增材制造工藝與裝備課件：總裝整機(jī)

總裝整機(jī)

【任務(wù)目標(biāo)】1.掌握總裝整機(jī)各零部件的名稱。2.了解各部件的作用。3.了解所需零件的規(guī)格。4.掌握總裝整機(jī)的組裝方法。

在機(jī)械領(lǐng)域中，機(jī)械傳動(dòng)是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。分為兩類：一是靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力的摩擦傳動(dòng)，二是靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。FDM3D打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于第二種情況，電機(jī)上的主動(dòng)輪與遠(yuǎn)端的從動(dòng)輪互相配合，通過中間件皮帶將力傳遞到需要做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部分。

從3D打印的結(jié)果來看，模型的外壁打印效果是由X軸運(yùn)動(dòng)模塊和Y軸運(yùn)動(dòng)模塊互相配合運(yùn)動(dòng)完成的，當(dāng)其中某一個(gè)模塊，或者其中某一個(gè)零件出現(xiàn)問題的時(shí)候，就有可能導(dǎo)致打印件的表面質(zhì)量變差。但是該部分的零部件較多，不同零部件故障所呈現(xiàn)在模型上的結(jié)果也不一樣。所以，為了搞清楚模型表面質(zhì)量出問題的不同原因，就需要清晰的了解總裝整機(jī)中的結(jié)構(gòu)和組裝方法。1.總裝整機(jī)的構(gòu)成

在前面的步驟中，我們已經(jīng)基本完成了整體框架的組裝，而本次內(nèi)容的總裝，相當(dāng)于是將整個(gè)框架結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來。通過從動(dòng)輪、皮帶等傳動(dòng)部件將電機(jī)的力傳遞到設(shè)備的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，從而保證了打印頭的前后左右移動(dòng)。同時(shí)，組裝各個(gè)限位開關(guān)使其通過與觸碰結(jié)構(gòu)的配合來完成打印頭和打印平臺移動(dòng)位置的界定，是整個(gè)設(shè)備中最后一組需要組裝的機(jī)械、運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。（如圖1-135）圖1-135整機(jī)結(jié)構(gòu)（無皮帶）

機(jī)械傳動(dòng)的作用是傳遞運(yùn)動(dòng)和力，常用的機(jī)械傳動(dòng)類型有齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、輪系。1）齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用范圍很廣，傳動(dòng)功率可達(dá)數(shù)萬千瓦，單級傳動(dòng)比可達(dá)8以上，因此在機(jī)械上得到廣泛應(yīng)用。與其他機(jī)械傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行可靠，使用壽命長；恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；傳輸效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和應(yīng)用范圍廣等。缺點(diǎn)是：齒輪制造需要專用機(jī)床和設(shè)備，成本高；精度低時(shí)，振動(dòng)和噪聲大；不適用于軸距較大的傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)有很多種。根據(jù)兩齒輪的相對運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)，可分為平面齒輪傳動(dòng)和空間齒輪傳動(dòng)兩大類。（如圖1-136）圖1-136齒輪傳動(dòng)2）蝸桿傳動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)裝置用于傳遞交錯(cuò)軸之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在大多數(shù)情況下，兩個(gè)軸在空間上彼此垂直。蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無噪音、沖擊和振動(dòng)小、單級傳動(dòng)比大。缺點(diǎn)是在制造精度和傳動(dòng)比相同的條件下，蝸桿傳動(dòng)的效率低于齒輪傳動(dòng)。此外，蝸輪一般需要用昂貴的減摩材料（如青銅）制成。蝸桿傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械及相關(guān)行業(yè)，如汽車驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)；機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械軸線相交傳動(dòng)；用于軋鋼機(jī)械、礦山機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械。（如圖1-137）圖1-137蝸桿傳動(dòng)3）帶傳動(dòng)

根據(jù)帶的截面形狀的不同，將帶分為平帶、V帶和特殊帶（多楔帶、圓帶等）等。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、無須潤滑、容易維護(hù)。但不能保證精確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較低。帶傳動(dòng)主要用于傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格的中、小功率的較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)場合。（如圖1-138）圖1-138帶傳動(dòng)4）鏈傳動(dòng)

鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或以上的鏈輪之間用鏈作為撓性拉拽原件的一種嚙合傳動(dòng)。和帶傳動(dòng)比較，鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒有滑動(dòng)；效率較高；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較?。荒茉跍囟容^高、濕度較大的環(huán)境中使用等。主要缺點(diǎn)是：只能用于平行軸之間的傳動(dòng)；瞬時(shí)速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用；工作時(shí)有噪聲等。鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)相比，其主要特點(diǎn)：制造和安裝精度要求較低；中心距較大時(shí)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單；瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差。鏈傳動(dòng)除廣泛用作定傳動(dòng)比的傳動(dòng)外，也能做成有級鏈?zhǔn)阶兯倨骱蜔o級鏈?zhǔn)阶兯倨?。（如圖1-139）圖1-139鏈傳動(dòng)圖1-139鏈傳動(dòng)圖1-139鏈傳動(dòng)5）輪系

由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為輪系，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。輪系分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩種類型。輪系的主要特點(diǎn)：適用于相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動(dòng)；可作為變速器實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)；可獲得較大的傳動(dòng)比；實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。（如圖1-140）圖1-140輪系

本書中所采用的FDM3D打印機(jī)，平面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使用的是帶傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)支架X、電機(jī)支架Y、主動(dòng)輪、限位開關(guān)、從動(dòng)輪、從動(dòng)輪固定架（X）、Z軸限位開關(guān)固定架、皮帶、料架固定架組成。其中涉及結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)件之間的互相配合，在裝配時(shí)需要充分預(yù)留調(diào)試余量，盡量避免在組裝到后續(xù)步驟時(shí)重新返工。

該部分的運(yùn)作方式為，通過框架結(jié)構(gòu)上安裝的Y軸電機(jī)帶動(dòng)打印頭作前后方向的運(yùn)動(dòng)，側(cè)面框架結(jié)構(gòu)上安裝的X軸電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)Y軸運(yùn)動(dòng)模塊作左右方向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)在框架結(jié)構(gòu)上裝有XYZ三軸的限位開關(guān)，保證對打印頭移動(dòng)范圍的控制。2.各部件的規(guī)格與作用

1）步進(jìn)電機(jī)：在該部分中，主要用到的是驅(qū)動(dòng)X軸模塊和Y軸模塊的電機(jī)，為模塊的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。（如圖1-141）圖1-141步進(jìn)電機(jī)

2）電機(jī)支架X、Y：用于將步進(jìn)電機(jī)固定在設(shè)備框架結(jié)構(gòu)上的輔助連接支架。（如圖1-142、圖1-143）圖1-142電機(jī)支架X

圖1-143電機(jī)支架Y

3）主動(dòng)輪：是皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)中的一部分，一方面負(fù)責(zé)將電機(jī)軸的力傳遞到皮帶上，另一方面限定皮帶的上下位置，防止皮帶從電機(jī)軸上脫離。主動(dòng)輪有齒圈式和滾輪式，采用齒圈式的較多。齒圈的齒形有凸面、平面和凹面三種類型。（如圖1-144）圖1-144主動(dòng)輪

4）限位開關(guān)：又被稱為行程開關(guān)和位置開關(guān)，是一種常用的小電流主令電器。利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。在FDM3D打印機(jī)中主要是用來限制X、Y、Z三軸的移動(dòng)行程。（如圖1-145）圖1-145限位開關(guān)圖1-146從動(dòng)輪

5)從動(dòng)輪：如果說主動(dòng)輪是皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)中輔助電機(jī)提供動(dòng)力的零件，那么從動(dòng)輪就是不提供動(dòng)力，不輸出功率和扭矩的零件。主要用途有三：第一，作為皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)中的另一端，對皮帶有支撐的作用；第二，限制皮帶的上下位置，防止長時(shí)間移動(dòng)使用后皮帶脫離，導(dǎo)致皮帶位置出現(xiàn)偏差；第三，從動(dòng)輪接收主動(dòng)輪傳遞過來的機(jī)械能，并保證機(jī)械能繼續(xù)向下傳遞。（如圖1-146）

