組織工程載體支架的無(wú)加熱沉積制造裝備設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)屬于人體組織工程載體框架制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，其方法包括以下步驟：首先制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體和含生長(zhǎng)因子的液體；根據(jù)用戶(hù)的預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑，將上述兩種液體在低于0℃的低溫環(huán)境中分別通過(guò)不同的噴頭擠出或噴射出來(lái)，逐層堆積成形為冷凍的多孔組織工程載體框架，然后在凍干機(jī)中冷凍干燥，去除溶劑后得到組織工程載體框架。&l

2、t;/p><p>　　落實(shí)到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是X-Y掃描工作臺(tái)，Z軸升降臺(tái)以及整機(jī)布局的設(shè)計(jì)，電控部分的初步設(shè)計(jì)。X-Y向工作臺(tái)采用光杠導(dǎo)向，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)，Z向工作臺(tái)通過(guò)光杠導(dǎo)向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。電控部分主要包括8031單片機(jī)、I/ O 接口卡、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、伺服電機(jī)、光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī), 以及鍵盤(pán)、顯示器等。</p><p>　　

3、關(guān)鍵詞：人體組織工程 快速成型技術(shù) 掃描工作臺(tái) 單片機(jī)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design belongs to the field of the framework carrier manufacturing technology of human tissue engineering which

4、includes several steps as followed. Firstly, prepare the liquid contained the material of the framework carrier of tissue engineering. Secondly, according to the user’s prescribed path，the two liquids were sprayed from

5、two different nozzle below zero Centigrade, then the frozen porous tissue engineering carrier is deposited by layers. Finally, the framework can be obtained after </p><p>　　The main contents of this paper is

6、 to design the X_Y scanning workbench、Z lifting workstation as well as their control units. Both of the X-Y workbench and the Z lifting workstation are guided by the lead bars. The X-Y workbench is transmitted with the

7、ball screws and driven by servo motors. The Z lifting workstation is transmitted with the lead screws and driven by stepper motor. The control unit contains SCM, I/O interface card, photoelectric isolation circuit, D / A

8、 converter circuit, servo </p><p>　　Keywords: human tissue engineering, RP technology, scanning workbench, SCM</p><p>　　第一章 綜 述1</p><p>　　1.1組織工程載體框架制備綜述1</p><p>　

9、　1.2無(wú)加熱沉積制造的設(shè)備與工藝3</p><p>　　第二章 具體設(shè)計(jì)任務(wù)及時(shí)間安排4</p><p>　　2.1工作臺(tái)機(jī)械部分設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2工作臺(tái)電路部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3設(shè)備附件部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4設(shè)計(jì)日程安排5</p><p

10、>　　2.5設(shè)計(jì)要求參數(shù)5</p><p>　　第三章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 X_Y方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.1 X向?qū)驒C(jī)構(gòu)6</p><p>　　3.1.2 光杠與直線軸承6</p><p>　　3.1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p>&

11、lt;p>　　3.1.4 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算7</p><p>　　3.2 Z方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　3.2.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選擇11</p><p>　　3.2.2 電機(jī)選擇11</p><p>　　3.2.3傳動(dòng)副選擇12</p><p>　　3.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12&

12、lt;/p><p>　　3.2.5 Z向步進(jìn)電機(jī)選擇13</p><p>　　3.2.6 聯(lián)軸器選用14</p><p>　　第四章 電氣原理部分設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1總體部分設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2 電氣部分基本組成15</p><p>　　4.3 電氣系統(tǒng)參

13、數(shù)選擇15</p><p>　　4.4 單片機(jī)系統(tǒng)元件布置框圖18</p><p>　　4.5 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理19</p><p>　　4.6 接口電路及其原理19</p><p>　　4.7 速度反饋輸入接口19</p><p>　　4.8 光電編碼器及其接口20</p><p&g

14、t;　　4.9 光電耦合器與步進(jìn)電機(jī)21</p><p>　　4.10 光電耦合器21</p><p>　　4.11 步進(jìn)電機(jī)及其軟件環(huán)形分配器22</p><p><b>　　總結(jié)與心得23</b></p><p><b>　　總結(jié)23</b></p><p>&

