壓鑄模具（一）快速成型技術(shù)研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　壓鑄模具（一）快速成型技術(shù)研究</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下

2、獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 壓鑄模具（一）快速成型技術(shù)研究

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　通過查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，了解快速成型機(jī)的結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)參數(shù)及其工作原理；進(jìn)行模具的拆裝，了解壓鑄模具動(dòng)定模的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過程；了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉其操作過程并測(cè)量動(dòng)定模的尺寸；用三維繪圖軟件繪制出動(dòng)定模的實(shí)體模型；用快速成型機(jī)燒結(jié)出模具模型；比較原始模具

4、和加工得到的模具模型，對(duì)其差別進(jìn)行歸納總結(jié)；按照學(xué)校要求編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　（1）了解快速成型機(jī)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理；</p><p>　　（2）對(duì)模具進(jìn)行拆裝，了解模具的結(jié)構(gòu)，找出動(dòng)定模進(jìn)行測(cè)繪；</p><p>　?。?）用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量模具，用三維繪圖軟件做出模具的

5、三維實(shí)體模型；</p><p>　?。?）用快速成型機(jī)燒結(jié)出模具的模型，完成其它相關(guān)零件的繪制；</p><p>　　（5）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，總結(jié)設(shè)計(jì)取得的效果和體會(huì)，提出自己的論點(diǎn)和建議；</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫秀英.面向RP的VRML模型瀏覽與分層研究[D

6、].西安科技大學(xué),2006.</p><p>　　[2] 丘宏揚(yáng),謝嘉生,劉斌.快速成型技術(shù)研究中的若干關(guān)鍵問題[J].鍛造機(jī)械,2001.</p><p>　　[3] 徐江華,張敏.快速成型技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].包裝工程,2004.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　壓鑄模具

7、（一）快速成型技術(shù)研究</p><p>　　摘要：壓鑄模具的快速成型技術(shù)研究可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,滿足產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化需求,加快開發(fā)進(jìn)度。為了更好地進(jìn)行研究，會(huì)涉及到快速成型機(jī)與三坐標(biāo)測(cè)量儀等設(shè)備的使用。通過對(duì)模具進(jìn)行拆裝,了解壓鑄模具動(dòng)定模的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過程，并測(cè)出動(dòng)定模的尺寸，同時(shí)用三維繪圖軟件制出動(dòng)定模的實(shí)體模型。用快速成型機(jī)燒結(jié)出模具模型，利用三坐標(biāo)測(cè)量儀精確的測(cè)出所要的數(shù)據(jù)，然后比較原始模具和加

8、工得到的模具模型，對(duì)其差別進(jìn)行歸納總結(jié)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓鑄模具，動(dòng)模與定模，快速成型機(jī)，三坐標(biāo)測(cè)量儀，pro/E軟件 </p><p>　　The Research about Rapid Prototyping Technology of Casting Mould</p><p>　　Abstract: Casting mold rapid

9、prototyping technology research can greatly shorten the product development cycle,Meet the personalized products, diverse needs and accelerate development progress.In order to better study will involve the use of rapid p

10、rototyping machines and coordinate measuring instrument and other equipment.Disassembly of the mold, Casting mold to understand the structure and dynamic fixed mold design process, and measure out a given die size, while

11、 the three-dimensional solid m</p><p>　　Key Words: Casting molds, die and move the fixed mold, rapid prototyping machines, CMM, pro / E Software </p><p><b>　　目 錄 </b></p>&

12、lt;p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1.模具的拆裝2</b></p><p>　　1.1模具拆裝的目的和要求2</p><p>　　1.2模具拆裝前的準(zhǔn)備2</p><p>　　1.3模具拆裝的內(nèi)容和步驟2</p><p>　　1

13、.3.1對(duì)模具結(jié)構(gòu)的觀察分析2</p><p>　　1.3.2擬定模具拆卸順序及方法3</p><p>　　1.4模具拆裝時(shí)的注意事項(xiàng)4</p><p><b>　　2.模具的測(cè)量4</b></p><p>　　2.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)4</p><p>　　2.1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類及構(gòu)成

14、5</p><p>　　2.1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量應(yīng)用7</p><p>　　2.2零件的測(cè)量9</p><p>　　3.模具的加工10</p><p>　　3.1 快速成型技術(shù)簡介10</p><p>　　3.1.1 快速成型的基本原理10</p><p>　　3.1.2快速成型

15、的工藝過程11</p><p>　　3.1.3快速成型技術(shù)的特點(diǎn)12</p><p>　　3.2 RP工藝方法簡介13</p><p>　　3.2.1典型RP工藝方法簡介13</p><p>　　3.2.2 典型快速成型工藝比較16</p><p>　　3.3快速成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)16</p>&

16、lt;p>　　3.4快速成型技術(shù)在發(fā)展中所存在的主要問題17</p><p>　　3.4.1快速成型技術(shù)研究中存在的問題17</p><p>　　3.4.2 快速成型技術(shù)軟件系統(tǒng)存在的問題18</p><p>　　3.5 快速成型技術(shù)的發(fā)展方向18</p><p>　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析19</p><p&g

17、t;　　4.1 課題研究的內(nèi)容19</p><p>　　4.2 實(shí)驗(yàn)的具體過程20</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)中存在的問題及解決辦法26</p><p>　　4.4 熔融沉積快速成型工藝因素分析26</p><p><b>　　結(jié)論30</b></p><p><b>　

18、　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　快速成型(rapid prototyping, RP)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和新材料上的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它具備如下特點(diǎn)：原形的復(fù)制性、互換性

19、高、制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越；加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期縮短70%以上，高度技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化；制造原型所用的材料不限，各種金屬與非金屬材料均可使用，因而，得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　國際上首臺(tái)快速成型機(jī)于1987年誕生于美國，是由美國3DSystems公司制造的快速成型系統(tǒng)SLA-1，采用立體光刻法的快速成形

20、制造系統(tǒng)。</p><p>　　1998年在我國上海舉行的第七屆國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會(huì)上，美國、日本、德國、新加坡等國都展出了RPM設(shè)備。</p><p>　　目前全世界已有2000多臺(tái)RPM系統(tǒng)投入使用。</p><p>　　我國RPM技術(shù)的研究始于1991年。</p><p>　　清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等

21、高校和北京隆源RPM公司、廣州中望商業(yè)機(jī)器有限公司等都在RPM的研究與應(yīng)用放面取得了顯著成果。</p><p>　　清華大學(xué)現(xiàn)已開發(fā)出“M-RPMS-Ⅱ”型多功能快速成型制造系統(tǒng)，這是我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界唯一擁有兩種RPM工藝的系統(tǒng)。</p><p>　　通過對(duì)快速成型技術(shù)發(fā)展的研究，可以使其更好的用于壓鑄模具等工藝生產(chǎn)中。為決策層提供決策直觀性，減少人為缺陷,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期

