陶瓷零件快速成型机自动敷料机械装置设计开发_刘宏杰

陶瓷零件快速成型机自动敷料机械装置设计开发刘宏杰,陈 冰,陈 参(漯河职业技术学院机电系,河南漯河462002)Design of Auto-dressing Device about Rapid Prot otyping M anufacturing for Ceramic Part sLIU Hong -jie,CHEN Bing,C HEN C an(Depar tment o f Electro mechanical Eng ineer ing,Luohe V ocatio na l T echno lo gy Co llege,Luohe 462002,China)摘要:利用三维软件SolidWorks 设计出一种附件型的陶瓷快速成型机自动敷料机械装置.详细说明机械构件的零件设计和装配实现过程,并阐述开发的实际产品的特点及主要技术性能指标.附件型自动敷料装置成本低廉,性能稳定,具有较高的实用价值.关键词:快速成型;陶瓷零件;机械装置中图分类号:T P202文献标识码:A文章编号:1001-2257(2009)09-0047-02收稿日期:2009-04-02Abstract:In o rder to impo rt the equipm ents function,an accessory device abo ut rapid prototy -ping m anufacturing fo r ceramic parts has been de -signed by SolidW orks.Its part contrivance and as -semblag e pr ocess has been intro duced.T he co nfig -uration has been illuminated detailedly,and its character istic and main technical perform ance index has been given.The cost of the device is low ,and the quality of the parts manufactured by it is w ell .So the pr acticality value is nicer.Key words:rapid prototyping ;ceramic parts;mechanical device0 引言快速成型技术(RFM)经过十几年的发展,设备和材料两方面都取得了长足的进步.其中陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和重要发展方向之一.可用于陶瓷零件的快速成型机设备较少,材料选择还有局限性,阻碍了该技术及其系统在国内的推广和使用[1].结合陶瓷材料学科提出的层合速凝成型陶瓷零件技术,基于层合实体成型和熔融堆积成型的特点[2],设计出一种新的陶瓷零件快速成型自动敷料设备,满足陶瓷浆料和石蜡的特性,达到成本低廉、材料来源广泛、制件性能较好的目的.1 机械结构组成和功能要求本机械装置作为陶瓷快速成型的敷料辅助装置,主要功能是实现陶瓷快速成型过程中自动化敷料.并且根据陶瓷零件快速成型的加工工艺要求,石蜡和陶瓷浆料是相间覆层.机械结构主要由漏斗部件、运动驱动部件和支撑结构部件组成.陶瓷快速成型机械装置的工作过程,具体实现以下2个方面的运动:a.纵向Z 轴的间歇性运动.由于快速成型的工艺决定了在经过水平方向的往返运动后,纵向(Z 轴方向)将上升0.1~0.2mm.b.水平方向X 轴的间歇性往复运动.陶瓷浆料和石蜡通过水平运动的扁平嘴漏斗均匀地敷到工作平台;在回程中,通过关闭漏斗嘴,打开刮板,将敷料的表面刮平,以便于快速成形机雕刻头的加工.刻料时由计算机按照对实体模型分层编制的程序控制刻刀的运动.刻完后由系统控制刻刀复位,发出敷陶瓷浆料的指令.整个运动过程实现水平轴的去运动(敷陶瓷浆料),然后执行水平轴的返回运动(刮板刮平),刮平陶瓷浆料层后,由步进电机驱动敷料平台向上运动(0.5~1mm),重复以上动作,多次叠层之后形成实体.最后取出实体,进行排蜡和烧结,即可得到陶瓷零件.可以通过闭环开环控制系统实现整个运动速度控制和定位精度要求.在水平轴两端,需要配置行程开关,给予控制系统相应的反馈信号.另外,考虑到#47#1机械与电子22009(9)成型材料石蜡的易凝固,需要在敷料的过程中,保证漏斗里面石蜡的温度,在漏斗里面装配小功率加热器;考虑到陶瓷浆料的易凝结,需要在陶瓷浆料的敷料漏斗里面配备搅拌辊,在敷料的过程中保证陶瓷料处于浆状态,以便陶瓷浆料能均匀地敷在工作平台上.2 机械装置结构设计2.1 主要零部件的实现结合SolidWorks2007的特点,以其易用的操作大幅度地提高设计的效率.以敷料漏斗作为整个装置的核心部件,采用自顶向下的方法开发设计二杆联动的陶瓷快速成型机械构件,并且达到敷料系统的功能要求.整个部件尺寸设计参数如下:漏斗下料口,400mm @3mm;刮平装置宽度,400mm;陶瓷部件运动导向孔直径,80m m;陶瓷部件长宽高,350mm @500mm @200m m.石蜡料封闭盖和搅拌辊以及搅拌辊电机的装配过程,实际上就是一个约束限位的过程.根据不同的零件模型及设计需要,选择合适的装配约束条件,比如在石蜡料封闭盖和石蜡料漏斗装配中,用到同轴心的配合关系,完成零件模型的定位.利用镜像零部件进行装配,可以保持÷源"零件与镜像零件的镜像对称关系.漏斗部件图的生成过程中,利用零部件镜像生成了运动导向孔和漏斗,很方便地进行整个零件在整个部件中的设计[3].2.2 机械装置总装装配的首要目标是要实现÷基于装配关系的关联设计",而将零件组装成机器是这个目标最后结果中的一部分.装配体中零部件的顺序并不影响部件的约束关系和装配状态,但可以影响到装配体材料明细表的排列顺序.