15、lt;b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　附錄：加減計(jì)數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序25</p><p>　　第一章 綜 述</p><p>　　1.1組織工程載體框架制備綜述</p><p>　　目前國(guó)際上組織工程的載體框架的成形方法一般使用發(fā)泡法，溶鹽法，浸漿法和熱相分離法等。這些工藝都遵循相似的原理

16、。那就是通過(guò)間接的手段造孔，如加入發(fā)泡劑，糖，無(wú)機(jī)鹽，多空海綿和有機(jī)溶劑等作為造孔劑，空隙的形態(tài)參數(shù)與造孔劑的選擇有著直接的關(guān)系。</p><p>　　例如浸漿法的典型工藝，——聚氨酯海綿浸漿法就是將聚氨酯海綿浸如陶瓷漿料中，然后在125C干燥一小時(shí)，以0.5C/Min的速度加熱到500c，再以1Cmin的速度加熱至高溫?zé)?。其工藝方法的原理如圖1，這中工藝方法只能成形燒結(jié)的陶瓷載體框架，而許多生物材料不能承受高

17、溫的加工過(guò)程，因此可用的材料受限制。</p><p>　　圖1.1 浸漿法工藝簡(jiǎn)圖</p><p>　　這些傳統(tǒng)的組織工程載體框架制造工藝通常存在以下問(wèn)題；</p><p>　　1、難以形成200微米到500微米尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)，由于這些工藝都是簡(jiǎn)介造孔（通過(guò)發(fā)泡劑，無(wú)機(jī)鹽等）很難實(shí)現(xiàn)對(duì)與載體框架孔隙結(jié)構(gòu)的直接有效控制。成形的孔隙結(jié)構(gòu)在一定程度上存

18、在隨意性。很難滿(mǎn)足組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求——200微米到500微米的尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2、難以實(shí)現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形。這種均勻孔隙結(jié)構(gòu)與材料組成的載體框架，很難協(xié)調(diào)載體框架的降解性能與機(jī)械強(qiáng)度之間的矛盾。很難滿(mǎn)足組織工程載體框架的復(fù)雜性能要求。</p><p>　　3、難以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)化的載體框架制造。由于不同病例的組織缺損情況千差

19、萬(wàn)別，需要針對(duì)具體的病例設(shè)計(jì)和制造載體框架，傳統(tǒng)的工藝方法難以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　如果采用低溫?cái)D壓噴射堆積成型的工藝方法，就可以克服傳統(tǒng)的組織工程載體框架成型工藝的不足之處，提供一種組織工程載體框架制造的低溫?cái)D壓，噴射堆積成形工藝，是其便于道道組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求及復(fù)雜的性能要求，實(shí)現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)化的載體框架制造。該工藝可以按照以下步驟進(jìn)行：</p>

20、<p>　　將所需的組織工程載體框架材料和溶劑混合，制備成室溫下的含組織工程載體框架材料的液體，并制備室溫下含所需生長(zhǎng)因子的液體。</p><p>　　根據(jù)用戶(hù)組織的具體結(jié)構(gòu)以及預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑，將上述含組織工程載體框架材料的液體和含生長(zhǎng)因子的液體在低于0度的低溫環(huán)境中分別通過(guò)不同的噴頭擠出或者噴射出來(lái)，逐層堆積成行為冷凍的多孔組織工程載體框架。</p><p>　　將上述冷凍的組

21、織工程載體框架送入凍干機(jī)中干燥，去除溶劑后即可得到組織工程載體框架。</p><p>　　上述步驟中，1步驟中所述的制備含組織工程載體框架材料的液體為含組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或者材料部分溶解的漿料，所述的室溫下含所需生長(zhǎng)因子的液體為包括生長(zhǎng)因子的溶液，懸濁液，乳濁液或者生長(zhǎng)因子部分溶解的漿料。</p><p>　　該工藝方法的原理和特點(diǎn)：</p><