22、,加快開發(fā)進(jìn)度，提供樣件，更好的用于新產(chǎn)品開發(fā)中的并行工程，用于逆向工程技術(shù)。</p><p>　　快速成型技術(shù)可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,滿足產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化需求,在工業(yè)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。但由于該技術(shù)的制作精度、強(qiáng)度和耐久性還不能滿足工程實(shí)際的需要,加之設(shè)備的運(yùn)行及制作成本高,一定程度上制約著RP技術(shù)的普遍推廣。隨著研究的不斷深入,制約快速成型發(fā)展的因素會(huì)逐步解決,應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)不斷得到拓展。</p&g

23、t;<p><b>　　1.模具的拆裝</b></p><p>　　模具拆裝在學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)知識(shí)之時(shí)，有明顯的作用。通過對(duì)壓鑄模具的拆裝，可以進(jìn)一步了解模具的結(jié)構(gòu)及工作原理，了解模具的零部件在模具中的作用，零部件相互間的裝配關(guān)系，掌握模具的裝配過程、方法和各裝配工具的使用。</p><p>　　1.1模具拆裝的目的和要求</p><

24、;p>　　模具拆裝的目的：通過對(duì)模具的拆卸和裝配，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)和技能；對(duì)模具典型結(jié)構(gòu)及零部件裝配有全面的認(rèn)識(shí)，為理論課的學(xué)習(xí)和模具設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　模具拆裝的要求：掌握典型壓鑄模具的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、模具零部件的功用、相互間的配合關(guān)系以及模具零件的加工要求；能正確地使用模具裝配常用的工具和輔具；能正確地草繪模具結(jié)構(gòu)圖、部件

25、圖和零件圖；掌握模具裝拆一般步驟和方法；通過觀察模具的結(jié)構(gòu)能分析出零件的形狀；能對(duì)所拆裝的模具結(jié)構(gòu)提出自己的改進(jìn)方案；能正確描述出該模具的動(dòng)作過程。</p><p>　　1.2模具拆裝前的準(zhǔn)備</p><p><b>　　拆裝的模具一套</b></p><p>　　拆裝的工具游標(biāo)卡尺、角尺、內(nèi)六角扳手、平行鐵、臺(tái)虎鉗、錘子、銅棒等常用鉗工工具。

26、</p><p>　　1.3模具拆裝的內(nèi)容和步驟</p><p>　　1.3.1對(duì)模具結(jié)構(gòu)的觀察分析</p><p>　　接到具體要拆裝的模具后，需進(jìn)行仔細(xì)觀察分析，并做好記錄：</p><p>　　(1)模具類型分析對(duì)給定模具進(jìn)行模具類型分析與確定。</p><p>　　(2)工序與制件的分析，通過對(duì)模具分析，了解模

27、具所完成的工序 </p><p>　　(3)模具的工作原理，對(duì)于壓鑄模具，要求分析其澆注系統(tǒng)類型、分型面及分型方式，頂出系統(tǒng)類型等。</p><p>　　(4)模具的零部件分析并記錄模具各零件的名稱、功用、相互間裝配關(guān)系。</p><p>　　1.3.2擬定模具拆卸順序及方法</p><p>　　擬定模具拆卸順序及方法，按拆模順序?qū)⒛＞?/p>

28、拆為幾個(gè)部件，再將其分解為單個(gè)零件深入了解。</p><p>　?。?）拆卸模具之前，應(yīng)先分清可拆卸件和不可拆卸件，針對(duì)各種模具須具體分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定模具拆卸順序及方法的方案，提請(qǐng)指導(dǎo)教師審查同意后方可拆卸。</p><p>　?。?）拆卸時(shí)一般首先將上下模分開，然后分別將上下模作緊固用的緊固螺釘擰松，再打出銷釘，用拆卸工具將模芯各板塊拆下，最后從固定板中壓出動(dòng)模、動(dòng)定模等，達(dá)到可拆卸

29、件全部分離。</p><p>　　對(duì)于壓鑄模先將動(dòng)模和定模分開，分別將動(dòng)、定模的緊固螺釘擰松，再打出銷釘，用拆卸工具將模具各主要板塊拆下，然后從定模板上拆下主澆注系統(tǒng)，從動(dòng)模板上拆下推出系統(tǒng)，拆散推出系統(tǒng)各零件，從固定板中壓出型芯等零件，有側(cè)面分型系統(tǒng)時(shí)，拆下側(cè)面分型系統(tǒng)各零件 。</p><p><b>　?。?）拆卸模具</b></p><p&

30、gt;　?、侔此鶖M拆卸順序進(jìn)行模具拆卸。要求分析拆卸連接件的受力情況，對(duì)所拆下的每一個(gè)零件進(jìn)行觀察、測(cè)量并做記錄。記錄拆下零件的位置，按一定順序擺放好，避免在組裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤或漏裝零件。</p><p>　　②拆卸注意事項(xiàng)。準(zhǔn)確使用拆卸工具和測(cè)量工具，拆卸配合時(shí)要分別采用拍打、壓出等不同方法對(duì)待不同的配合關(guān)系的零件。注意保護(hù)模具，使其受力平衡，切不可盲目用力敲打，嚴(yán)禁用鐵铘頭直接敲打模具零件。不可拆卸的零件和不宜拆

31、卸的零件不要拆卸。拆卸過程中特別要注意操作安全，避免損壞模具各器械。拆卸遇到困難時(shí)分析原因，并請(qǐng)教指導(dǎo)教師。遵守課堂紀(jì)律，服從教師的安排。 </p><p>　?。?）擬定模具裝配順序及方法</p><p>　　把已拆卸的模具零件清洗后，按先拆的零件后裝，后拆的零件先裝為一般原則制訂裝配順序。 </p><p>　　①按順序裝配模具按擬定的順序?qū)⑷磕＞?/p>

32、零件裝回原來位置。注意正反方向，防止漏裝，其他注意事項(xiàng)與拆卸模具相同，遇到零件受損不能進(jìn)行裝配時(shí)應(yīng)在老師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)用工具修復(fù)受損零件后再裝配。</p><p>　　②裝配后檢查 觀察裝配后模具是否與拆卸前一致，檢查是否有錯(cuò)裝和</p><p><b>　　漏裝等現(xiàn)象。</b></p><p>　　1.4模具拆裝時(shí)的注意事項(xiàng)</p>

33、;<p>　　拆卸和裝配模具時(shí)，首先應(yīng)仔細(xì)觀察模具，務(wù)必搞清楚模具零部件的相互裝配關(guān)系和緊固方法，并按鉗工的基本方法進(jìn)行，以免損壞模具零件。 </p><p>　　在拆裝過程中，切忌損壞模具零件，對(duì)老師指出不能拆卸的部位，不能強(qiáng)行拆卸。拆卸過程中對(duì)少量損傷的零件應(yīng)及時(shí)修復(fù)，嚴(yán)重?fù)p壞的零件應(yīng)更換。</p><p>　　注意模具的維護(hù)與保養(yǎng)。</p><p

