （3-17）
因滑座數(shù)m=2，所以每根導(dǎo)軌上使用1個(gè)滑座
由表2-15-2-18確定fc=0.81 ，fH= 1 ，fT= 1 fW= 2 ，則由式（3-18）
Ts=
Ca=
其中F=
Ca= （3-18）
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求整體負(fù)載較輕要求體積較小所以采用圓導(dǎo)軌直徑d=8mm。
第4章 Z軸升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 總體方案設(shè)計(jì)
4.1.1 進(jìn)給要求
升降進(jìn)給系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它是由輸入機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)組成。這個(gè)機(jī)構(gòu)能完成整個(gè)工作過程中所需要的動(dòng)力供給。進(jìn)給系統(tǒng)尤其重要，需要加工的工件的精度，形狀等都于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有關(guān)。本設(shè)計(jì)脈沖當(dāng)量應(yīng)為0.001毫米，快進(jìn)速度應(yīng)為1000毫米每分鐘，z軸的形成應(yīng)為50毫米。自重加工工作壓力最大載荷設(shè)定為50kg。
4.1.2 進(jìn)給方案設(shè)計(jì)
電機(jī)的選擇選用了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)給部分使用了滾珠絲杠傳動(dòng)。
下面為單向驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖4-1單項(xiàng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.步進(jìn)電機(jī)，2.聯(lián)軸器，3.軸承座，4.滾珠絲杠，5.導(dǎo)軌，6.工作臺(tái)，7.固定板
4.2 步進(jìn)電機(jī)選擇
所選用的電機(jī)應(yīng)為：工作臺(tái)的質(zhì)量為50千克， 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)應(yīng)為 0.1 以及它的最大軸向力 F=500N =0.005
4.2.1 電動(dòng)機(jī)軸負(fù)載計(jì)算
分別計(jì)算各傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，其中齒數(shù)的等效值分別為分度圓直徑絲杠的等效直徑為?5 。
Jz1== （4-1）
Jz2==
JS==
用每一個(gè)傳動(dòng)部件件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作臺(tái)的質(zhì)量算入進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上，最終算出總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
Jd== （4-2）
滿足 所以慣量匹配是滿足要求的。
4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力校驗(yàn)
步進(jìn)電機(jī)軸總慣量J為Jm+Jd=，空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：
（4-3）
電動(dòng)機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩：
（4-4）
按要求，伺服進(jìn)給傳動(dòng)總效率取η= 0.8
考慮到其他因素，計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸上附加摩擦力轉(zhuǎn)矩為：
T0= （4-5）
工作臺(tái)上的最大軸向載荷折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：
Tw= （4-6）
于是在最大外載荷工作下工作時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：
（4-7）
根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)選的電機(jī)型號(hào)為：UI2442-48-1704A
4.2.3 技術(shù)參數(shù)及型號(hào)如下
圖4-2繞線圖
由于Ts= 0.44N.m>0.25N.m 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能正常啟動(dòng)。
上面的電機(jī)要求與下面的電機(jī)相同，且載荷小些，所以電機(jī)選用UI2442-48-1704A型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)符合我們所需要的。
4.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)
4.3.1 滾珠絲杠副概述
滾珠絲杠的作用在本設(shè)計(jì)中也是必不可少的，它能使各種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，也能使直線運(yùn)動(dòng)變成回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)它又擁有將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)的功能。它主要的構(gòu)成為，螺母，螺桿以及滾珠構(gòu)成。滾珠絲杠的摩擦力很小，所以它被大量使用于很多種機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)成，如，雕刻機(jī)，打印機(jī)等等。它是我們機(jī)械行業(yè)中最為常見的零部件，它具有高精度，低摩擦，高效性等等優(yōu)點(diǎn)。
在我們?cè)O(shè)計(jì)它時(shí)，得到的工作條件為：工作載荷F等于900+400=1300（N）
使用的壽命L，h=10000（h），絲杠的工作長(zhǎng)度（或者螺母的有效行程）L=0.31（m）、絲杠轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速n=100 r/min或最大轉(zhuǎn)速r/min），以及滾道硬度58-63HRC和運(yùn)轉(zhuǎn)精度。
