本課題設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)與一般的3D打印設(shè)備不同，其旋轉(zhuǎn)臂式結(jié)構(gòu)將其中一個(gè)方向的直線運(yùn)動代替為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這使得其在精度上的要求更高，設(shè)備的運(yùn)動系統(tǒng)在相當(dāng)大程度上決定了成型工件的精度、表面粗糙度及加工效率。3D打印機(jī)其實(shí)就是一臺微型的數(shù)控機(jī)床，能根據(jù)控制程序做出一系列動作，自動精確的完成機(jī)械部件的移動。三軸運(yùn)動是3d打印設(shè)備的核心部分，運(yùn)動系統(tǒng)及傳動部件的好壞直接影響到設(shè)備工作時(shí)的定位精度，因此應(yīng)選用結(jié)構(gòu)相對簡單的運(yùn)動系統(tǒng)。

三軸運(yùn)動方式的設(shè)計(jì)，主要就是XYZ三個(gè)方向的運(yùn)動方式以及傳動構(gòu)件的選擇，在z方向是步進(jìn)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給絲桿，通過螺母將絲桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為垂直方向的運(yùn)動，從而使橫臂作升降運(yùn)動；旋轉(zhuǎn)平臺與步進(jìn)電機(jī)連接，通過減速齒輪將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，帶動機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)；在X軸上由電機(jī)驅(qū)動同步齒輪，同步帶在齒輪的帶動下作直線運(yùn)動，使旋轉(zhuǎn)平臺作沿導(dǎo)軌方向移動。根據(jù)本設(shè)計(jì)3D打印機(jī)的工作需求，結(jié)合運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，主傳動系統(tǒng)主要包括滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、減速齒輪、同步帶傳動、步進(jìn)電機(jī)等主要部分。機(jī)械系統(tǒng)中固定件均使用標(biāo)準(zhǔn)化零件，便于設(shè)計(jì)與后期維護(hù)。

旋轉(zhuǎn)臂式3D打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)其制造工藝及加工精度的要求，重點(diǎn)除了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)外，還需遵從如下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：

1. 速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)較快的運(yùn)行速度，且具有一定的調(diào)速范圍。
   

2. 結(jié)構(gòu)簡單，裝配性好，易于后期保養(yǎng)與維修。
   

3. 可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，具有足夠的剛度和抗振性，不會因?yàn)槠渥陨淼倪\(yùn)動產(chǎn)生抖動和沖擊。
   

4. 高效率，傳動系統(tǒng)具有較高的靈敏度及響應(yīng)速度，提高生產(chǎn)效率。
   

5. 穩(wěn)定性好，傳動系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確度要高，確保加工制件成型的精度。

同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動零件：其在工作時(shí)穩(wěn)定性好、精度高，工作時(shí)無滑動；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，節(jié)能效果好，且維護(hù)保養(yǎng)方便，價(jià)格低廉。同步帶輪的設(shè)計(jì)，很大程度上決定了3D打印機(jī)在成型過程中X軸方向運(yùn)動的準(zhǔn)確度及成型工件的加工精度，因此其可靠性和穩(wěn)定性尤為重要。3D打印機(jī)在X-Y平面的設(shè)計(jì)追求結(jié)構(gòu)緊湊，但對主動輪的轉(zhuǎn)速并沒有過高的要求，故選用較小齒數(shù)的齒形帶輪，從設(shè)計(jì)準(zhǔn)則上來說兼顧了高效、穩(wěn)定、快速及經(jīng)濟(jì)適用性的原則。

3D打印噴頭在移動的同時(shí)，還需對指令做出快速響應(yīng)，為了在運(yùn)行過程中減小摩擦、提高精度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，并提高打印的效率，因此選擇合適的導(dǎo)向構(gòu)件對機(jī)器工作的性能有重要影響。滾動直線導(dǎo)軌是具有摩擦力小，且動、靜摩擦力差別小的特點(diǎn)，隨動性好，有利于提3D打印機(jī)打印頭的響應(yīng)速度，提高整機(jī)的靈敏度。從滾動直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)上看，在滑塊與導(dǎo)軌之間的鋼球使運(yùn)動之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，降低滑塊與導(dǎo)軌之間的摩擦阻力，有助于實(shí)現(xiàn)高速定位時(shí)的準(zhǔn)確度，以及在重復(fù)定位時(shí)的精度。滑塊與導(dǎo)軌之間能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動，提高了整個(gè)運(yùn)動系統(tǒng)的運(yùn)動剛度。

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