34、><b>　　2.模具的測(cè)量</b></p><p>　　一般來講，由于模具的零部件多，裝配復(fù)雜，從生產(chǎn)實(shí)際和測(cè)量成本來講盡量采用常規(guī)測(cè)量工具。如游標(biāo)卡尺、千分尺、量規(guī)、測(cè)微儀、塞尺、量塊等。當(dāng)然還有形位誤差測(cè)量工具。如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、工具顯微鏡等。</p><p>　　由于模具的零部件復(fù)雜與繁多，所以本文就只對(duì)壓鑄模具的動(dòng)模與定模進(jìn)行測(cè)量，因此必須了解與熟悉測(cè)量

35、工具三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。</p><p><b>　　2.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)</b></p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Checking and Measuring Machine）是一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光柵與激光干涉技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的檢測(cè)儀器，其精度高于一般的數(shù)控機(jī)床，被廣泛應(yīng)用在模具、汽車、航空、航天、機(jī)械等制造業(yè)，可對(duì)產(chǎn)品的幾何尺寸和形位公

36、差進(jìn)行精確檢測(cè)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家，測(cè)量機(jī)已經(jīng)非常普及，大約每七臺(tái)數(shù)控機(jī)床要配備一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要功能是：</p><p>　?。?）可實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量，可方便的測(cè)量各種零件的三維輪廓尺寸、位置精度等。測(cè)量精確可靠，萬能性強(qiáng)。</p><p>　　（2）由于計(jì)算機(jī)的引入，可方便的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算與程序控制，并具有很高的智能化程度。因此它不僅可方便地進(jìn)行空間三維尺寸的測(cè)量，還可實(shí)

37、現(xiàn)主動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)檢測(cè)。</p><p>　　（3）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了具備常規(guī)的幾何尺寸和形位公差檢測(cè)功能外，在逆向工程技術(shù)和曲面坐標(biāo)檢測(cè)方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)充分顯示了在測(cè)量方面的萬能性、測(cè)量對(duì)象的多樣性。在模具制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)充分顯示了在測(cè)量方面的萬能性、測(cè)量對(duì)象的多樣性。在模具制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。&

38、lt;/p><p>　　2.1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類及構(gòu)成</p><p>　　1．三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分類</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)按其工作方式可分為:點(diǎn)位測(cè)量方式和連續(xù)掃描測(cè)量方式。點(diǎn)位測(cè)量方式是由測(cè)量機(jī)采集零件表面上一系列有意義的空間點(diǎn)，通過數(shù)學(xué)處理，求出這些點(diǎn)所組成的特定幾何元素的形狀和位置。連續(xù)掃描測(cè)量方式是對(duì)曲線、曲面輪廓進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，多為大、中型測(cè)量機(jī)。&

39、lt;/p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)按結(jié)構(gòu)分類，有橋式測(cè)量機(jī)、龍門式測(cè)量機(jī)、水平臂（單臂或懸臂）、坐標(biāo)鏜床式式測(cè)量機(jī)和便攜式測(cè)量機(jī)。測(cè)量方式大致可分為接觸式（如機(jī)械式）與非接觸式（如光學(xué)式）兩種。</p><p>　　按測(cè)量范圍可分為大型、中型和小型。</p><p>　　按測(cè)量精度可分為精密型（計(jì)量型），一般放在有恒溫條件的計(jì)量室，用于精密測(cè)量，分辨能力為0.5μm～

40、2μm 。另一類為生產(chǎn)型，一般放在生產(chǎn)車間，用于生產(chǎn)過程檢測(cè)，分辨能力5μm或10μm。</p><p>　　2．三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式如圖2.1.1所示，是由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成的，這三個(gè)坐標(biāo)軸的相互配置位置對(duì)測(cè)量機(jī)的精度以及對(duì)被測(cè)工件的適應(yīng)性影響較大。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本構(gòu)成主要由測(cè)量機(jī)主體、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。</p&

41、gt;<p>　　a、b）懸臂式；c、d）橋式；e、f ）龍門式；g）立柱式；h）坐標(biāo)鏜床式 </p><p>　　圖3.1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成 </p><p>　?。?）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主體</p><p>　　測(cè)量機(jī)主體包括沿X軸移動(dòng)的主滑架，沿Y向移動(dòng)的副滑架，測(cè)頭安裝在沿z向移動(dòng)軸上，測(cè)量工作臺(tái)。</p><p&

42、gt;　?。?）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)頭和標(biāo)尺。</p><p>　?、贅?biāo)尺系統(tǒng) 是用來度量各軸的坐標(biāo)數(shù)值的。目前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的標(biāo)尺大多的是光柵尺，有些測(cè)量機(jī)使用了同步感應(yīng)器，為了達(dá)到更高的精度，有的測(cè)量機(jī)甚至使用了激光干涉儀。測(cè)頭是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用來拾取信號(hào)的，因而測(cè)頭的性能直接影響測(cè)量精度和測(cè)量效率，沒有先進(jìn)的測(cè)頭就無法充分發(fā)揮測(cè)

43、量機(jī)的功能。</p><p>　?、跍y(cè)頭 測(cè)頭的類型按測(cè)量方法可分接觸式和非接觸式兩類。在接觸式測(cè)量頭中又分機(jī)械式測(cè)頭和電氣式測(cè)頭。此外，生產(chǎn)型測(cè)量機(jī)還配有專用測(cè)頭式切削工具，如專用銑削頭和氣動(dòng)鉆頭等。</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)</p><p>　　①控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵組成部分之一。其主要功能是：讀取空間坐標(biāo)值，

44、控制測(cè)量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)測(cè)頭信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量所必需的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性等。</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分為手動(dòng)型、機(jī)動(dòng)型和CNC型。早期的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以手動(dòng)型和機(jī)動(dòng)型為主，其測(cè)量是由操作者直接手動(dòng)或通過操縱桿完成各個(gè)點(diǎn)的采樣，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，CNC型控制系統(tǒng)變得日益普及，它是通過程序來控制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)

45、進(jìn)給和進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，同時(shí)在計(jì)算機(jī)中完成數(shù)據(jù)處理。圖2.1.2為系統(tǒng)控制原理圖。</p><p>　　圖2.1.1系統(tǒng)控制原理圖</p><p>　?、跀?shù)據(jù)處理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、專用的軟件系統(tǒng)、專用程序或程序包。計(jì)算機(jī)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的控制中心，用于控制全部測(cè)量操作、數(shù)據(jù)處理和輸入輸出。</p><p>　　在用于檢測(cè)時(shí)通過該系統(tǒng)，操作者可以在該系統(tǒng)內(nèi)手動(dòng)

46、編制檢測(cè)程序（對(duì)話式窗口編程）、自動(dòng)編制程序（通過引入CAD模型自動(dòng)生成檢測(cè)程序）、自學(xué)習(xí)編程（機(jī)器記下所有指令代碼，在多批次重復(fù)檢測(cè)時(shí)，不需再編程）、脫機(jī)編程（在該系統(tǒng)外部編制好程序通過公用結(jié)口引入）。</p><p>　　在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以根據(jù)定義對(duì)檢測(cè)的尺寸、形位誤差進(jìn)行處理，有的還可以對(duì)結(jié)果加以判斷和調(diào)整。在用于測(cè)量時(shí)，該系統(tǒng)可以進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理并通過內(nèi)部的幾何元素定義生成相應(yīng)的幾何體，然后通過公共接口傳

