本科畢業(yè)論文-指夾式精量播種器指夾圓盤的設(shè)計(jì)與快速成型制造

1、PAGE 41 學(xué)校代碼：115171 學(xué) 號(hào)： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 指夾式精量播種器指夾圓盤的 設(shè)計(jì)與快速成型制造 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 院（部） 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時(shí)間 年 月 日 PAGE 3目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9775 摘 要 PAGEREF _Toc9775 I HYPERLINK l _Toc19446 ABSTRACT PAGEREF _Toc19446 II HYPERLINK l _Toc12560 1 玉米精量播種器簡(jiǎn)介 P

2、AGEREF _Toc12560 1 HYPERLINK l _Toc25318 1.1 精量播種器發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì) PAGEREF _Toc25318 1 HYPERLINK l _Toc15525 1.1.1 國內(nèi)外玉米精量播種器發(fā)展概況 PAGEREF _Toc15525 1 HYPERLINK l _Toc27028 1.1.2 我國現(xiàn)有精量播種裝置及存在的問題 PAGEREF _Toc27028 2 HYPERLINK l _Toc23666 1.2 玉米精量播種器的類型 PAGEREF _Toc23666 3 HYPERLINK l _Toc24133 1.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容 PAGER

3、EF _Toc24133 4 HYPERLINK l _Toc13105 2 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc13105 5 HYPERLINK l _Toc10291 2.1 指夾式精量播種器的組成 PAGEREF _Toc10291 5 HYPERLINK l _Toc9487 3 指夾式精量播種器指夾圓盤的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9487 9 HYPERLINK l _Toc13631 3.1 SolidWorks軟件介紹 PAGEREF _Toc13631 9 HYPERLINK l _Toc24850 3.1.1 零件建模 PAGEREF _Toc24850

4、9 HYPERLINK l _Toc13921 3.1.2 裝配體 PAGEREF _Toc13921 10 HYPERLINK l _Toc8782 3.1.3 工程圖 PAGEREF _Toc8782 10 HYPERLINK l _Toc30829 3.2 SolidWorks在3D打印中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc30829 14 HYPERLINK l _Toc20493 3.3 用SolidWorks繪制指夾圓盤所做的準(zhǔn)備 PAGEREF _Toc20493 14 HYPERLINK l _Toc1060 3.4 在三維軟件SolidWorks中繪制指夾圓盤 PAGEREF _

5、Toc1060 15 HYPERLINK l _Toc7210 3.4.1 利用三維軟件SolidWorks繪制指夾圓盤的圖示過程 PAGEREF _Toc7210 16 HYPERLINK l _Toc18347 3.4.2 利用三維軟件SolidWorks繪制撥爪圓盤的圖示過程 PAGEREF _Toc18347 22 HYPERLINK l _Toc31003 3.4.3 利用三維軟件SolidWorks繪制撥爪圓盤的撥爪圖示過程 PAGEREF _Toc31003 25 HYPERLINK l _Toc23776 3.5生成STL文件 PAGEREF _Toc23776 27 HYPE

6、RLINK l _Toc19847 4 指夾式精量播種器指夾圓盤的快速成型制造 PAGEREF _Toc19847 29 HYPERLINK l _Toc23327 4.1快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc23327 29 HYPERLINK l _Toc14687 4.1.1 快速成型技術(shù)的概念 PAGEREF _Toc14687 29 HYPERLINK l _Toc22650 4.1.2 快速成型制造原理 PAGEREF _Toc22650 30 HYPERLINK l _Toc8390 4.1.3 快速成型技術(shù)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc8390 31 HYPERLINK

7、l _Toc7543 4.1.4 快速成型技術(shù)應(yīng)用方向 PAGEREF _Toc7543 32 HYPERLINK l _Toc4954 4.2 熔融沉積快速成型 PAGEREF _Toc4954 33 HYPERLINK l _Toc26558 4.2.1 熔融沉積快速成型的概念 PAGEREF _Toc26558 33 HYPERLINK l _Toc6807 4.2.2 工藝原理 PAGEREF _Toc6807 33 HYPERLINK l _Toc15217 4.2.3工藝過程 PAGEREF _Toc15217 34 HYPERLINK l _Toc4194 4.3 FDM快速成型

8、的系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc4194 34 HYPERLINK l _Toc32766 4.3.1 硬件系統(tǒng) PAGEREF _Toc32766 34 HYPERLINK l _Toc26382 4.3.2 軟件系統(tǒng) PAGEREF _Toc26382 35 HYPERLINK l _Toc19617 4.3.3 供料系統(tǒng) PAGEREF _Toc19617 35 HYPERLINK l _Toc22096 4.3.4 FDM成型材料系統(tǒng) PAGEREF _Toc22096 35 HYPERLINK l _Toc10748 4.4 FDM快速成型技術(shù)的支撐 PAGEREF _Toc10

9、748 35 HYPERLINK l _Toc15610 4.4.1 熔融沉積快速成型技術(shù)的應(yīng)用 PAGEREF _Toc15610 35 HYPERLINK l _Toc31087 4.5指夾圓盤快速成型的操作過程 PAGEREF _Toc31087 36 HYPERLINK l _Toc17786 4.5.1 載入模型 PAGEREF _Toc17786 36 HYPERLINK l _Toc30731 4.5.2 自動(dòng)布局 PAGEREF _Toc30731 36 HYPERLINK l _Toc2930 4.5.3 變形 PAGEREF _Toc2930 37 HYPERLINK l