22、p>　　低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理是基于快速成型制造的離散/堆積基本原理，成形過(guò)程及框架的空隙結(jié)構(gòu)可以根據(jù)預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層堆積成型。因此孔隙尺寸有相互貫通性可以得到很好的控制。</p><p>　　在該工藝中，材料的制備是在室溫下采用溶劑溶解或液體懸浮的方式得到液態(tài)的成型材料而不采用任何加熱的熔融的液態(tài)材料制備方式，因此，很好的保持了生物材料的生物活性，使本工藝具有廣泛的材料適應(yīng)性。</p&

23、gt;<p>　　該工藝采用冷凍干燥方法，將冷凍狀態(tài)的組織工程載體框架中的溶劑去除，此工藝中溶劑的升華，留下了大量五十微米以下尺寸的相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)，提高了載體框架的空隙率。有利于載體框架的體內(nèi)降解和再生組織的營(yíng)養(yǎng)與代謝。</p><p>　　由于本工藝采用快速成形工藝，在制造復(fù)雜形狀方面的巨大柔性，可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)化的載體框架制造。</p><p>　　具體的工藝實(shí)施方式：&

24、lt;/p><p>　　組織工程載體框架的低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.2低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝簡(jiǎn)圖</p><p>　　首先將組織工程載體框架材料和溶劑混合制備成室溫下含組織工程載體框架材料的液體，制備室溫下含生長(zhǎng)因子的液體，不同的組織需要采用不同的組織工程載體框架材料。如：骨組織工程常采用可降解高分子材料，鈣磷鹽或他們

25、的復(fù)合材料，血管組織工程常采用聚氨酯材料等等。不同的材料需要溶于不同的溶劑，有的材料不溶于溶劑，不容的部分制備成10um以下的粉料。制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體包括組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或該材料部分溶解的漿料，同樣，不同組織需要不同的生長(zhǎng)因子，不同的生長(zhǎng)因子需要溶于不同的溶劑，有的生長(zhǎng)因子不溶于溶劑，不容的部分制備成10um以下的粉料，制備室溫下含生長(zhǎng)因子的液體的溶液，懸濁液，乳濁液，生長(zhǎng)因子部分熔接的漿料

26、或生長(zhǎng)因子均勻混合在前述含組織工程載體框架材料的液體內(nèi)的混合物，然后按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，分別通過(guò)不同的噴頭將含的組織工程載體框架材料液體和含生長(zhǎng)因子的液體在低于0C的低溫環(huán)境中擠出或噴射出來(lái)，逐層堆積并冷凍成多空的組織工程載體支架，采用此工藝方法的制備原理如圖1.3所示。按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，噴頭組3將貯藏在儲(chǔ)料罐組2中的液態(tài)原料，分別通過(guò)擠出或</p><p>　　圖1.3無(wú)加熱沉積制造的設(shè)備簡(jiǎn)圖&l

27、t;/p><p>　　1.2無(wú)加熱沉積制造的設(shè)備與工藝</p><p>　　在各種快速成形工藝中，基于擠出/噴射成形的快速成形工藝是最適合于組織工程支架成形的工藝。因?yàn)檫@類(lèi)工藝對(duì)于成型材料有著更為廣泛的適應(yīng)性，如圖所示，在這類(lèi)快速成型的工藝中，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下將材料的液態(tài)或半固態(tài)細(xì)絲微粒擠出、噴射出來(lái)在工作臺(tái)面上逐層沉積成為三維的實(shí)體（圖1.4）。</p><p>

28、　　在整個(gè)的成型的過(guò)程中，由于對(duì)于不同的組織，材料不是單一的，而是復(fù)合的，因此，就要求，這種噴頭的數(shù)目不是一個(gè)，而是根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)置多個(gè)噴頭，如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.4擠出/噴射成形的快速成形工藝示意圖</p><p>　　圖1.3是一個(gè)四噴頭的沉積制造專(zhuān)用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)現(xiàn)支架材料的擠出/噴射成型，須按照以下步驟：</p><p>　　