47、出該系統(tǒng)以作他用。</p><p>　　2.1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量應(yīng)用</p><p>　　目前機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等都廣泛使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已成為現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)和質(zhì)量控制不可缺少的測(cè)量設(shè)備。 </p><p>　　1.可用于加工的輕型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)</p><p>　　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除用于零件的測(cè)量

48、外，還可用于如劃線、打沖眼、鉆孔、微量銑削及末道工序精加工等輕型加工，在模具制造中可用于模具的安裝、裝配。</p><p>　　2.多種幾何量的測(cè)量</p><p>　　測(cè)量前必須建立坐標(biāo)系，并根據(jù)被測(cè)件的形狀特點(diǎn)選擇測(cè)頭并進(jìn)行測(cè)頭的定義和校驗(yàn)，并對(duì)被測(cè)件的安裝位置進(jìn)行找正。</p><p><b>　?。?）坐標(biāo)系的概念</b></p&

49、gt;<p><b>　?、贆C(jī)床坐標(biāo)系　</b></p><p>　　也稱作絕對(duì)坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是測(cè)量機(jī)出廠時(shí)設(shè)定，它的原點(diǎn)一般是在Ｘ、Ｙ、Ｚ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）標(biāo)尺的初始端。一般在測(cè)量機(jī)初始啟動(dòng)時(shí)，都要“回零”，就是初始化回原點(diǎn)。如果不能正?；亓?，測(cè)量機(jī)軟件或硬件上存在某種錯(cuò)誤。一般在較低端的測(cè)量機(jī)（如較一般的劃線機(jī)）上會(huì)用到機(jī)床坐標(biāo)系，它需要操作者將工件的某軸線擺放到機(jī)床坐標(biāo)系

50、的相應(yīng)軸線平行，然后建立相對(duì)坐標(biāo)系再測(cè)量。</p><p><b>　　②工件坐標(biāo)系　</b></p><p>　　測(cè)量時(shí)一般都用工件坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是操作者在制件檢測(cè)前生成的坐標(biāo)系。對(duì)于某些大型測(cè)量機(jī)，在需要承載能力較大的情況下，床身和工作臺(tái)分開安裝，也就是說工作臺(tái)的變形、破壞不會(huì)影響到測(cè)量機(jī)本身的精度，此時(shí)必須用到工件坐標(biāo)系。</p><p&g

51、t;　　工件測(cè)量坐標(biāo)系設(shè)定后，即可調(diào)用測(cè)量指令進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　?。?）角度的校驗(yàn)和觸頭的定義</p><p>　　在觸頭更換后，系統(tǒng)啟動(dòng)需要把觸頭的定義輸入到指定的地方，由于一般系統(tǒng)采用的自動(dòng)補(bǔ)償接觸檢測(cè)、測(cè)量，也就是說實(shí)際上檢測(cè)、測(cè)量的是接觸頭的球心，得到的結(jié)果是系統(tǒng)自動(dòng)“加了一個(gè)半徑”。</p><p>　　觸頭或加長桿更換后或在初次進(jìn)行零件檢測(cè)、

52、測(cè)量時(shí)必須要對(duì)側(cè)頭的各個(gè)擺角進(jìn)行校驗(yàn)，否者會(huì)在不同的角度測(cè)量（檢測(cè)）同一點(diǎn)值時(shí)出現(xiàn)偏差，這個(gè)偏差跟加長桿、探針長度、接觸頭的大小都有關(guān)系。一般大部分測(cè)量機(jī)廠家都是用標(biāo)準(zhǔn)球（也叫基準(zhǔn)球）進(jìn)行校驗(yàn)。</p><p><b>　?。?）工件找正</b></p><p>　　零件的找正是指在測(cè)量機(jī)上用數(shù)學(xué)方法為工件的測(cè)量建立新的坐標(biāo)基準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)，工件任意地放在工作臺(tái)上，其基準(zhǔn)

53、線或基準(zhǔn)面與測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)軸（x、y、z軸的移動(dòng)方向）不需要精確找正，為了消除這種基準(zhǔn)不重合對(duì)測(cè)量精度的影響，用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，根據(jù)新基準(zhǔn)計(jì)算校正測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　零件找正的主要步驟有：①確定初始參考坐標(biāo)系。②運(yùn)行找正程序。③選定第一坐標(biāo)軸。④調(diào)用相應(yīng)子程序進(jìn)行測(cè)量并存儲(chǔ)結(jié)果。⑤選第二坐標(biāo)軸。⑥調(diào)用相應(yīng)子程序進(jìn)行測(cè)量并存儲(chǔ)結(jié)果。對(duì)于三維找正中的第三軸，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)右手坐標(biāo)準(zhǔn)則確定。</p

54、><p><b>　?。?）觸頭選用</b></p><p>　　對(duì)于測(cè)量工件的材質(zhì)、測(cè)量零件的形狀、測(cè)量部位在測(cè)量前都是觸頭選擇的因素。</p><p><b>　?。?）觸頭運(yùn)動(dòng)方式</b></p><p>　　觸頭在測(cè)量時(shí)，在運(yùn)動(dòng)方向的選擇上必須要在理論上保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性及準(zhǔn)確度。</p

55、><p><b>　　3.實(shí)物程序編制</b></p><p>　　對(duì)于在數(shù)控機(jī)床上加工的形狀復(fù)雜的零件，當(dāng)其形狀難于建立數(shù)學(xué)模型使程序編制困難時(shí)，常?？梢越柚跍y(cè)量機(jī)。通過對(duì)木質(zhì)、塑料、粘土或石膏制的模型或?qū)嵨锏臏y(cè)量，得到加工面幾何形狀的各項(xiàng)參數(shù)，經(jīng)過實(shí)物程序軟件系統(tǒng)的處理，輸出所需結(jié)果。例如高速數(shù)字化掃描機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)連續(xù)掃描測(cè)量方式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于對(duì)模具未知曲面

56、進(jìn)行掃描測(cè)量，可將測(cè)得的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，根據(jù)模具制造需要，實(shí)現(xiàn)</p><p>　?。?）對(duì)掃描模型進(jìn)行陰、陽模轉(zhuǎn)換，生成需要的CNC加工程序。</p><p>　?。?）借助繪圖設(shè)備和繪圖軟件得到復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)圖樣即生成各種CAD數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2.2零件的測(cè)量</b></p><p>　　利用三坐

57、標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)繪出模具部件的尺寸，其中重點(diǎn)記錄動(dòng)模與定模的尺 寸。</p><p><b>　　3.模具的加工</b></p><p>　　用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量出模具中動(dòng)模與定模的尺寸數(shù)據(jù)之后，利用pro/E軟件將動(dòng)模與定模的三維實(shí)體模型繪制出來，然后運(yùn)用快速成型機(jī)將模具做出來。</p><p>　　3.1 快速成型技術(shù)簡介</p&g

58、t;<p>　　快速成型(Rapid Prototyping)是上世紀(jì)80年代末及90 年代初發(fā)展起來的 新興制造技術(shù)，是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。&l