4.3.2 滾珠絲杠副計(jì)算
（1）計(jì)算載荷Fc
Fc=KF*KH*KAFM=1.21.01.0500=600N （4-8）
觀察取KF= 1.2 、查表取KH= 1.0 、查表取D級(jí)精度 、查表取KA=1.0 。
（2） 算出動(dòng)載荷，計(jì)算值Ca’
Ca‘==600=2228N （4-9）
（3） 按照Ca‘來取用滾珠絲杠副，先去取得MISUMI的BS型號(hào)滾珠絲杠
綜合多數(shù)原因取 ，得絲杠副數(shù)據(jù)：
公稱直徑：
導(dǎo)程：P=5mm
螺旋角：
滾珠直徑：d=0.5mm
按表2-1中尺寸公式計(jì)算：
滾道半徑：R=0.521d=0.26m （4-10）
偏心距：e=(R-d/2)mm （4-11）
（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算
查書得臨界載荷為Fcr（N），根據(jù)工式來計(jì)算：
Fcr= （4-12）
其中，E指的是絲杠材料的彈性模量，鋼E=206GPa；L是絲杠工作長(zhǎng)度（m）；Ia是絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（m4）；u是長(zhǎng)度系數(shù)，
Ia= （4-13）
取u=2/3，則Fcr=N （4-14）
安全系數(shù)S= 。查表2-10[s]=2.5---3.3,S>[s],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。
我們要算得絲杠的轉(zhuǎn)速的最大值，要注意，在絲杠運(yùn)行的過程中，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的情況。所以我們應(yīng)該提前去計(jì)算出它的臨界轉(zhuǎn)速ncr。
當(dāng)nmax
nmax=10000r/min 時(shí) ,絲杠在運(yùn)行過程中，不能發(fā)生振動(dòng)的情況。
最后D0n的值也會(huì)去阻礙滾珠絲杠副，所以我們一般取D0n<7*104mmr/min， D0n=20 這說明了絲杠副工作是穩(wěn)定的。
（6）剛度的取值。
滾珠絲杠在運(yùn)行負(fù)載下F（N）以及轉(zhuǎn)矩T（N*m）的影響下。所以全部導(dǎo)程變形量△l0（m）是△l0=（4-16）式中A為絲杠截面積，A= （4-17），Jc為絲杠的極慣性矩Jc= （4-18），G為絲杠切變模量，對(duì)鋼G=83.3，J（N*m）為轉(zhuǎn)矩，T=（4-19）之間，它的摩擦角為ρ角，他的摩擦系數(shù)指的是正切函數(shù)值，平均工作載荷為FM，選好極端值（其中F=Fm）
（4-20）
則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為△l= （4-21）
一般我們所需要的為，絲杠的傳動(dòng)精度的一半大于它的導(dǎo)程誤差。也就是說導(dǎo)程誤差△l符合上面的公式，這說明了強(qiáng)度夠我們所需要的。
效率的驗(yàn)算
滾珠絲杠副傳動(dòng)效率為η= （4-22）
要想絲杠副滿足我們所需要的要求，n一定要在百分之九十到百分之九十五之間。
通過以上的結(jié)論，可以確定我們所取的滾珠絲杠型號(hào)能保證我們的加工過程順利完成。
4.4導(dǎo)軌的選型設(shè)計(jì)
在上述縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，我們已經(jīng)詳細(xì)的概括了導(dǎo)軌的特征，它的作用以及它的優(yōu)點(diǎn)等等，在z軸機(jī)構(gòu)中，為了滿足所需工件的精度，導(dǎo)軌的選取也是必不可少的，那么選擇z軸機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌也一定要滿足以下幾個(gè)條件：
它的硬度必須夠，這樣能使機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定得以保證。
它的摩擦力一定要很小，這樣才能滿足我們所要的精度。
導(dǎo)軌是一種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，具體它的詳細(xì)說明見縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的概述。
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)兩機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)相差不大，所以依舊選取滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。。
4.5 聯(lián)軸器設(shè)計(jì)
4.5.1 聯(lián)軸器的選型
在社會(huì)高速發(fā)展的情況下，逐漸衍生出來很多種類型的聯(lián)軸器，通過各種網(wǎng)上查閱，書籍上的查閱以及老師的指導(dǎo)，我已熟悉了大多數(shù)聯(lián)軸器的規(guī)格，含義等。首先我們選取聯(lián)軸器的時(shí)候，要先去按照傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來選取正確的聯(lián)軸器?，F(xiàn)在大部分聯(lián)軸器都是通用的，而且也有許多種類型的，任何一種聯(lián)軸器都有它的突出點(diǎn)。所以我們暫時(shí)可以直接選取市面上的通用聯(lián)軸器，因?yàn)樗鼈兌寄軡M足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。當(dāng)聯(lián)軸器無法在我們的設(shè)計(jì)當(dāng)中使用時(shí)，才去自己設(shè)計(jì)新型的聯(lián)軸器。而且現(xiàn)在企業(yè)為了相互競(jìng)爭(zhēng)，把價(jià)格，質(zhì)量都放在了第一位，所以對(duì)于我們來說直接選取他們也是比較合適的，既節(jié)約時(shí)間，也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。我們要選取我們所需要的聯(lián)軸器，因?yàn)樗苡绊懼芏鄸|西，例如加工精度，機(jī)器的磨損程度，振動(dòng)頻率是否過大等等很多問題都要考慮到。這影響了很多層面，從整體到局部，所以我們一定要正確選取。