29、1：首先通過(guò)非加熱的方法制備液態(tài)或者是半固態(tài)的材料。</p><p>　　2：將不同的液態(tài)材料裝入不同的送料罐中，在每個(gè)罐的底部有一跟輸料軟管分別與噴頭相連。這當(dāng)中，由于各種材料的流體力學(xué)性能不一致，因此噴頭的結(jié)構(gòu)也不盡相同。</p><p>　　3：在計(jì)算機(jī)中的電子模型的直接驅(qū)動(dòng)之下，逐層通過(guò)噴頭的擠出/噴過(guò)程，堆積制造復(fù)雜的三維載體支架。噴頭在計(jì)算機(jī)的獨(dú)立控制之下，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)路徑和

30、順序在XY平面內(nèi)獨(dú)立做擠出/噴射和掃描運(yùn)動(dòng)。整個(gè)成型過(guò)程在低溫冰箱提供的環(huán)境中完成。XY掃描工作臺(tái)在指令的控制下運(yùn)動(dòng)，每完成一個(gè)斷面的掃描，由步進(jìn)電機(jī)控制工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)層高。</p><p>　　4：制造出支架以后，經(jīng)過(guò)冷凍和干燥處理。去除支架中的溶劑和水分，得到常溫下為固態(tài)的組織工程載體支架。</p><p>　　第二章 具體設(shè)計(jì)任務(wù)及時(shí)間安排</p><p>

31、;　　2.1工作臺(tái)機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1：</b></p><p>　　工作臺(tái)在XY向上由于重復(fù)定位精度比較的高，考慮采用閉環(huán)控制，工作臺(tái)在XY向上由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)，通過(guò)滾珠絲杠來(lái)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用光電編碼器作為測(cè)量反饋元件。XY向必須安裝限位開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　2：</

32、b></p><p>　　工作臺(tái)在Z軸上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需要按照層高不斷下降，因此，完全可以使用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)。出于對(duì)安全的考慮，必須要安裝限位開(kāi)關(guān)（可用一個(gè)簡(jiǎn)單的行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)），在工作臺(tái)碰到開(kāi)關(guān)之后，立即停止運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.2工作臺(tái)電路部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1：</b>&

33、lt;/p><p>　　電控系統(tǒng)考慮用MCS-51系列單片機(jī)控制，其典型代表為8031，8031，8751.經(jīng)過(guò)比較，采用具有價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等有點(diǎn)的8031有擴(kuò)展系統(tǒng)的單片機(jī)。</p><p><b>　　2：</b></p><p>　　使用8031外接2764（EPROM），6264(RAM)，以及8155（擴(kuò)展I/O接口）等芯片擴(kuò)展

34、成一個(gè)簡(jiǎn)單的微機(jī)控制系統(tǒng)，編制的用戶(hù)程序由鍵盤(pán)輸入，修改程序也可以由鍵盤(pán)來(lái)完成。程序存入外部RAM。系統(tǒng)中有始終電路模塊，復(fù)位和復(fù)位電路，數(shù)碼顯示接口電路，光電耦合器等等。</p><p>　　2.3設(shè)備附件部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1：</b></p><p>　　噴頭部分設(shè)計(jì)，計(jì)劃采用擠壓式雙噴頭，送料箱初擬置于機(jī)床上部，采&l

35、t;/p><p>　　使用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣來(lái)擠出生長(zhǎng)因子和支架材料。</p><p><b>　　2：</b></p><p>　　觀察窗，冷凍室上蓋，以及機(jī)床底座設(shè)計(jì)。冷凍室上蓋計(jì)劃采用在X_Y工作臺(tái)下方放置塑料膜，隨工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)起到隔熱的作用。機(jī)床底座采用四只滾輪和升降地角。</p><p><b>

36、　　2.4設(shè)計(jì)日程安排</b></p><p><b>　　2.5設(shè)計(jì)要求參數(shù)</b></p><p><b>　　最大成型空間：mm</b></p><p>　　掃描運(yùn)動(dòng)最大成型速度：200mm/s</p><p>　　XY重復(fù)定位精度：mm</p><p>&

37、lt;b>　　Z向重復(fù)定位精度：</b></p><p>　　移動(dòng)件最大重量：6Kg</p><p>　　第三章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 X_Y方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 X向?qū)驒C(jī)構(gòu)</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一般有使用導(dǎo)軌，或者是光杠，但是鑒于該工作