59、t;/p><p>　　與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件。通過與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段相結(jié)合，已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　快速成型技術(shù)自問世以來，得到了迅速的發(fā)展。由于RP技術(shù)可以使數(shù)據(jù)模型

60、轉(zhuǎn)化為物理模型，并能有效地提高新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高企業(yè)的市場競爭力，因而受到越來越多領(lǐng)域的關(guān)注，被一些學(xué)者譽(yù)為敏捷制造技術(shù)的使能技術(shù)之一</p><p>　　3.1.1 快速成型的基本原理</p><p>　　與傳統(tǒng)的機(jī)械切削加工，如車削、銑削等“材料減削”方法不同的是，“快速成型制造技術(shù)”是靠逐層融接增加材料來生成零件的，是一種“材料迭加”的方法，快速成型技術(shù)采用離

61、散/堆積成型原理，根據(jù)三維CAD模型，對(duì)于不同的工藝要求，按一定厚度進(jìn)行分層，將三維數(shù)字模型變成厚度很薄的二維平面模型。再將數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下以平面加工方式連續(xù)加工出每個(gè)薄層，并使之粘結(jié)而成形。實(shí)際上就是基于“生長”或“添加”材料原理一層一層地離散疊加，從底至頂完成零件的制作過程?？焖俪尚陀泻芏喾N工藝方法，但所有的快速成型工藝方法都是一層一層地制造零件，所不同的是每種方法所用的材料不同，制造每一層添加材料

62、的方法不同。該技術(shù)的基本特征是“分層增加材料”，即三維實(shí)體由一系列連續(xù)的二維薄切片堆疊融接而成。如圖4.1.1所示。</p><p>　　3.1.2快速成型的工藝過程</p><p>　?。?）三維模型的構(gòu)造：按圖紙或設(shè)計(jì)意圖在三維CAD設(shè)計(jì)軟件中設(shè)計(jì)出該零件的CAD實(shí)體文件。一般快速成型支持的文件輸出格式為STL模型，即對(duì)實(shí)體曲面做近似的所謂面型化處理，是用平面三角形面片近似模型表面。以

63、簡化CAD模型的數(shù)據(jù)格式。便于后續(xù)的分層處理。由于它在數(shù)據(jù)處理上較簡單，而且與CAD系統(tǒng)無關(guān)，所以很快發(fā)展為快速成型制造領(lǐng)域中CAD系統(tǒng)與快速成型機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)三角面片用四個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)表示。即三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)法向矢量，整個(gè)CAD模型就是這樣一個(gè)矢量的集合。在一般的軟件系統(tǒng)中可以通過調(diào)整輸出精度控制參數(shù)，減小曲面近似處理誤差。如Pre/1E軟件是通過選定弦高值作為逼近的精度參數(shù)。</p><p>　　（2

64、）三維模型的離散處理（切片處理）：在選定了制作(堆積)方向后，通過專用的分層程序?qū)⑷S實(shí)體模型(一般為STL模型)進(jìn)行一維離散，即沿制作方向分層切片處理，獲取每一薄層片截面輪廓及實(shí)體信息。分層的厚度就是成型時(shí)堆積的單層厚度。由于分層破壞了切片方向CAD模型表面的連續(xù)性，不可避免地丟失了模型的一些信息，導(dǎo)致零件尺寸及形狀誤差的產(chǎn)生。所以分層后需要對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的處理，以免斷層的出現(xiàn)。切片層的厚度直接影響零件的表面粗糙度和整個(gè)零件的型面精度

65、，每一層面的輪廓信息都是由一系列交點(diǎn)順序連成的折線段構(gòu)成。所以，分層后所得到的模型輪廓已經(jīng)是近似的，層與層之間的輪廓信息已經(jīng)丟失，層厚越大丟失的信息越多，導(dǎo)致在成型過程中產(chǎn)生了型面誤差。</p><p>　?。?）成型制作：把分層處理后的數(shù)據(jù)信息傳至設(shè)備控制機(jī)，選用具體的成型工藝，在計(jì)算機(jī)的控制下，逐層加工，然后反復(fù)疊加，最終形成三維產(chǎn)品。</p><p>　?。?）后處理：根據(jù)具體的工藝

66、，采用適當(dāng)?shù)暮筇幚矸椒?，改善樣品性能?lt;/p><p>　　3.1.3快速成型技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　與傳統(tǒng)的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1.自由成型制造：自由成型制造也是快速成型技術(shù)的另外一個(gè)用語。作為快速成型技術(shù)的特點(diǎn)之一的自由成型制造的含義有兩個(gè)方面：一是指無需要使用工模具而制作原型或零件，由此可以大大縮短新產(chǎn)品的

67、試制周期，并節(jié)省工模具費(fèi)用；二是指不受形狀復(fù)雜程度的限制，能夠制作任何形狀與結(jié)構(gòu)、不同材料復(fù)合的原形或零件。</p><p>　　2.制造效率快：從CAD數(shù)?；?qū)嶓w反求獲得的數(shù)據(jù)到制成原形，一般僅需要數(shù)小時(shí)或十幾小時(shí)，速度比傳統(tǒng)成型加工方法快的多。該項(xiàng)目技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中改善了設(shè)計(jì)過程的人機(jī)交流，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)周期。以快速成型機(jī)為母模的快速模具技術(shù)，能夠在幾天內(nèi)制作出所需材料的實(shí)際產(chǎn)品，而通過傳統(tǒng)的鋼質(zhì)模具

68、制作產(chǎn)品，至少需要幾個(gè)月的時(shí)間。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和企業(yè)研制新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　3.由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)：無論哪種RP制造工藝，其材料都是通過逐點(diǎn)、逐層以添加的方式累積成型的。無論哪種快速成型制造工藝，也都是通過CAD數(shù)字模型直接或者間接地驅(qū)動(dòng)快速成型設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行制造的。這種通過材料添加來制造原形的加工方式是快速成型技術(shù)區(qū)別傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式的顯著特征。這種由CAD數(shù)字模型

69、直接或者間接地驅(qū)動(dòng)快速成型設(shè)備系統(tǒng)的原形制作過程也決定了快速成型的制造快速和自由成型的特征。 </p><p>　　4.技術(shù)高度集成：當(dāng)落后的計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Process Planning,CAPP）一直無法實(shí)現(xiàn)CAD與CAM一體化的時(shí)候，快速成型技術(shù)的出現(xiàn)較好的填補(bǔ)了CAD與CAM之間的縫隙。新材料、激光應(yīng)用技術(shù)、精密伺候驅(qū)動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)等的高度集成，共同支撐

70、了快速成型技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.經(jīng)濟(jì)效益高：快速成型技術(shù)制造原型或零件，無須工模具，也與成型或零件的復(fù)雜程度無關(guān)，與傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法相比，其原型或零件本身制作過程的成本顯著降低。此外，由于快速成型在設(shè)計(jì)可視化、外觀評(píng)估、裝配及功能檢驗(yàn)以及快速模具母模的功用，能夠顯著縮短產(chǎn)品的開發(fā)試制周期，也帶來了顯著的時(shí)間效益。也正是因?yàn)榭焖俪尚图夹g(shù)具有突出的經(jīng)濟(jì)效益，才使得該項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，便得到了制造業(yè)的高