6）從動(dòng)輪固定架（X）：用于支撐、固定從動(dòng)輪的支架。（如圖1-147）圖1-147從動(dòng)輪固定架（X）7）Z軸限位開關(guān)固定架：用于固定Z軸限位開關(guān)的支架。（如圖1-148）圖1-148Z軸限位開關(guān)固定架圖1-149皮帶

8）皮帶：皮帶傳動(dòng)也被稱為“帶傳動(dòng)”，屬于機(jī)械傳動(dòng)的一種。由一根或幾根皮帶緊套在皮帶輪組成。兩輪分別裝在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上，因此又被稱為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪。利用皮帶與兩輪之間的摩擦，以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。在FDM3D打印機(jī)中，皮帶的主要作用是將電機(jī)提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成X、Y軸運(yùn)動(dòng)模塊的直線運(yùn)動(dòng)。（如圖1-149）

9）耗材支架：用于安裝耗材的支架，打印時(shí)，耗材會在支架上旋轉(zhuǎn)釋放出料絲。（如圖1-150）圖1-150耗材支架3.傳動(dòng)系統(tǒng)的組裝

1）取出一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，將其與電機(jī)支架（X）進(jìn)行組裝，使用M3*8mm內(nèi)六角螺絲進(jìn)行固定；隨后將主動(dòng)輪安裝至電機(jī)軸上，并擰緊主動(dòng)輪側(cè)面的頂絲。（如圖1-151）圖1-151安裝電機(jī)支架（X）圖1-152安裝電機(jī)支架（Y）2)再取出一個(gè)步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)支架（Y）組裝在一起，同樣使用使用M3*8mm內(nèi)六角螺絲進(jìn)行固定；隨后將主動(dòng)輪安裝至電機(jī)軸上，并擰緊主動(dòng)輪側(cè)面的頂絲。（如圖1-152）圖1-153安裝限位開關(guān)3)將限位開關(guān)安裝至電機(jī)支架Y，并使用M3*8mm內(nèi)六角螺絲配合螺母進(jìn)行固定。（如圖1-153）

4）將上面組裝好的X軸電機(jī)模塊和Y軸電機(jī)模塊分別安裝至箭頭位置。（如圖1-154）圖1-154電機(jī)模塊安裝位置

5）安裝X軸電機(jī)模塊，首先，在型材的凹槽內(nèi)放入三個(gè)T型螺母；隨后，將電機(jī)支架X上的三個(gè)孔位與T型螺母位置對應(yīng)；最后，使用M4*8mm內(nèi)六角螺絲固定。（如圖1-155）圖1-155安裝X軸電機(jī)模塊圖1-156安裝Y軸電機(jī)模塊

6）使用同樣方法將電機(jī)支架Y固定在型材框架結(jié)構(gòu)上。（如圖1-156）

7）將從動(dòng)輪組件安裝至圖中箭頭標(biāo)記的位置。（如圖1-157）圖1-151安裝電機(jī)支架（X）

8）將T型螺母預(yù)先放置在型材框架內(nèi)，將從動(dòng)輪固定架、墊片、從動(dòng)輪組裝在一起。（如圖1-158）圖1-158安裝從動(dòng)輪組件a

9）使用M3*25mm內(nèi)六角螺絲從墊片、從動(dòng)輪頂部穿過，與底部的螺母一起將從動(dòng)輪固定在從動(dòng)輪固定架上（這里需要注意的是，安裝從動(dòng)輪時(shí)不宜擰得過緊，需要確保從動(dòng)輪可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)）。隨后使用M4*8mm內(nèi)六角螺絲將從動(dòng)輪固定架固定在框架結(jié)構(gòu)上。（如圖1-159）圖1-159安裝從動(dòng)輪組件b

10）使用同樣的方法安裝另一側(cè)的從動(dòng)輪組件。（如圖1-160）圖1-160安裝從動(dòng)輪組件c

11）組裝Z軸限位開關(guān)，使用M3*8mm的內(nèi)六角螺絲配合螺母將限位開關(guān)安裝在Z軸限位開關(guān)固定架上。（如圖1-161）圖1-161組裝Z軸限位開關(guān)圖1-162安裝Z軸限位開關(guān)12)將組裝好的Z軸限位開關(guān)安裝至框架結(jié)構(gòu)上，并使用2顆M4*8mm的內(nèi)六角螺絲配合T型螺母進(jìn)行固定。（如圖1-162）