38、臺(tái)質(zhì)量較小，且無(wú)切削力，所以考慮使用摩擦系數(shù)較小，安裝簡(jiǎn)便，占用空間小的光杠。</p><p>　　3.1.2 光杠與直線軸承</p><p><b>　　直線軸承：</b></p><p>　　SAMICK LM型直線軸承與LM型軸配合使用在不限行程的直線運(yùn)動(dòng)系列中。由于滾珠和直線軸間為點(diǎn)接觸，因此摩擦力小，運(yùn)動(dòng)精度高</p>

39、<p><b>　　構(gòu)造和特點(diǎn)</b></p><p>　　SAMICK直線軸承通過(guò)保持架和球溝道來(lái)調(diào)整軸承與LM軸的線性關(guān)系。外套筒采用高碳鉻軸承鋼材料，熱處理后內(nèi)外圓經(jīng)磨削加工。互換性：三益直線軸承的尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的，完全可以互換。為了保證裝配精度，直線軸外圓采用磨削加工。剛性外套經(jīng)硬化處理和精密磨削的軸承鋼外套，可以直接嵌入滾針軸承裝配。高精度保持架整體式的保持架有4到6個(gè)滾珠

40、回路，為滾珠的滾動(dòng)和軸承的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)提供精確的導(dǎo)向。LM箱式單元SC型LM箱式單元,由輕鋁箱體和LM型直線軸承組成，珠軸承箱式單元，安裝于帶有密封的滾珠軸承上。易于通過(guò)螺栓安裝于工作平臺(tái)上，而且可通過(guò)設(shè)計(jì)緊湊的鋁箱來(lái)移動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)螺栓聯(lián)接方便地完成裝配。 可通過(guò)調(diào)整滾珠回路與載荷方向的相對(duì)位置來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>

41、　　3.1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于工作臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，因此考慮螺旋傳動(dòng)，螺旋傳動(dòng)的主要目的就是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。根據(jù)螺紋副螺旋傳動(dòng)有兩種形式，比較如下：</p><p>　　該機(jī)床受成形零件的形狀影響必然要求工作臺(tái)要有頻繁的啟動(dòng)，停止，前行，倒車(chē)，而且要求很高的傳動(dòng)效率和精度，所以綜合考慮各種因素，應(yīng)該使用滾珠絲杠副來(lái)傳動(dòng)。<

42、;/p><p>　　3.1.4 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　已知條件：機(jī)床工作臺(tái)如圖3.2。</p><p>　　最大行程：考慮X_Y向最大成形空間為200*200mm，考慮噴頭體積，最大行程初定于300mm</p><p>　　全行程上定位精度：δg0.005mm</p><p>　　失動(dòng)量：δs=0.01

43、mm</p><p>　　工作臺(tái)最高速度Vmax==20mm/s（成型運(yùn)動(dòng)無(wú)切削力）</p><p>　　壽命10000小時(shí) （兩班工作制5年）</p><p>　　電機(jī)直聯(lián)絲杠，最高轉(zhuǎn)速nj=3000r/min</p><p>　　初步考慮用光杠導(dǎo)向，，摩擦系數(shù)μ=0.2</p><p>　　絲杠用 固定--固定的安

44、裝方式</p><p><b>　　計(jì)算步驟1.</b></p><p><b>　　2.</b></p><p><b>　　1：按照公式</b></p><p>　　I：傳動(dòng)比，電機(jī)直連絲杠，所以I=1；</p><p>　　=12000mm/min

45、</p><p>　　=3000r/min</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　2：絲杠轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　按照公式有：</b></p><p>　　=12000/4=3000r/min</p

46、><p><b>　　3：根據(jù)公式</b></p><p>　　滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)速條件下的工作時(shí)間分別為</p><p><b>　　所受載荷為</b></p><p>　　于是有=11.76N =3000r/min</p><p>　　4：滾珠絲杠副在當(dāng)量載荷以及當(dāng)量轉(zhuǎn)速