71、度重視和迅速而廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　6.精度不如傳統(tǒng)加工；數(shù)據(jù)模型分層處理時(shí)不可避免的一些數(shù)據(jù)丟失外加分層制造必然產(chǎn)生臺(tái)階誤差，堆積成形的相變和凝固過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)引起翹曲變形，這從根本上決定了RP造型的精度極限。</p><p>　　3.2 RP工藝方法簡介</p><p>　　目前快速成型主要工藝方法及其分類見圖3.2所示。下面主要介紹目前較為常

72、用的工藝方法。</p><p>　　3.2.1典型RP工藝方法簡介</p><p>　　1.光固化法(SLA)</p><p>　　光固化法(SLA)是目前最為成熟和廣泛應(yīng)用的一種快速成型制造工藝（如圖4.3）。這種工藝以液態(tài)光敏樹脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓軌跡對(duì)液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合(固化)反應(yīng)，從而形

73、成零件的一個(gè)薄層截面。完成一個(gè)掃描區(qū)域的液態(tài)光敏樹脂固化層后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，使固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂然后重復(fù)掃描、固化，新固化的一層牢固地粘接在一層上，如此反復(fù)直至完成整個(gè)零件的固化成型如圖4.3。</p><p>　　SLA工藝的優(yōu)點(diǎn)是精度較高，一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面質(zhì)量好;原材料利用率接近100%;能制造形狀特別復(fù)雜、精細(xì)的零件;設(shè)備市場占有率很高。缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)支撐;可

74、以選擇的材料種類有限;制件容易發(fā)生翹曲變形;材料價(jià)格較昂貴。</p><p>　　該工藝適合比較復(fù)雜的中小型零件的制作。</p><p>　　2.選擇性激光燒結(jié)法(SLS,Selective Laser Sintering) </p><p>　　選擇性激光燒結(jié)法(SLS)是在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄(100μ-200μ)的作金屬(或金屬)粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下

75、按照零件分層截面輪廓逐點(diǎn)地進(jìn)行掃描、燒結(jié)，使粉末固化成截面形狀。完成一個(gè)層面后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，滾動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)在已燒結(jié)的表面再鋪上一層粉末進(jìn)行下一層燒結(jié)。未燒結(jié)的粉末保留在原位置起支撐作用，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行直至完成整個(gè)零件的掃描、燒結(jié)，去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理后便獲得需要的零件。用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行直接燒結(jié)的工藝正在實(shí)驗(yàn)研究階段，它可以直接制造工程材料的零件如圖4.4。</p><p>　　SLS工

76、藝的優(yōu)點(diǎn)是原型件機(jī)械性能好，強(qiáng)度高;無須設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐;可選材料種類多且利用率高(100%)。缺點(diǎn)是制件表面粗糙，疏松多孔，需要進(jìn)行后處理;制造成本高。</p><p>　　采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)滲銅等后處理特別適合制作功能測(cè)試零件;也可直接制造金屬型腔的模具。采用蠟粉直接燒結(jié)適合于小批量比較復(fù)雜的中小型零件的熔模鑄造生產(chǎn)。</p><p>　　3.熔融沉積成型法(FDM,

77、Fused Deposition Modeling)</p><p>　　這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積（如圖4.5）。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層，如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上(比熔點(diǎn)高1℃左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的的直徑?jīng)Q定，通常是

78、0.25~0.50mm。</p><p>　　FDM的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高;材料成本低;可選材料種類多;工藝簡潔。缺點(diǎn)是精度低;復(fù)雜構(gòu)件不易制造，懸臂件需加支撐;表面質(zhì)量差。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測(cè)試，中等復(fù)雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。</p><p>　　4.分層實(shí)體制造法（LOM, Laminated Object Manufacture）</p>

79、<p>　　LOM工藝是將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光切割器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，如此反復(fù)逐層切割、粘合、切割……直至整個(gè)模型制作完成如圖4.6。</p><p>　　LOM工藝優(yōu)點(diǎn)是無需設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐;只需切割輪廓，無需填充掃描;制件的內(nèi)應(yīng)力和

80、翹曲變形小;制造成本低。缺點(diǎn)是材料利用率低，種類有限;表面質(zhì)量差;內(nèi)部廢料不易去除，后處理難度大。該工藝適合于制作大中型、形狀簡單的實(shí)體類原型件，特別適用于直接制作砂型鑄造模。</p><p>　　5.三維印刷法(3DP,Three Dimensional Printing )</p><p>　　三維印刷法是利用噴墨打印頭逐點(diǎn)噴射粘合劑來粘結(jié)粉末材料的方法制造原型。3DP的成型過程與SL

81、S相似，只是將SLS中的激光變成噴墨打印機(jī)噴射結(jié)合劑。</p><p>　　該技術(shù)制造致密的陶瓷部件具有較大的難度，但在制造多孔的陶瓷部件（如金屬陶瓷復(fù)合材多孔坯體或陶瓷模具等）方面具有較大的優(yōu)越性。</p><p>　　3.2.2 典型快速成型工藝比較</p><p>　　幾種典型的快速成型工藝比較如表3.2.2所示：</p><p>　　

82、3.3快速成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）快速成型作為一種使設(shè)計(jì)概念可視化的重要手段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)零件的實(shí)物模型可以在很短時(shí)間內(nèi)被加工出來，從而可以很快對(duì)加工能力和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。</p><p>　?。?）由于快速成型技術(shù)是將復(fù)雜的三維型體轉(zhuǎn)化為兩維截面來解決，因此，它能制造任意復(fù)雜型體的高精度零件，而無須任何工裝模具。</p><p>　?。?）快

83、速成型作為一種重要的制造技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)牟牧?，這種原型可以被用在后續(xù)生產(chǎn)操作中以獲得最終產(chǎn)品。</p><p>　?。?）快速成型操作可以應(yīng)用于模具制造，可以快速、經(jīng)濟(jì)地獲得模具。</p><p>　?。?）產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)自由制造,這是傳統(tǒng)制造方法無法比擬的。</p><p>　　3.4快速成型技術(shù)在發(fā)展中所存在的主要問題</p&g

84、t;<p>　　在制造業(yè)日趨國際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴以生存的關(guān)鍵。因此，快速成型、快速制模、快速制造技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　3.4.1快速成型技術(shù)研究中存在的問題</p><p>　?。?）材料問題.目前快速成型技術(shù)中成型材料的成型性能大多不太理想，成型件的物理性能不能滿足功能性、半功能性零件的要求，必須借助于

85、后處理或二次開發(fā)才能生產(chǎn)出令人滿意的產(chǎn)品。由于材料技術(shù)開發(fā)的專門性，一般快速成型材料的價(jià)格都比較貴，造成生產(chǎn)成本提高。</p><p>　?。?）高昂的設(shè)備價(jià)格.快速成型技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)而形成的一種全新的制造技術(shù)，是高科技的產(chǎn)物，技術(shù)含量較高，所以，目前快速成型設(shè)備的價(jià)格較貴，限制了快速成型技術(shù)的推廣應(yīng)用。</p><p>　?。?）功能單一.現(xiàn)有快