10、_Toc16991 4.5.4 輔助支撐分層 PAGEREF _Toc16991 38 HYPERLINK l _Toc13025 4.5.5 打印模型 PAGEREF _Toc13025 38 HYPERLINK l _Toc10096 4.5.6 3D打印實(shí)體 PAGEREF _Toc10096 39 HYPERLINK l _Toc9648 結(jié)束語 PAGEREF _Toc9648 40 HYPERLINK l _Toc19605 致 謝 PAGEREF _Toc19605 41 HYPERLINK l _Toc4779 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc4779 42PAGE II指夾

11、式精量播種器指夾圓盤的設(shè)計(jì)與快速成型制造摘 要快速成型技術(shù)又稱快速原型技術(shù)，它是機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)的綜合應(yīng)用，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件。本設(shè)計(jì)就是對(duì)玉米指夾式精量播種器指夾圓盤的快速成型設(shè)計(jì)與制造，通過三維軟件SolidWorks、UG、PRO/E將指夾圓盤繪制出來，再經(jīng)過快速成型技術(shù)進(jìn)行實(shí)物打印，裝配實(shí)物并完成設(shè)計(jì)。使用快速成型技術(shù)生成實(shí)物，有效的縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。利用三維軟件建模，使我能將所學(xué)的知識(shí)得以運(yùn)用。我從本次設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了對(duì)快速成型技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解，并鍛煉了運(yùn)用CAD/CAM軟件的能力和機(jī)

12、械設(shè)計(jì)與制造方面的專業(yè)技能。關(guān)鍵詞：快速成型；SolidWorks；指夾圓盤；CAD/CAMFinger clip precision seeder fingerclip disc design and rapid prototypingABSTRACTRapid prototyping technology is also called rapid prototyping technology, it is mechanical engineering, CAD, numerical control technology, laser technology and the comprehen

13、sive application of the material science, can automatically, and directly, fast and accurately convert design thought to have certain function prototype or make parts directly.This design is for corn means the clip-on precise seeder refers to the rapid prototyping design and manufacture of the disc,

14、 through 3 d software SolidWorks、UG、PRO/E tries to clamp disk mapped, repass physical printing rapid prototyping technology, assembly product and complete the design.Using rapid prototyping technology to generate real, effective shorten product development cycle, reduce development costs.Using 3 d s

15、oftware modeling, will give me the learned knowledge to be able to use.I from the design to strengthen the understanding and the understanding of rapid prototyping technology, and to exercise the ability to use CAD/CAM software and mechanical design and manufacturing expertise.KEY WORDS: Rapid Proto

16、typing；SolidWorks；Refers To The Disk；CAD/CAMPAGE XLIX1 玉米精量播種器簡(jiǎn)介1.1精量播種器發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)播種機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，必須在較短的播種農(nóng)時(shí)內(nèi)，根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，將種子播到田地里去，使作物獲得良好的發(fā)育生長條件。播種質(zhì)量的好壞，將直接影響到作物的出苗、苗全和苗壯，因而對(duì)產(chǎn)量的影響很大。由于精密播種可以保證種子在田間最合理分布，播種量精確，株距均勻，播深一致，為種子的生長發(fā)育創(chuàng)造最佳條件，可以大量節(jié)省種子，減少田間間苗用工，保證作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)精密播種機(jī)械的要求越來越迫切。1.1.1國內(nèi)外玉米精量播種器發(fā)展概況我

17、國從80年代末便開始研制精密播種機(jī)械。由于種子質(zhì)量、整地條件、機(jī)械制造水平及機(jī)器價(jià)格等因素制約，我國80年代主要是推廣半精量播種。為適應(yīng)農(nóng)村生產(chǎn)責(zé)任制的要求，大量推廣了小型單體播種機(jī)。90年代以來，我國逐步推廣精密播種機(jī)，有10多個(gè)企業(yè)生產(chǎn)了20多種型號(hào)的精密播種機(jī)。精密播種機(jī)以作物種類分為玉米及大豆精密播種機(jī)、谷物（小麥）精密播種機(jī)、甜菜精密播種機(jī)；以配套動(dòng)力分為小型（5.813.2kw）、中型（16.236.8kw）和大型播種機(jī)（40.4kw以上）精密播種機(jī)。通過引進(jìn)和自行開發(fā)研制了各種不同工作原理、不同結(jié)構(gòu)形式的精量排種器。依據(jù)機(jī)械式型孔囊種，以離心力、重力等，進(jìn)行填充作物種子；以填補(bǔ)空

18、間為原理研制的排種器有：水平圓盤式、內(nèi)側(cè)囊種垂直圓盤式、側(cè)充重力清種圓盤型孔式、錐盤式等；依據(jù)機(jī)械式勺匙囊種，以重力、離心力等進(jìn)行充種和投種。以填補(bǔ)空間和舀取為原理研制的排種器有：傾斜圓盤勺式等：依據(jù)氣力原理研制的排種器有：氣吸式精量排種器、氣壓式精量排種器、新型低壓式精量排種器等。其中氣力式排種器工作性能好，但機(jī)具價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求與其配套動(dòng)力的功率大、風(fēng)壓不易控制、使用維護(hù)要求嚴(yán)格，推廣應(yīng)用較為困難。機(jī)械式排種器雖然對(duì)種子尺寸要求比較嚴(yán)，無法適應(yīng)高速作業(yè)，但由于機(jī)械式排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、消耗功率少、部件使用壽命長、可實(shí)現(xiàn)種子粒數(shù)可調(diào)、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，就我同目前的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條