13）在打印頭的左右兩側(cè)安裝固定螺絲，并以此為皮帶安裝的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，將皮帶按照下圖中的順序進(jìn)行纏繞（安裝皮帶時(shí)需盡可能的將其繃緊，防止后續(xù)打印測試時(shí)對打印效果造成影響）。（如圖1-163、圖1-164）圖1-163安裝皮帶固定螺絲圖1-164皮帶安裝參考圖

14）將料架安裝至框架結(jié)構(gòu)的后方，使用M4*8mm螺絲進(jìn)行固定。（如圖1-165）圖1-165安裝料架

15）機(jī)械結(jié)構(gòu)部分總裝完畢。（如圖1-166）圖1-166整裝完畢

雙打印頭FDM3D打印機(jī)

FDM3D打印機(jī)憑借著操作門檻低、系統(tǒng)穩(wěn)定、體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)在普通的民用市場占有很大的比重；隨著這些年的發(fā)展，耗材的種類和顏色也有了很多的選擇，使得其在工業(yè)領(lǐng)域也有了一定的發(fā)揮空間。不過，作為受眾面最廣的3D打印技術(shù)類型，打印速度慢、生成支撐的位置打印質(zhì)量差、打印件的色彩不夠豐富等問題也一直困擾著FDM3D打印機(jī)的使用者們。

為了解決這個(gè)問題，國內(nèi)外都在嘗試將打印頭增加到兩個(gè)，這樣在原本耗材的基礎(chǔ)上就又多了一種耗材選擇的可能。（如圖1-167）現(xiàn)階段，主要有以下幾種嘗試應(yīng)用方式：圖1-167雙打印頭FDM3D打印機(jī)1.雙色打印

將另一個(gè)噴嘴的耗材更換為其他顏色，可以實(shí)現(xiàn)雙色打印。雙色打印需要提前對模型的不同顏色部分進(jìn)行區(qū)分。在模型制作的階段就需要將兩個(gè)不同顏色的部分拆分為兩個(gè)不同的模型，同時(shí)，還需要保持兩個(gè)模型的坐標(biāo)是統(tǒng)一的，之后將這種“特殊方法”制作的模型導(dǎo)入切片軟件，再通過切片軟件對模型進(jìn)行兩個(gè)打印頭的數(shù)據(jù)規(guī)劃，將規(guī)劃好的Gcode文件導(dǎo)入的3D打印機(jī)中，就可以控制兩個(gè)打印頭分別打印模型不同顏色的部分。

不過，雙頭打印設(shè)備造價(jià)昂貴，雙頭平臺校準(zhǔn)比單頭的平臺校準(zhǔn)難度高很多，再加上這種打印方式對前期模型制作的要求過高，導(dǎo)致很少能見到其實(shí)際使用案例，多見于3D打印設(shè)備廠家對雙頭打印設(shè)備的產(chǎn)品宣傳展示模型。2.雙耗材打印

將兩個(gè)不同的打印頭分別換上兩種特性不同的耗材，用以實(shí)現(xiàn)兩種耗材在同一模型物理層面上熔合。該方式有很多種測試方向，比如硬質(zhì)材料PLA、ABS與軟質(zhì)材料TPU、TPE之間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“軟硬相兼”。不過就目前來看，同一模型上的兩種材料結(jié)合效果并不好，一方面是因?yàn)閮煞N不同的材料收縮率不同，打印完成后，收縮率高的材料會使得熔合相接的位置連接不緊密，連接處很容易斷開。另一方面是相對于在同一模型進(jìn)行兩種不同材質(zhì)的拆分，直接制作一組裝配件，再使用單頭的FDM3D打印機(jī)更換不同的材料進(jìn)行打印，最后將模型組裝在一起的操作，不論是模型制作，還是打印機(jī)的調(diào)試，后者都會