86、速成型機(jī)的成型系統(tǒng)都只能進(jìn)行一種工藝成型，而且大多數(shù)只能用一種或少數(shù)幾種材料成型。這主要是因?yàn)榭焖俪尚图夹g(shù)的專利保護(hù)問題，各廠家只能生產(chǎn)自己開發(fā)的快速成型工藝成型設(shè)備，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種保護(hù)體制已成為快速成型技術(shù)集成的障礙。</p><p>　?。?）成型精度和質(zhì)量問題.由于快速成型的成型工藝發(fā)展還不完善，特別是對(duì)快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用的需要，不

87、能作為功能性零件，只能作原型使用。為提高成型件的精度和表面質(zhì)量，必須改進(jìn)成型工藝和快速成型軟件。</p><p>　　(5) 應(yīng)用問題.雖然快速成型技術(shù)在航空航天、汽車、機(jī)械、電子、電器、醫(yī)學(xué)、玩具、建筑、藝術(shù)品等許多領(lǐng)域都已獲得了廣泛應(yīng)用，但大多僅作為原型件進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)及功能測(cè)試等，如何生產(chǎn)出能直接使用的零件是快速成型技術(shù)面臨的一個(gè)重要問題。隨著快速成型技的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，直接零件制造是快速成型技術(shù)發(fā)展的必然

88、趨勢(shì)。</p><p>　　(6) 軟件問題。隨著快速成型技術(shù)的不斷發(fā)展，快速成型技術(shù)的軟件問題越來越突出，快速成型軟件系統(tǒng)不但是實(shí)現(xiàn)離散/堆積成型的重要環(huán)節(jié)，對(duì)成型速度，成型精度，零件表面質(zhì)量等方面都有很大影響，軟件問題已成為快速成型技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。</p><p>　　3.4.2 快速成型技術(shù)軟件系統(tǒng)存在的問題</p><p>　?。?）快速成型軟件大多是隨

89、機(jī)安裝，無法進(jìn)行二次開發(fā)</p><p>　　（2）各公司的軟件都是自行開發(fā)，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口</p><p>　　（3）隨機(jī)攜帶的快速成型軟件都只能完成一種工藝的數(shù)據(jù)處理和控制成型</p><p>　?。?）已商品化的通用性軟件價(jià)格較貴，功能單一，只能進(jìn)行模型顯示、加支撐、錯(cuò)誤檢驗(yàn)與修正等中的一種或幾種功能，而且也存在數(shù)據(jù)接口問題，不易集成。</p>

90、<p>　　（5）商品化的軟件還不完善，不能滿足當(dāng)前快速成型技術(shù)對(duì)成型速度、成型精度和質(zhì)量的要求。</p><p>　?。?）當(dāng)前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型缺陷較多，對(duì)CAD模型的描述不夠精確，從而影響了快速成型的成型精度和質(zhì)里。</p><p>　　3.5 快速成型技術(shù)的發(fā)展方向</p><p>　　RP技術(shù)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但是也有它的局限性，由于可成型材

91、料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能較差，成型機(jī)的價(jià)格較高，運(yùn)行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術(shù)的推廣普及的瓶頸。從目前國內(nèi)外RP 技術(shù)的研究和應(yīng)用狀況來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)的方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）大力改善現(xiàn)行快速成型制作機(jī)的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產(chǎn)效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具

92、加工和功能試驗(yàn)提供平臺(tái)。</p><p>　　（2）開發(fā)性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續(xù)加工性能，還要滿足對(duì)強(qiáng)度和剛度等不同的要求。</p><p>　?。?）提高RP 系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機(jī)也</p><p>　　難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。將來的快速成型機(jī)需要向快速和

93、多材料的制造系統(tǒng)發(fā)展，以便可以直接面向產(chǎn)品制造。</p><p>　?。?）開發(fā)用于快速成型的RPM 軟件。這些軟件有快速高精度直接切片軟件，快速造型制造和后續(xù)應(yīng)用過程中的精度補(bǔ)償軟件，考慮快速成型原型制造和后續(xù)應(yīng)用的CAD 等。</p><p>　?。?）開發(fā)新的成型能源。目前大多數(shù)成型機(jī)都是以激光作為能源，而激光系統(tǒng)的價(jià)格和維修費(fèi)用昂貴，并且傳輸效率較低。這方面也需要得到改善和發(fā)展。&

94、lt;/p><p>　　（6）RPM 與CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自動(dòng)測(cè)量、逆向工程的集成一體化。該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高新產(chǎn)品的第一次投入市場就十分成功的可能性，也可以快速實(shí)現(xiàn)反求工程。</p><p>　?。?）研制新的快速成型方法和工藝。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金屬成型工藝將是以后的發(fā)展焦點(diǎn)。</p><p>　　（8）提高網(wǎng)

95、絡(luò)化服務(wù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)全球化異地協(xié)同合作。</p><p><b>　　4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　4.1 課題研究的內(nèi)容</p><p>　　目前我國的壓鑄模具生產(chǎn)水平還有待進(jìn)一步提高，壓鑄模具的發(fā)展對(duì)于提高我國內(nèi)的模具和鑄造產(chǎn)業(yè)具有十分重要的產(chǎn)業(yè)。本課題為壓鑄模具的快速成型技術(shù)研究，其主要內(nèi)容為從給定的實(shí)物模具出發(fā)，經(jīng)

96、由測(cè)量設(shè)備、測(cè)量成品取得資料數(shù)據(jù) , 再進(jìn)入CAD/CAM軟件或?qū)I(yè)技術(shù)軟件,建立工程CAD資料,并以快速成型機(jī)制作模型。比較模型與原型，探討快速成型技術(shù)在模具制造行業(yè)所發(fā)揮的重要作用。</p><p>　　4.2 實(shí)驗(yàn)的具體過程</p><p>　　(1)CAD數(shù)字建模</p><p>　　通過模具的二維圖樣，進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)。試驗(yàn)中畫二維圖樣所需要的原型數(shù)據(jù)是通

97、過接觸式測(cè)量中的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）得到的。三維實(shí)體模型的設(shè)計(jì)是通過三維繪圖軟件Pro/E進(jìn)行的。設(shè)計(jì)得到的動(dòng)、定模三維模型如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 動(dòng)定模的三維模型</p><p>　　STL文件是美國3D Systems公司提出的一種在CAD與RP系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)的格式化文件，由于它格式簡單，并且適用于所有的RP系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)，所以已成為快速成型系統(tǒng)中事實(shí)上

98、的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入格式。建模完成后，輸出為快速成型需要的STL格式文件。</p><p><b>　　(2)載入模型</b></p><p>　　將STL格式文件讀入專用的分層軟件，如圖5.2所示，視窗中的長方體框架即為所使用的快速成型機(jī)的成型空間。</p><p>　　圖5.2 成型空間</p><p>　　(3)STL