19、件來說，有著廣闊的應(yīng)用前景。國外從20世紀(jì)30年代就開始了精量排種器的研究，取得了顯著的成就。目前，國外應(yīng)用范圍較廣的精量排種器主要有：（1）型孔帶式精量排種器：此種排種器不適于較高速作業(yè)，對(duì)種子要求較嚴(yán)；盤式精量排種器，此種排種器對(duì)高速播種的適應(yīng)性較差，在單粒精密播種時(shí)，種子必須按尺寸分級(jí)，適于播種玉米、高粱大豆等；（2）氣吸式精量排種器：此種排種器通用性好。更換具有不同大小吸孔和不同吸孔數(shù)的排種盤便可適應(yīng)各種不同尺寸的種子及株距要求，但氣室密封要求高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且易磨損；窩眼式精量排種器窩眼輪線速度一般不大于02 ms。該排種器適于種長、寬、厚差別不大的種子。以播球狀種子效果最佳；（3）

20、氣壓式精量排種器：這種排種裝置的優(yōu)點(diǎn)是用一個(gè)排種筒可播多行種子。結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)簡(jiǎn)單而且通用性好，但株距合格率稍差，換播種子則須更換排種筒。改變株距靠調(diào)整排種滾筒傳動(dòng)比或更換排種筒。1.1.2 我國現(xiàn)有精量播種裝置及存在的問題精量播種是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化的農(nóng)作物種植技術(shù)，能夠適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向生態(tài)農(nóng)業(yè)，質(zhì)量型農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，是播種機(jī)械化的發(fā)展方向，是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收的主要措施之一。由于種子價(jià)格不斷提高，精量播種技術(shù)的效益更為顯著，同時(shí)又可大量節(jié)省間苗和定苗用工，緩解春季勞力不足的矛盾。精量播種技術(shù)要從當(dāng)前的“精少量”逐步轉(zhuǎn)向“單粒點(diǎn)播”，采用“精確工程”技術(shù)，真正做到“隨機(jī)定量和定位”的立體化自動(dòng)監(jiān)

21、護(hù)。玉米精量播種是指在玉米種植中，有確定的種植密度的前提下，對(duì)每穴進(jìn)行“單粒播種”或“指定粒數(shù)播種”的種植方式。精量播種在作物群體固定的前提下。能充分發(fā)揮個(gè)體優(yōu)勢(shì)。增強(qiáng)綜合抗性，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)、增效的目的。實(shí)踐表明，實(shí)現(xiàn)玉米精量播種的關(guān)鍵是玉米精量播種機(jī)。而玉米精量播種機(jī)的核心部件是精量排種器在各種玉米精量播種機(jī)的開發(fā)和研究中，精量排種器始終是主要的研究方向。迄今為止，我國的播種機(jī)械專家、學(xué)者幾乎涉獵了世界上所有形式的排種器，包括外槽輪排種器、離心式排種器、內(nèi)側(cè)囊種式排種器、垂直圓盤式排種器、水平圓盤式排種器、傾斜圓盤式排種器、氣吸式排種器、氣壓式排種器等。排種器不僅要能滿足普通播種情況的需要

22、，同時(shí)還要求具有不同的排種速度，可以根據(jù)不同尺寸和株距的種子播種，通過調(diào)整，可以選擇不同的播種速度，來滿足播種要求和排種器的通用性特點(diǎn)。目前，農(nóng)作物播種的方式主要有條播、穴播、等距單粒精播等。但這幾種種子排列方式應(yīng)用到玉米等作物的播種時(shí)，存在不同的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)影響著作物的生長、株距及株數(shù)的準(zhǔn)確性，也直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。對(duì)于精量播種機(jī)，也存在這個(gè)問題。精量播種機(jī)采取的是等距單粒精播種方式，當(dāng)作物株距為30 cm時(shí)，種子的排列方式是每10 cm或15 cm播l粒種子，即種苗比為3：l或2：1。但由于種子發(fā)芽率、雜質(zhì)、土壤墑情、地溫變化、播種深度不一及病蟲害等原因，實(shí)際出苗率不高。在問苗時(shí)，由

23、于種子的發(fā)芽有很大的隨機(jī)性，要保證株距是比較難的，如果第一個(gè)位置應(yīng)有的苗沒出，那么下個(gè)位置就要連續(xù)留2棵苗，因而這2棵苗的距離就很近，葉片的重疊度就必然會(huì)增加，不利于作物的生長，嚴(yán)重影響到作物產(chǎn)量。尤其現(xiàn)在玉米高產(chǎn)密植品種在增加，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。1.2 玉米精量播種器的類型播種機(jī)的類型很多，有多種分類方法。按播種方法可分為撒播機(jī)、條播機(jī)、點(diǎn)（穴）播機(jī)；按聯(lián)合作業(yè)可分為施肥播種機(jī)、播種中耕通用機(jī)、旋耕播種機(jī)、鋪地膜播種機(jī)；按牽引動(dòng)力可分為畜力播種機(jī)和機(jī)引播種機(jī)，而機(jī)引播種機(jī)中，根據(jù)和拖拉機(jī)不同的連接方式，可分為牽引式、懸掛式和半懸掛式；安排中原理可分為氣力式播種機(jī)和離心式播種機(jī)。 下面簡(jiǎn)單介紹

24、兩類：（1）水平圓盤式： 排種盤上的孔形由種子形狀、尺寸和每穴要求粒數(shù)確定，并按一定的間距排列。排種的株（穴）距與排種盤轉(zhuǎn)速和孔數(shù)有關(guān)。播種機(jī)上都配有多種槽孔尺寸的排種盤?？筛鶕?jù)所播作物、種子尺寸、播量和株（穴）距來選用。該排種器主要用于精密播種玉米、高粱、大豆等種子的播種機(jī)上。作業(yè)速度一般不大于6kmh，否則排種質(zhì)量顯著惡化。（2）傾斜圓盤式： 特點(diǎn)是排種通過充種、排種二個(gè)過程完成，即種子經(jīng)過充種盤進(jìn)入排種盤，然后再排入種溝內(nèi)。該排種器投種高度較低，有利于提高株距均勻性。傾斜配置的排種器提高了充種盤型孔側(cè)向填充能力和自然清種能力，損傷率較低。根據(jù)所播作物種子大小，有多種充種盤，排種盤供選用。