47、下旋轉(zhuǎn)達(dá)到預(yù)計(jì)壽命時(shí)承受的最大軸向載荷，設(shè)計(jì)時(shí)要保證</p><p><b>　　有</b></p><p>　　于是有=171.66</p><p><b>　　5：安裝方式選擇</b></p><p>　　由于有振動(dòng)的工況，所以考慮使用固定-固定的方式安裝，此時(shí)</p><p

48、><b>　　=128+300</b></p><p><b>　　=428</b></p><p>　　圓整，取=450mm</p><p>　　圖3.3滾珠絲杠安裝參數(shù)</p><p>　　圖3.4滾珠絲杠安裝示意圖</p><p>　　6：估算允許的滾珠絲杠最大彈

49、性變量按照定位精度的1/4-1/6選定。</p><p><b>　　于是 =</b></p><p>　　由于采用的是固定-固定的安裝方式，</p><p><b>　　=2.39mm</b></p><p>　　如此即為按安裝方式確定的底徑</p><p>　　7：選擇

50、內(nèi)循環(huán)反相器雙螺母墊片預(yù)緊</p><p>　　根據(jù)樣本值，選擇GD2004-3-P3型絲杠，</p><p>　　=4，=17.1（絲杠底徑）</p><p>　　=5243N 滿(mǎn)足以上計(jì)算要求。</p><p>　　8：按公式Dn=d0*nmax=20*3000=60000≤70000 (滿(mǎn)足要求)按照精度確定，1-5級(jí)精度Dn 700

51、00</p><p><b>　　9：扭矩計(jì)算：</b></p><p>　　9.1：理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩</p><p>　　：軸向載荷；：傳動(dòng)效率；</p><p>　　可取為/3=11.76/3=3.92 ； 取為0.9</p><p><b>　　于是有：</b><

52、/p><p><b>　　=0.012N*M</b></p><p>　　9.2：最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩</p><p><b>　　3級(jí)精度，于是有</b></p><p>　　=1.4*0.012=0.0168</p><p>　　9.3：驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩</p>

53、;<p><b>　　于是，根據(jù)有：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　所以，l=0.2/314.2</p><p><b>　　9.4啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</b></p><p>　　啟動(dòng)時(shí)間取為10ms=0.01s v=0.2m/s&

54、lt;/p><p><b>　?。铀俣龋?lt;/b></p><p>　　因此選定x_y向工作臺(tái)的電機(jī)型號(hào)為55SZ53</p><p>　　9.5因啟動(dòng)，停步而引起的絲杠誤差計(jì)算，</p><p>　　根據(jù)材料力學(xué)直桿軸向拉伸壓縮公式有：</p><p>　　EA：桿件的抗拉（抗壓）剛度。</p

55、><p><b>　　查樣本有K=347</b></p><p>　　于是有=0.0012mm</p><p>　　所以+=0.00125+0.0012=0.00245mm0.005mm</p><p><b>　　符合定位精度要求。</b></p><p>　　圖3.5滾珠絲杠

56、螺母</p><p>　　3.2 Z方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.2.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選擇</p><p>　　Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)類(lèi)似與X-Y向，均采用光杠和直線軸承的配合方式，因?yàn)椴季值目紤]，決定把Z向光杠布置在總體框架后方，方便與前方開(kāi)取工件的窗口和便于裝配。</p><p>　　3.2.2 電機(jī)選擇</p>&

57、lt;p>　　根據(jù)快速成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。X-Y工作臺(tái)完成一個(gè)斷面的掃描以后，Z軸工作臺(tái)下降一個(gè)層高。直到下降到最低的時(shí)候，按壓行程開(kāi)關(guān)，然后停止，待取出工件以后，X-Y工作臺(tái)和Z工作臺(tái)復(fù)位，等待下一次掃描成型。</p><p>　　按照這樣的計(jì)劃，Z軸使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，使得工作臺(tái)上升下降，控制器每發(fā)出一個(gè)階躍脈沖，工作臺(tái)便下降一個(gè)斷層高度。</p><p>　　

58、3.2.3傳動(dòng)副選擇</p><p>　　由此可見(jiàn)，Z軸工作臺(tái)做低速不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，要求要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有自鎖性能。于是，優(yōu)先考慮使用螺桿。</p><p>　　3.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　滑動(dòng)螺旋副設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：</p><p><b>　　1:</b></p><p>　　滑動(dòng)螺旋副的失