我們要從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度去選擇聯(lián)軸器，從軸等方向?yàn)榈谝稽c(diǎn)。我們要注意不能只從聯(lián)動(dòng)的方面考慮問題。下面為我所挑選以及對(duì)比出來的各個(gè)聯(lián)軸器的特點(diǎn)以及規(guī)格的表格。
表4-3聯(lián)軸器性能
類別
聯(lián)軸器名稱
轉(zhuǎn)矩范圍N.mm
軸徑范圍mm
最高轉(zhuǎn)速r/min
特點(diǎn)及應(yīng)用說明
固定式
套筒聯(lián)軸器
圓錐銷
3~4000
平鍵
71~5000
半圓鍵
8~450
花鍵
150~12500
4~100
20~100
10~35
25~102
一般小于等200~250
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時(shí)需沿軸向移動(dòng)較大的 距離。而且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形，軸伸一般用于工作平穩(wěn)的功率傳動(dòng)軸系。
剛性
凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—2003）
10~20000
10~180
13000~2300
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，但不能吸收沖擊。當(dāng)兩軸對(duì)中精度較低時(shí)，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí)需要有高的對(duì)中和制造精度。
套筒
夾殼聯(lián)軸器
（HG5—213—1965）
85~9000
30~110
900~380
裝拆方便，不需沿軸向移動(dòng)兩軸，但平衡困難，而且兩軸徑必須是相同的圓柱形。僅適用于低速傳動(dòng)的水平或垂直軸系，以傳遞平穩(wěn)載荷為宜。
聯(lián)軸器
緊箍夾殼聯(lián)軸器
180~12500
30~110
900~380
其特點(diǎn)和使用性能與夾殼聯(lián)軸器相似，但外形簡(jiǎn)單，平衡條件有所改善，夾緊力大，很適宜用于徑向夾緊力大的場(chǎng)合。
初選d=5mm的爪牙式套筒聯(lián)軸器，聯(lián)軸器型號(hào)為ST20C5-6
表4-4 d為5mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù)
d
公稱轉(zhuǎn)矩（Nm）
D
L
d1XL1
d2XL2
5
2.0
20
25
5X12
5X12
4.4.2 轉(zhuǎn)矩校核
聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式：
（4-23）
式中：K——工作情況系數(shù)
P——輸出功率（kw）
T——理論轉(zhuǎn)矩N.m
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩N.m
N——工作轉(zhuǎn)速r/mi n
那么算得它的轉(zhuǎn)矩是 想到過載等原因,我們?nèi)∷墓ぷ髑闆r系數(shù)K為1.5：
= （4-24）
經(jīng)計(jì)算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)
這次為期半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程對(duì)我來說是非常充實(shí)的，在我接到畢業(yè)設(shè)計(jì)書的時(shí)候，我對(duì)我要設(shè)計(jì)的這個(gè)東西是完全不了解的，從沒接觸過。在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，我先大概的想出了一個(gè)大概的方案圖，然后去跟老師請(qǐng)教，老師指出方案圖中的各種錯(cuò)誤，并就這個(gè)裝置想我介紹了其大致的作用，各個(gè)零配件的選擇，各個(gè)電機(jī)的位置，大致裝配方案，裝置的運(yùn)行方法，讓我得到很大的啟發(fā)，然后的一個(gè)多月的時(shí)間我查閱了各電機(jī)的大致性能，各種聯(lián)軸器，絲桿的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)他們進(jìn)行比較選擇出我所需要的那一種配件，在查閱資料的過程中我對(duì)專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用有了較大的了解，我學(xué)會(huì)了如何將電機(jī)，帶輪和導(dǎo)軌等配件正確的裝配起來，彌補(bǔ)了我所學(xué)知識(shí)中的不足，回到宿舍，我專心運(yùn)用cad進(jìn)行二維制圖，運(yùn)用solidworks進(jìn)行三維制圖，對(duì)機(jī)械制圖軟件加深了理解，為我以后從事機(jī)械方面的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)也讓我體會(huì)到作為一名設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意而功能齊全的產(chǎn)品，就必須做一個(gè)生活上的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，只有這樣感性認(rèn)識(shí)豐富了，才能使我們的設(shè)計(jì)思路具有創(chuàng)造性。
本次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)有了更深刻的理解，在指導(dǎo)老師的幫助下，我更是拓展了自己在機(jī)械方面的視野，懂的了如何自己獨(dú)立完成一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，為我以后步入社會(huì)，參加工作積累了經(jīng)驗(yàn)。
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致 謝
做了兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，一開始，我的設(shè)計(jì)中有許多的錯(cuò)誤，指導(dǎo)老師耐心的給我把錯(cuò)誤一個(gè)個(gè)指出，然后耐心的講解我不懂的地方，給我指出各種設(shè)計(jì)中的不足之處，再次，對(duì)老師表示十分的感謝。其次，是小組的隊(duì)友，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的是有許多的共通之出，所以我們經(jīng)常一起討論各種元件的優(yōu)缺點(diǎn)，選用那種元件更好，