25、還可通過傳動(dòng)比的調(diào)節(jié)來改變株距大小。該排種器主要用于點(diǎn)（穴）播玉米、大豆、甜菜、蔬菜、花生等種子，其使用的作業(yè)速度較低。一般不超過6kmh，其排種性能尚好。1.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)立足于快速成型這一先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)之上，對(duì)常見的玉米播種器進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，使我們能夠進(jìn)一步學(xué)習(xí)新技術(shù)新工藝，并且了解當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展與機(jī)械行業(yè)不斷創(chuàng)新是密不可分的。通過利用三維軟件SolidWorks進(jìn)行繪制，獲得指夾式精量播種器指夾圓盤三維模型，再通過快速成型技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。這就需要我們熟悉并學(xué)習(xí)有關(guān)快速成型技術(shù)的知識(shí)，由于以往的教學(xué)計(jì)劃之中，沒有開設(shè)這一課程，后續(xù)的工作就需要我們自己的自學(xué)以及指導(dǎo)老師張峻暉

26、給予相關(guān)輔導(dǎo)（課題設(shè)計(jì)期間還有趙讓乾老師的幫助）。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程之中，我對(duì)于自己在學(xué)習(xí)方面的不足之處通過再次訓(xùn)練得以補(bǔ)進(jìn)。通過這一過程，設(shè)計(jì)出指夾圓盤，了解到快速成型技術(shù)的高效性、可靠性以及精確性。同樣，又進(jìn)一步學(xué)習(xí)了三維軟件SolidWorks，并在今后的學(xué)習(xí)工作中培養(yǎng)自己的自學(xué)能力和解決問題的能力。2 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)分析在玉米生產(chǎn)過程中，播種環(huán)節(jié)至關(guān)重要，如按照以前的播種方式，導(dǎo)致各苗間爭(zhēng)奪土壤中的水分和養(yǎng)分。采用機(jī)械精量播種能達(dá)到苗齊、苗全、苗壯、節(jié)本增效的目的，是一種節(jié)種、節(jié)地、節(jié)工的農(nóng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中得到了大面積推廣。而這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)是單粒播種，由于要進(jìn)行單粒

27、播種，所以要研發(fā)一種新型結(jié)構(gòu)的播種盤來完成，使其播種質(zhì)量達(dá)到精準(zhǔn)播種的要求。2.1 指夾式精量播種器的組成指夾式精量播種器的結(jié)構(gòu)如圖2-1、圖2-2、圖2-3和圖2-4所示：圖2-1 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)圖1圖2-2 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)圖2圖2-3 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)圖3圖2-4 指夾式精量播種器結(jié)構(gòu)圖4圖2-1（a、b、c和d）中所標(biāo)數(shù)字代表的零件為：（1）后護(hù)板 （2）上護(hù)板 （3）指夾盤 （4）刷子 （5）定盤 （6）排種口 （7）彈墊 （8）指夾 （9）彈簧 （10）下護(hù)板 （11）轉(zhuǎn)動(dòng)軸 （12）輸送帶 （13）轉(zhuǎn)盤 （14）固定裝置 （15）防護(hù)裝置 （16）防護(hù)裝置 （17）

28、堵板 （18）進(jìn)種口 （19）轉(zhuǎn)動(dòng)裝置 （20）出種口 玉米指夾式精量播種器實(shí)物圖，如圖2-5所示：圖2-5 玉米指夾式精量播種器玉米指夾式精量播種器具有以下優(yōu)點(diǎn)：此類新型指夾式精量播種器既可以在實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)（全秸稈覆蓋）的耕地上進(jìn)行免耕排鐘，也可以在常規(guī)種植方式下進(jìn)行排鐘：既可以播種玉米，也可以播種其它作物。如：花生、紅豆、高粱等，作業(yè)時(shí)一次完成直線等距單粒排鐘工序。實(shí)現(xiàn)了量的準(zhǔn)確和位置的精確，作業(yè)時(shí)機(jī)械傳動(dòng)，能源消耗少，具有很好的低碳效果。3指夾式精量播種器指夾圓盤的設(shè)計(jì)3.1 SolidWorks軟件介紹SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，

29、由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks公司于近年成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。其目前最新版本SolidWorks針對(duì)設(shè)計(jì)中的多項(xiàng)功能進(jìn)行了大量補(bǔ)充和更新，使設(shè)計(jì)過程更加便捷。根據(jù)微軟公司開發(fā)平臺(tái)，美國 SolidWorks 公司在Windows操作系統(tǒng)的支持下開發(fā)并設(shè)計(jì)的一款三維設(shè)計(jì)軟件。SolidWorks 具有功能強(qiáng)大、易于學(xué)習(xí)和掌握、運(yùn)用方便快捷等特點(diǎn)，只要操作人員掌握了