59、效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母的高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)界面的強(qiáng)度。青銅和鑄鐵螺母以及能承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的剪切和彎曲強(qiáng)度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性能，精密的傳動(dòng)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度。有時(shí)就是根據(jù)剛度確定其直徑。當(dāng)螺桿受壓力，其長(zhǎng)徑又比較大時(shí)容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性。其直徑也可以按穩(wěn)定性要求確定。轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動(dòng)，還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。</p>&

60、lt;p>　　平?jīng)]有比例關(guān)系，所以不適宜直接傳輸模擬信號(hào)。但因直流電平也能傳輸，所以若利用光脈寬調(diào)制就能傳輸含直流分量的模擬信號(hào)，這種方法最適宜傳輸數(shù)字信號(hào)</p><p>　　在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和實(shí)際的電子電路應(yīng)中，信號(hào)在傳輸時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減、通道干擾等。同時(shí)，隨著系統(tǒng)性能的要求越來(lái)越高，以及控制的實(shí)時(shí)性要求，為了保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，通常采取的主要措施有光電輛合隔離、雙絞線隔離、阻抗匹配等。

61、事實(shí)證明，采用光電耦合器是行之有效的方法之一。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、抗干擾性能好，所以可以用到步進(jìn)電機(jī)的控制當(dāng)中。</p><p>　　圖4.5 光電耦合器</p><p>　　針對(duì)光電編碼器的硬件設(shè)計(jì)，在匯編語(yǔ)言環(huán)境下編寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　加減計(jì)數(shù)功能的程序見(jiàn)附錄：</p><p>　　4.11 步進(jìn)電機(jī)及其軟件環(huán)形分配器<

62、/p><p>　　P1 口的三個(gè)引腳經(jīng)過(guò)光電隔離/功率放大后,分別與電機(jī)的A、B、C 三相連接。電機(jī)以三相六拍方式,電機(jī)正轉(zhuǎn)的順序?yàn)锳 AB B BCC CA A ,反轉(zhuǎn)為AAC C CB B BA</p><p>　　它們的分配如表1 所示,設(shè)P1 的某口的電平為高電平,相應(yīng)的相位繞組通電。把</p><p>　　表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的EPROM 中,并分別設(shè)定表

63、頭地址為T(mén)AB0 ,表尾的地址為T(mén)AB5 。計(jì)算機(jī)的P1 口按從表頭開(kāi)始逐步加1 的順序變化,電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn),如果按從TAB5 ,逐步減1 的順序變化,電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　環(huán)形分配的程序?qū)崿F(xiàn)：</p><p><b>　　程序框圖如下：</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

64、<p>　　顏永年，熊卓著.組織工程載體框架的低溫?cái)D壓/噴射堆積成形工藝方法.發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　黃樹(shù)槐.快速成形數(shù)據(jù)處理及若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.華中科技大學(xué)2001年</p><p><b>　　博士論文</b></p><p>　　黃樹(shù)槐，馬黎快速原型制造(RPM)技術(shù)的進(jìn)展.中國(guó)機(jī)械工程，1997,</

65、p><p>　　尹希猛，王運(yùn)贛，黃樹(shù)槐.快速成形技術(shù)一90年代新的造型工具.中國(guó)機(jī)械工</p><p><b>　　程，1993 </b></p><p>　　賓鴻贊，楊明.生長(zhǎng)型制造技術(shù)— 制造技術(shù)的新突破.中國(guó)機(jī)械工程，1993</p><p>　　秦偉剛.光電耦合隔離技術(shù)及應(yīng)用.儀器科學(xué)學(xué)報(bào).2006.6</p&

66、gt;<p>　　王隆太主編.先進(jìn)制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　張毅剛主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社。</p><p>　　劉躍南主編.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社。</p><p>　　毛謙德，李振清主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.第二版</p><p>　　徐灝，蔡春源主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).機(jī)械