系统自顶向下的设计过程中,装配顺序如图1所示.图1 总装配顺序经过总装得到的设计结果如图2所示,当陶瓷快速成型的漏斗所参考的其它零件的尺寸或配合关系发生改变时,漏斗的尺寸会做相应的调整以适应装配关系.图2 陶瓷敷料系统3 装置控制系统的实现本设备主要是作为陶瓷数控快速成型机的自动敷料装置,控制系统属于整个快速成型机数控系统的有机部分.而快速成型机主要分为数据处理和成型执行.数据处理完成由三维模型加工轨迹的离散处理;成型执行部分根据离散化后的加工信息,控制快速成型设备实现成型加工.陶瓷敷料装置的执行为数控控制,它一方面按照预定的顺序与主机通讯,实现CN C 信息和运动参数的接收,控制装备的敷料运动,一方面响应主机传输的控制命令,对运动状态进行控制[4].4 陶瓷自动敷料装置性能指标及特点4.1 性能指标本机械装置结合啄木鸟数控快速成型机,经过安装调试陶瓷自动敷料装置,可以实现以下性能指标:料斗敷料水平进给速度为4~6m m/s;一次敷料层的厚度范围为0.1~2mm ;石蜡层凝固时间为30s;加热器的温度控制在95~100e .4.2 装置特点该装置适用于以陶瓷浆料为成型材料,石蜡为支撑材料及粘结剂的快速成型制造,也可以用于以其它浆料及热粘结剂为原料的快速成型工艺.具有以下特点:#48#1机械与电子22009(9)a.结合熔融堆积成型和层合实体成型设备的特点,并在已有的陶瓷快速成型机的基础上,开发设计附件型自动陶瓷敷料设备,便于安装调试.b.针对石蜡和陶瓷材料的特性,在料斗里面设计搅拌装置,专门应用于陶瓷零件的快速成型.c.成型精度较高,成型件可获得良好的质量和性能.d.构造简单,易于维护.5 结束语由于陶瓷零件快速成型技术目前尚处于开发阶段,因而适用于此方面的设备并不多见.通过陶瓷快速成型技术对加工过程实现自动敷料的功能分析,设计了附件型陶瓷自动敷料系统,可以满足制件质量较好、强度较高的性能要求,具有很好的实际应用价值.参考文献:[1] 王秀峰,罗红杰.快速原型制造技术[M ].北京:中国轻工业出版社,2001.[2] 杨万莉,王秀峰,等.陶瓷部件的快速原型制造技术研究进展[J].矿山机械,2006,34(11):111-114.[3] 郑长松,谢昱北,郭 军.SolidWor ks2006中文版机械设计[M ].北京:机械工业出版社,2006.[4] 余洪林,等.立体快速成型机数控系统的开发和研制[J].计算机测量与控制,2004,12(7):648-651.作者简介:刘宏杰 (1965-),男,河南漯河人,实验师,主要从事机械设计制造及自动化方面研究开发工作.高速钢轨轧制参数优化系统研究谢志江,郑玉杰,程力旻,郭煜敬(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030)Research of the Parameters Optimizat ion in High-speed Rail RollingXIE Zhi -jiang,ZHENG Yu -jie,C HENG Li -min,GUO Y u -jing(T he State Key Labo rato ry o f M echamical T r ansmissio n,Cho ng qing U niver sity,Cho ng qing 400030,China)摘要:分析了轧制参数对高速钢轨产品精度的影响,运用主成分和优势区间控制算法对轧制表中的可控参数进行挖掘;以VC++ 6.0为开发平台,通过数据采集、VC++ 6.0与M atlab6.5接口技术及数据库访问技术,开发了基于数据挖掘的钢轨轧制参数优化系统.结果表明,系统对提高钢轨最终形状尺寸的精度和减少废钢产品率有很大意义.关键词:数据采集;主成分分析;优势区间控制;接口技术中图分类号:T P274文献标识码:A文章编号:1001-2257(2009)09-0049-04收稿日期:2009-03-16Abstract:T he effect of param eters to pro duc -tion precision in hig h -speed rail rolling is ana -lyzed,and utilizing the principal com po nent analy -sis(PCA)and o ptimize -range alg orithm s miningdata for co ntro llable param eters fro m ro llingschedule;taking M icrosoft VC ++ 6.0as the de -velopment platform ,through the data collection techno logy and the interface technolog y of M-icr osoft VC++6.0,M atlab6.5and database access techno logy ,developed a parameter optimization system of rail r olling based on data mining.As the result prov es:it has great sense to impr ove the rail specificatio n precisio n and decrease the scrap quan -tities.Key words:data co llectio n;PCA;o ptimize range contr ol;interface techno log y0 引言万能轧机生产线是一个具有多变量、非线性、强耦合和时变性的轧制系统,其轧制参数与高速钢轨最终形状尺寸关系复杂.传统的机理模型通过研究#49#1机械与电子22009(9)。