30、微軟公司W(wǎng)indows 系統(tǒng)的基本操作功能 ，就可以使用SolidWorks 軟件來實(shí)現(xiàn)繪圖和設(shè)計(jì)構(gòu)思，現(xiàn)在SolidWorks 軟件已廣泛地應(yīng)用于軍工、航天、汽車、醫(yī)療機(jī)械等眾多領(lǐng)域 ，此軟件在機(jī)械類課程教學(xué)中最為常用3個(gè)功能是零件建模、裝配體和工程圖。3.1.1 零件建模任何一個(gè)復(fù)雜的零件，都是由許多個(gè)簡(jiǎn)單特征經(jīng)過相互之間的疊加、切割或相交組合而成的。對(duì)于SolidWorks軟件而言，其零件的建模過程，實(shí)際上就是許多個(gè)簡(jiǎn)單特征相互之間疊加、切割或相交的組合過程。一般來說，零件越復(fù)雜，其穩(wěn)定性、可靠性及可修改性就會(huì)越差。可見，在進(jìn)行零件建模時(shí)，特征的生成順序非常重要。雖然不同的建模過程能構(gòu)造

31、出同樣的實(shí)體模型，但其造型過程及實(shí)體的圖形結(jié)構(gòu)直接影響到實(shí)體模型的穩(wěn)定性、可修改性及可理解性。在實(shí)體建模中，特征建模順承于草圖實(shí)體。一般地，在草圖實(shí)體繪制完成后，轉(zhuǎn)入特征建模階段。此階段為零件設(shè)計(jì)的中間環(huán)節(jié)，起到承上啟下的作用，所以操作人員要靈活應(yīng)用。SolidWorks 軟件提供基于特征的、參數(shù)化的虛擬三維實(shí)體建模功能，通過應(yīng)用特征工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、陣列等操作來完成零部件的實(shí)體建模和建模后的零件，可以生成工程圖，也可以插入到裝配體中形成裝配關(guān)系，同時(shí)生成相關(guān)數(shù)控代碼，導(dǎo)入到數(shù)控機(jī)床中并直接進(jìn)行零件加工。 3.1.2 裝配體裝配體是由許多零部件組合而成的復(fù)雜體。裝配體的零部件可以包括獨(dú)

32、立的零件和其他裝配體，稱為子裝配體。對(duì)于大多數(shù)的操作，兩種零部件的行為方式是相同的。零部件被連接到裝配體文件，裝配體文件的擴(kuò)展名為.sldasm。裝配體所表達(dá)的是部件（或機(jī)器）的工作原理和裝配關(guān)系，在進(jìn)行設(shè)計(jì)、裝配、檢驗(yàn)、安裝和維修過程中都是非常重要的。SolidWorks 軟件可以創(chuàng)建很多虛擬零部件組成的虛擬裝配體，這些零部件可以是某些零部件，也可以是某些子裝配體在自上而下的設(shè)計(jì)中，生成新零件時(shí)，需要參考其它與之有關(guān)零件，并保持相應(yīng)地參數(shù)關(guān)系，在裝配環(huán)境下，可以方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改零部件；利用自上而下的設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)入已有的三維零、部件模型，按照約束關(guān)系把兩個(gè)或兩個(gè)以上的零部件進(jìn)行裝配，形成對(duì)

33、應(yīng)的虛擬裝配，也可以對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、干涉現(xiàn)象檢查等，從而生成產(chǎn)品的真實(shí)效果圖。在Solidworks中，可以生成有許多零件組成的復(fù)雜裝配體。靈活應(yīng)用裝配體中的干涉檢查、爆炸試圖、軸測(cè)剖視圖、壓縮狀態(tài)和裝配統(tǒng)計(jì)功能，可以有效判斷零部件在虛擬現(xiàn)實(shí)中的裝配關(guān)系和干涉位置等、為裝配體的虛擬設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的分析功能。3.1.3 工程圖 SolidWorks 軟件可以運(yùn)用已有的零件及裝配的三維實(shí)體模型，能夠自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)零件及裝配的二維工程圖，當(dāng)操作人員指定三維實(shí)體模型的投影方向或者剖切位置等，就可得到對(duì)應(yīng)的工程圖，并且工程圖是完全對(duì)應(yīng)的，伴隨著實(shí)體模型尺寸的修訂，零件模型、裝配體、各個(gè)視圖的對(duì)應(yīng)尺寸全部

34、會(huì)進(jìn)行自動(dòng)更新。在工程圖設(shè)計(jì)中，工程圖是用來指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，即通過一組具有規(guī)定報(bào)答方式的二維多面正投影 ，然后標(biāo)注尺寸和粗糙度符號(hào)及公差配合，以指導(dǎo)機(jī)械加工。SolidWorks 可以使用二維幾何繪制生成工程圖，也可以將三維的零件圖或裝配體設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成二維的工程圖。零件、裝配體和工程圖是相互鏈接的零件，對(duì)零件或裝配體所做的任何更改會(huì)導(dǎo)致工程圖文件的相應(yīng)變更。然后增加相關(guān)注解完成整體工程圖的設(shè)計(jì) 。工程圖文件的擴(kuò)展名為.slddrw，工程圖包裹一個(gè)或多個(gè)有零件或裝配體生成的視圖。用戶可以從零件或裝配體文件內(nèi)生成工程圖，也可以直接打開現(xiàn)有的工程圖。一般工程圖名稱是使用所插入的第一個(gè)模型的名

35、稱，該名稱出現(xiàn)在標(biāo)題欄中。工程圖窗口與零件圖、裝配體窗口基本相同，也包括特征管理器。工程圖的特征管理器中包含其項(xiàng)目層次關(guān)系的清單。每張圖紙只有一個(gè)圖標(biāo)，每張圖紙下有圖紙格式和每個(gè)視圖的圖標(biāo)幾視圖名稱。當(dāng)保存工程圖時(shí)，模型名稱作為默認(rèn)文件名彈出在“另存為”對(duì)話框中，并帶有默認(rèn)擴(kuò)展名.slddrw，同時(shí)在保存工程圖之前可以編輯該名稱。在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，機(jī)械零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和加工技術(shù)也一樣發(fā)生了很大的變化。但是在裝配環(huán)節(jié)上，人工操作一般都是作為一個(gè)生產(chǎn)要素出現(xiàn)，依靠人的技巧和判斷能力來進(jìn)行復(fù)雜的操作，擁有很強(qiáng)的智能性和復(fù)雜性，所以在設(shè)計(jì)技術(shù)、加工技術(shù)快速發(fā)展的今天，裝配工藝變成了薄弱