67、工業(yè)出版社。</p><p>　　鄧星鐘主編.機(jī)電傳動(dòng)控制.華中科技大學(xué)出版社.第三版</p><p>　　高春甫主編.機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).吉林大學(xué)出版社.</p><p>　　馮博琴主編.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).清華大學(xué)出版社</p><p>　　徐惠民，安德寧主編.單片微型計(jì)算機(jī)原理接口及應(yīng)用.北京郵電大學(xué)出版社.第二版</p>

68、;<p>　　王桂琴主編，電工技術(shù)Ⅰ.機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　常文秀主編，電工技術(shù)Ⅱ.機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　秦榮榮，崔可維主編，機(jī)械原理.吉林科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　于駿一，鄒青主編，機(jī)械制造基礎(chǔ)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　甘永立，陳曉華主編.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ).吉林人民出版社&

69、lt;/p><p>　　譚慶昌，趙洪志主編.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社</p><p>　　寇尊權(quán)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).吉林科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　侯洪生主編.機(jī)械工程圖學(xué).科學(xué)出版社</p><p>　　聶毓琴，孟廣偉主編.材料力學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　遲劍鋒，吳山力主編.材料成型技術(shù)基礎(chǔ).吉

70、林大學(xué)出版社</p><p>　　附錄：加減計(jì)數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序</p><p>　　1、加減計(jì)數(shù)器程序：</p><p>　　INT2：CLR TF2</p><p>　　PUSH ACC ；現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)</p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p

71、><b>　　SETB RS0</b></p><p><b>　　CLR RS1</b></p><p>　　MOV C，P1. 1 ；加減計(jì)數(shù)標(biāo)志給標(biāo)志位C</p><p>　　MOV R0，#DATA-PLUS ；寄存器指針指向數(shù)據(jù)存放地址</p><p>　　MOV A，TL2 ；讀取

72、計(jì)數(shù)器初值低8 位</p><p>　　MOV @ R0，A ；低8 位初值存入R0</p><p>　　INC R0 ；寄存器指針轉(zhuǎn)移</p><p>　　MOV A，TH2 ；讀取計(jì)數(shù)器初值高8 位</p><p>　　MOV @ R0，A ；高8 位初值存入R0</p><p><b>　　INC R0

73、</b></p><p>　　JNC SUB ；是進(jìn)行加計(jì)數(shù)嗎？不是則轉(zhuǎn)SUB</p><p>　　ADD：MOV A，@ R0 ；進(jìn)行加1 計(jì)數(shù)</p><p>　　ADD A，#01H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　　INC R0</b><

74、;/p><p>　　MOV A，@ R0</p><p>　　ADDC A，#00H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　　LJMP OVER</b></p><p>　　SUB：MOV A，@ R0 ；進(jìn)行減1 計(jì)數(shù)</p><p><b

75、>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A，#01H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A，@ R0</p><p>　　SUBB A，#00H</p><p

76、>　　MOV @ R0，A</p><p>　　OVER：CLR RS0</p><p>　　POP PSW ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI </b></p><p>　　2、軟件環(huán)分初始化程序：&l

77、t;/p><p>　　SUB1 :MOV DPTR , # TAB</p><p><b>　　AJMP REDO</b></p><p>　　DRIVER :MOV A ,R7</p><p>　　MOV A , @A+DPTR</p><p><b>　　MOV P1 ,A</b&

78、gt;</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　DJNZ R6 ,REDO</p><p><b>　　MOV R7 ,A</b></p><p>　　RET 　　　　子程序返回</p><p>　　REDO : CJNE R5 , # 00 ,NON</p>

79、<p>　　CJNE R7 , # 05 ,L ,</p><p>　　MOV R7 , # 00H</p><p>　　AJMP DRIVER</p><p>　　L1 : INC R7</p><p>　　AJMP DRIVER</p><p>　　NON : CJNE R7 , # 00H:L2<

80、;/p><p>　　MOV R7 , # 05H</p><p>　　AJMP DRIVER</p><p>　　L2 : DEC R7</p><p>　　AJMP DRIVER</p><p>　　DELAY MOV R2，#255</p><p>　　TAB : DB 01H ,03H ,02