99、文件校驗(yàn)與修復(fù)</p><p>　　快速成型工藝對(duì)STL文件的正確性和合理性有較高的要求，主要是保證STL模型屋裂縫、空洞，無懸面、重疊面和交叉面，以免造成分層后出現(xiàn)不封閉的環(huán)和歧義現(xiàn)象。一般我們通過CAD系統(tǒng)直接輸出為STL模型時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤的概率較小。圖5.3為校驗(yàn)無誤顯示的信息。</p><p>　　圖5.3 STL文件校驗(yàn)</p><p><b>

100、　　(4)確定擺放位置</b></p><p>　　STL數(shù)據(jù)校驗(yàn)無誤后，即可調(diào)整模型制作的擺放方位。調(diào)整擺放方位主要遵循以下幾個(gè)依據(jù)：第一是考慮模型表面精度，第二是考慮模型強(qiáng)度，第三是考慮支撐材料的施加，第四是考慮成型所需要的時(shí)間。其中考慮模型強(qiáng)度在熔融沉積快速成型中比其他幾種成型工藝顯得更加重要。擺放位置調(diào)整好后，如果需要同時(shí)制作多個(gè)模型，還需要對(duì)調(diào)整好方位的模型進(jìn)行復(fù)制或者調(diào)入不同的模型對(duì)其進(jìn)行

101、擺放方位調(diào)整并排列。綜合考慮所給壓鑄模具制作時(shí)的各種影響因素，確定如圖5.4所示方案為最優(yōu)擺放方位。</p><p>　　圖5.4 擺放方位確定方案</p><p><b>　　(5)確定分層參數(shù)</b></p><p>　　分層參數(shù)的確定就是對(duì)加工路徑的規(guī)劃及支撐材料的施加過程。通常情況下，分層參數(shù)是不需要進(jìn)行改動(dòng)的，設(shè)備調(diào)試好之后，會(huì)保存

102、一個(gè)合理的參數(shù)集。如果對(duì)成型質(zhì)量有更高的要求，也可以根據(jù)所掌握的參數(shù)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行改動(dòng)。分層參數(shù)包括層厚參數(shù)、路徑參數(shù)及支撐參數(shù)等。層厚影響著模型制作的表面質(zhì)量及制作的時(shí)間，F(xiàn)DM成型中層厚范圍相對(duì)于其他幾種工藝較寬，通常為0.1~0.4mm。本實(shí)驗(yàn)所給模型制作的分層參數(shù)如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 分層參數(shù)確定</p><p><b>　　(6)存儲(chǔ)分層文件

103、</b></p><p>　　分層參數(shù)設(shè)定完畢后，可對(duì)模型進(jìn)行分層。分層完成后得到一個(gè)由層片累積起來的模型文件，存儲(chǔ)為所用快速成型機(jī)識(shí)別的格式，以進(jìn)行調(diào)用和修改。</p><p><b>　　(7)疊加成型</b></p><p>　　用快速成型機(jī)直接進(jìn)行快速成型加工得到模型。本項(xiàng)目采用快速成型機(jī)F-printa，如圖5.6所示，

104、快速成型方法采用熔融沉積快速成型技術(shù)，其技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境：Windows XP、Windows2000</p><p>　　分層軟件：Aurora</p><p>　　輸入格式：STL文件格式</p><p>　　工作臺(tái)行程mm：400×320</p><p>　　成型層厚（Z

105、軸）：0.2~0.4mm</p><p>　　成型精度：±0.2mm/100mm</p><p>　　成型空間：150X200X250mm</p><p><b>　　噴頭系統(tǒng)：雙噴頭</b></p><p>　　ABS成型材料：B601 /B203成型材料</p><p>　　支撐材料

106、：S301支撐材料</p><p>　　圖5.6 實(shí)驗(yàn)所用的快速成型機(jī)</p><p>　　首先，打開快速成型機(jī)，將設(shè)備和計(jì)算機(jī)連接起來，并載入前處理生成的切片模型。工作臺(tái)清潔后開始系統(tǒng)的初始化，也就是x、y、z軸歸零的過程，之后對(duì)成型室進(jìn)行預(yù)熱，到設(shè)定溫度后便可以執(zhí)行打印模型命令，快速成型機(jī)開始自動(dòng)進(jìn)行疊層制作。剛開始時(shí)應(yīng)注意觀察支撐材料的粘接情況，如果發(fā)現(xiàn)支撐材料并沒有很好地粘接在工

107、作臺(tái)上，應(yīng)果斷取消打印。模型成型結(jié)束后，取出模型。整個(gè)制作過程的時(shí)間為2小時(shí)40分。圖5.7為用快速成型機(jī)制作出的模型。</p><p>　　圖5.7 壓鑄模具模型</p><p><b>　　(8)后處理</b></p><p>　　FDM工藝成型的模型后處理比較簡單，主要是去除支撐材料，還包括一些必要的如打磨、修補(bǔ)、后固化、拋光和表面強(qiáng)化

108、處理等。</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)中存在的問題及解決辦法</p><p>　　(1)進(jìn)行模型擺放時(shí)發(fā)現(xiàn)模型大小超出了如圖5.2所示的長方體框架，不能</p><p><b>　　繼續(xù)進(jìn)行制作。</b></p><p>　　解決辦法：打開pro/e軟件，載入設(shè)計(jì)出的三維實(shí)體模型，利用軟件中的編輯—縮放模型命令將模型

109、縮小一半，重新輸出為STL文件。重新載入模型后擺放成功</p><p>　　(2)第一次進(jìn)行加工，進(jìn)行到一半的時(shí)候通過機(jī)器窗口觀察到模型偏離原來的位置，實(shí)驗(yàn)被迫中止。</p><p>　　解決辦法：第一次實(shí)驗(yàn)是將動(dòng)、定模兩個(gè)文件同時(shí)載入軟件進(jìn)行放置的。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師分析出現(xiàn)這種情況可能是由于剛開始支撐材料沒有很好的粘接在工作臺(tái)上，并且加工范圍過大造成的。第二次實(shí)驗(yàn)先將溫度預(yù)熱到220℃，然后

110、將動(dòng)、定模分開進(jìn)行加工，最后成功得到模型。</p><p>　　(3)加工完成后得到的定模模型底部出現(xiàn)凸起變形現(xiàn)象。</p><p>　　解決辦法：第三次實(shí)驗(yàn)嘗試著在定模三維模型底部做了倒角，以減小應(yīng)力。然后重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到新的模型后發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象得到改善。</p><p>　　4.4 熔融沉積快速成型工藝因素分析</p><p>　　(1)

111、材料性能的影響</p><p>　　材料性能的變化直接影響成型過程及成型件精度。材料在工藝過程中要經(jīng)過固體—熔體—固體的兩次相變，在凝固過程中，由材料的收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力變形會(huì)影響成型件精度。如ABS絲材，其收縮的因素主要有如下兩點(diǎn)：</p><p>　　①熱收縮 熱收縮即材料因其固有的熱膨脹率而產(chǎn)生的體積變化，它是收縮產(chǎn)生的最主要原因。由熱收縮引起的收縮量：