36、環(huán)節(jié)，并成為先進(jìn)制技術(shù)發(fā)展的瓶頸；以往的裝配過程被局限在“設(shè)計(jì)一一制造(裝配)一一評(píng)價(jià)”與“實(shí)物驗(yàn)證”的封閉時(shí)空模式之中，在裝配關(guān)系的滯后檢驗(yàn)，使成本浪費(fèi)增加，同樣也不符合快速反映市場(chǎng)的需要2。圖3-1和圖3-2是應(yīng)用三維繪圖軟件SolidWorks繪制成指夾式玉米精量播種器的虛擬裝配體。圖3-1 虛擬裝配圖3-2 虛擬裝配虛擬裝配是新興的虛擬產(chǎn)品開發(fā)研究的主要內(nèi)容。應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證零件之中的配合和可裝配性，確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性3。在社會(huì)發(fā)展的過程中，虛擬制造成為制造業(yè)發(fā)展的最為重要的方向之一，并且虛擬裝配作為虛擬制造的核心技術(shù)之一也越來越吸引人們的關(guān)注。虛擬裝配技術(shù)有助于對(duì)現(xiàn)有

37、產(chǎn)品零部件進(jìn)行虛擬分析和虛擬設(shè)計(jì)，同時(shí)也有助于解決零部件從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)出現(xiàn)的一些技術(shù)問題，以達(dá)到縮短機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的4。在大多數(shù)世界級(jí)大企業(yè)中被廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)(CAD/CAM)的高端主流軟件SolidWorks的裝配一些模塊就采用了虛擬裝配技術(shù)。即使是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期階段，所產(chǎn)生的最初模型也可以放入虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建產(chǎn)品模型，使產(chǎn)品的外表、形狀和功能得到模擬，同時(shí)有關(guān)產(chǎn)品的人機(jī)交互性能也能得到測(cè)試和校驗(yàn)，產(chǎn)品的缺陷和問題在設(shè)計(jì)階段操作人員就能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以解決5。圖3-3是虛擬裝配的實(shí)施方案和步驟。圖3-3 虛擬裝配的實(shí)施方案和

38、步驟裝配體的設(shè)計(jì)生成方法有兩種：自上而下設(shè)計(jì)和自下而上設(shè)計(jì)兩種，也可以將兩種方法結(jié)合使用。無論采用哪種方法，其目標(biāo)都是配合這些零部件，以便生成裝配體或子裝配體。（1）自下而上自下而上設(shè)計(jì)方法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而上設(shè)計(jì)中，首先生成零件并將其插入裝配體，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求配合零件。當(dāng)時(shí)用以前生成的零件時(shí)，自下而上的設(shè)計(jì)方案是首選的方法。自下而上設(shè)計(jì)法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榱悴考仟?dú)立設(shè)計(jì)的，與自上而下設(shè)計(jì)相比，它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡(jiǎn)單。使用自下而上設(shè)計(jì)方法可以專注于單個(gè)零件的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)不需要?jiǎng)?chuàng)建控制零件大小和尺寸的參考關(guān)系時(shí)，則此方法較為適用（相對(duì)于其他零件）。（2）自上而下自上而下設(shè)計(jì)

39、法是從裝配體中開始設(shè)計(jì)工作的，這是兩種設(shè)計(jì)方法的不同之處?？梢允褂靡粋€(gè)零件的幾何體來幫助定義另一個(gè)零件，或生成組裝零件后才添加的加工特征?？梢詫⒉季植輬D作為設(shè)計(jì)的開端，定義固定的零件位置、基準(zhǔn)面等，然后參考這些定義零件來設(shè)計(jì)零件。例如，可以將一個(gè)零件插入到裝配體內(nèi)，然后根據(jù)此零件生成一個(gè)夾具。使用自上而下設(shè)計(jì)法在關(guān)聯(lián)中生成夾具，這樣參考模型的幾何體，通過與原零件建立幾何關(guān)系來控制夾具的尺寸。如果改變了夾具的零件尺寸，家居會(huì)自動(dòng)更新。3.2 SolidWorks在3D打印中的應(yīng)用伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和個(gè)性化產(chǎn)品時(shí)代的到來，工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代比以往任何時(shí)候都要迅速。對(duì)于大型企業(yè)來說，使用傳統(tǒng)的

40、設(shè)計(jì)方法，其產(chǎn)品將會(huì)在設(shè)計(jì)階段的時(shí)間停留時(shí)間增長，該類產(chǎn)品推向市場(chǎng)所需要的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)大幅度地的增加，甚至在極端局面下也會(huì)出現(xiàn)某新產(chǎn)品尚未推出就因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)對(duì)手搶先推出類似產(chǎn)品而導(dǎo)致市場(chǎng)被對(duì)手控制，從而導(dǎo)致企業(yè)前期設(shè)計(jì)階段投入的成本無法收回，因此對(duì)多數(shù)企業(yè)來說，將新產(chǎn)品盡快推向市場(chǎng)是目前企業(yè)急待解決的關(guān)鍵問題之一。 當(dāng)前在全球范圍內(nèi)一直備受關(guān)注的3D打印技術(shù)是解決此類問題比較好的途徑之一。3D打印技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)上，通過三維軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，制造出機(jī)械產(chǎn)品（利用激光束、熱熔噴嘴等方式使之疊加成型）。它和傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機(jī)械加工方法對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生

41、產(chǎn)成品不一樣，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槎鄠€(gè)二維平面，通過對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，很大程度上降低了制造的復(fù)雜性。值得一提的是這種數(shù)字化制造模式?jīng)]有復(fù)雜的工藝、不用龐大的機(jī)床、更不需要眾多的人力，可以直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便能夠生成各種形狀的零件，使生產(chǎn)制造能向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。使用3D打印技術(shù)，企業(yè)可以用幾個(gè)小時(shí)完成以往需要幾天或者幾個(gè)星期才能制造出來的產(chǎn)品，從而更大程度的降低設(shè)計(jì)成本，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的上市周期。3.3 用SolidWorks繪制指夾圓盤所做的準(zhǔn)備當(dāng)張老師把玉米播種器交給我們之后，我們將它拆開并取出指夾圓盤。在接下來大概一周的時(shí)間，查閱有關(guān)曲面建模的SolidWorks書

42、籍以及隨書光盤內(nèi)附帶的視頻教程。反復(fù)訓(xùn)練之后，我開始著手繪制圖形。在機(jī)械制造教研室內(nèi)，借到測(cè)量工具游標(biāo)卡尺，開始測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù)。處理完數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有條件繪制圖形。在繪圖過程中，遇到問題后，先檢查確定輸入無誤后，通過查閱在圖書館借閱的書籍或詢問班內(nèi)在SolidWorks軟件學(xué)的比較好的同學(xué)，最后要是無法解決問題，也會(huì)請(qǐng)教張峻暉老師，并聽取張老師給予的建議進(jìn)行修改。比如說陣列和筋的問題。3.4在三維軟件SolidWorks中繪制指夾圓盤草圖繪制在SolidWorks 三維制圖中是非常重要的。在三維零件的繪制過程中，草圖是基礎(chǔ)。在草圖繪制的基礎(chǔ)上，再對(duì)模型利用拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令生成三維實(shí)體。草圖是三維造

43、型的基礎(chǔ)，主要包括基本是體繪制、尺寸標(biāo)注和建立幾何關(guān)系這3個(gè)過程。在這里，基本實(shí)體也稱基本二維平面幾何圖形，包括直線、矩形、圓、圓弧、樣條曲線、文字等。草圖分為二維和三維兩種，大部分SolidWorks 特征都是從二維草圖繪制開始的。草圖繪制狀態(tài)和特征定義狀態(tài)有明顯的區(qū)分標(biāo)志，設(shè)計(jì)者可以很容易清楚自己的操作狀態(tài)；單擊-單擊式或單擊-拖動(dòng)式；單擊-單擊式的繪制方式非常接近AutoCAD軟件。繪制草圖過程中的動(dòng)態(tài)反饋和推理可以自動(dòng)添加幾何約束，使得繪圖時(shí)非常清楚和簡(jiǎn)單；圖中采用不同的顏色顯示草圖的不同狀態(tài)；并且隨時(shí)檢查草圖的合理性。利用零件和裝配體的配置不僅可以利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，建立企業(yè)的產(chǎn)品庫，而

44、且解決了系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題；配置的應(yīng)用涉及零件、裝配和工程圖；使用裝配體輕化，可以快速、高效地處理大型裝配，提高系統(tǒng)性能；動(dòng)畫式的裝配和動(dòng)態(tài)查看裝配體運(yùn)動(dòng)。繪制如圖3-4所示的草圖：圖3-4 草圖首先，繪制直徑為140的圓，再繪制邊長為200的正方形，之后繪制夾角為30度的直線。最后，利用剪切線修剪圖形，就得到如圖所示的圖形。完成草繪后，利用拉伸凸臺(tái)/基體命令，得到如下圖所示的實(shí)體。3.4.1 利用三維軟件SolidWorks繪制指夾圓盤的圖示過程點(diǎn)擊“切除拉伸”命令，切除多余部分。如圖3-5所示。 圖3-5 指夾圓盤實(shí)圖1對(duì)圖3-5所得實(shí)體進(jìn)一步“切除拉伸”，如圖3-6所示。圖3-6 指夾圓

45、盤實(shí)圖2運(yùn)用“圓周陣列”命令，圖形預(yù)覽如圖3-7所示。點(diǎn)擊生成命令，生成如圖3-7所示圖形。圖3-7 指夾圓盤實(shí)圖3在圓盤上拉伸凸臺(tái)/基體，如圖3-8所示。圖3-8 指夾圓盤實(shí)圖4切除拉伸凸臺(tái)，如圖3-9所示。圖3-9 指夾圓盤實(shí)圖5在圓盤上繪制如圖3-10所示的筋。圖3-10 指夾圓盤實(shí)圖6應(yīng)用“圓周陣列”命令，陣列生成的筋，如圖3-11所示。圖3-11 指夾圓盤實(shí)圖7對(duì)凸臺(tái)進(jìn)行倒“圓角”，如圖3-12所示。圖3-12 指夾圓盤實(shí)圖8 完成指夾圓盤的繪制，如圖3-13所示。圖3-13 指夾圓盤實(shí)圖93.4.2 利用三維軟件SolidWorks繪制撥爪圓盤的圖示過程 在草圖基準(zhǔn)面上繪制草圖。

46、應(yīng)用“放樣”命令，得到如圖3-14所示的放樣圖形1。圖3-14 撥爪圓盤實(shí)圖1在放樣圖形1上，應(yīng)用“放樣命令”，得到放樣圖形2，如圖3-15所示。圖3-15 撥爪圓盤實(shí)圖2 對(duì)拉伸切除1進(jìn)行“圓周陣列”，如圖3-16所示。圖3-16 撥爪圓盤實(shí)圖3 對(duì)拉伸凸臺(tái)/基體1進(jìn)行“圓周陣列”，如圖3-17所示。圖3-17 撥爪圓盤實(shí)圖4 對(duì)指夾圓盤“拉伸切除”，如圖3-18所示。圖3-18 撥爪圓盤實(shí)圖5 撥爪圓盤的最終圖形，如圖3-19所示。圖3-19 撥爪圓盤實(shí)圖63.4.3 利用三維軟件SolidWorks繪制撥爪圓盤的撥爪圖示過程 撥爪的“拉伸凸臺(tái)/基體1”，如圖3-20所示。圖3-20 撥爪

47、實(shí)圖1 撥爪的“拉伸凸臺(tái)/基體2”，如圖3-21所示。圖3-21 撥爪實(shí)圖2 對(duì)拉伸凸臺(tái)/基體2，進(jìn)行倒“圓角”。圖3-22 撥爪實(shí)圖3指夾圓盤實(shí)圖1-9 是玉米播種器指夾圓盤的建模過程撥爪圓盤實(shí)圖1-6是玉米播種器撥爪圓盤的建模過程撥爪實(shí)圖1-3是玉米播種器撥爪圓盤上的撥爪的建模過程3.5生成STL文件對(duì)于STL文件的介紹：標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL，即Standard Template Library），是一個(gè)C+軟件庫，也是C+標(biāo)準(zhǔn)程式庫的一部分。模板是C+程序設(shè)計(jì)語言的一個(gè)比較新的重要特征，而標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）正是基于此特征。標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）使得C+編程語言在有了同Java一樣強(qiáng)大的類庫

48、的同時(shí)，保有了更大的可擴(kuò)展性6。STL = STL文件，一種3D模型文件格式STL（STereo Lithography的縮寫）STL 文件格式是由3D SYSTEM 公司于1988 年制定的一個(gè)接口協(xié)議，是一種為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件格式。STL 文件由多個(gè)三角形面片的定義組成，每個(gè)三角形面片的定義包括三角形各個(gè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。三角形頂點(diǎn)的排列順序遵循右手法則。 STL 文件有2 種類型：ASC域格式和二進(jìn)制格式ASC域格式。STL模型是以三角形集合來表示物體外輪廓形狀的幾何模型。在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)STL模型數(shù)據(jù)是有要求的，尤其是在STL模型廣泛應(yīng)用的RP領(lǐng)域，對(duì)

49、STL模型數(shù)據(jù)均需要經(jīng)過檢驗(yàn)才能使用。這種檢驗(yàn)主要包括兩方面的內(nèi)容：STL模型數(shù)據(jù)的有效性和STL模型封閉性檢查。有效性檢查包括檢查模型是否存在裂隙、孤立邊等幾何缺陷；封閉性檢查則要求所有STL三角形圍成一個(gè)內(nèi)外封閉的幾何體。本文中討論的STL模型重建技術(shù)中的STL模型，均假定已經(jīng)進(jìn)行有效性和封閉性測(cè)試，是正確有效的STL模型。由于STL模型僅僅記錄了物體表面的幾何位置信息，沒有任何表達(dá)幾何體之間關(guān)系的拓?fù)湫畔?，所以在重建?shí)體模型中憑借位置信息重建拓?fù)湫畔⑹鞘株P(guān)鍵的步驟。另一方面，實(shí)際應(yīng)用中的產(chǎn)品零件(結(jié)構(gòu)件)絕大多數(shù)是由規(guī)則幾何形體(如多面體、圓柱、過渡圓弧)經(jīng)過拓?fù)溥\(yùn)算得到，因此對(duì)于結(jié)構(gòu)

50、件模型的重構(gòu)來講拓?fù)潢P(guān)系重建顯得尤為重要。實(shí)際上，目前CAD/CAM系統(tǒng)中常用的B-rep模型即是基于這種邊界表示的基本幾何體素布爾運(yùn)算表達(dá)的。因此STL模型重建的過程如下：首先重建STL模型的三角形拓?fù)潢P(guān)系；其次從整體模型中分解出基本幾何體素；重建規(guī)則幾何體素；然后建立這些幾何體素之間的拓?fù)潢P(guān)系；最后重建整個(gè)模型。目前常用的逆向軟件有：ProE、UGNX、CATIA、Imageware、Geomagic Studio、CopyCAD、RapidForm等。打開SOLIDWORKS軟件，再打開繪制的三維圖形玉米指夾圓盤，之后點(diǎn)擊另存為并在保存類型里選擇STL(*.stl)格式，文件名命名為指夾

51、圓盤。同理，生成撥爪圓盤和撥爪兩個(gè)零件的的STL文件，并分別命名為撥爪圓盤和撥爪。4指夾式精量播種器指夾圓盤的快速成型制造4.1快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介 4.1.1快速成型技術(shù)的概念快速成型(RapidPrototyping)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)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。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。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

52、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7。一個(gè)更為人們關(guān)注的問題是一個(gè)產(chǎn)品從概念到可銷售的成品的流程速度。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，眾所周知，產(chǎn)品在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前進(jìn)入市場(chǎng)更為有利可圖并能享有更大的市場(chǎng)氛圍。同時(shí)，還有一個(gè)更為令人關(guān)心的問題是產(chǎn)品的高質(zhì)量生產(chǎn)。由于這些原因，努力使高質(zhì)量的產(chǎn)品快速的進(jìn)入市場(chǎng)就顯得極為重要?？焖俪尚图夹g(shù)問世這些年，已實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的市場(chǎng)，發(fā)展非常迅速。人們對(duì)材料逐層添加法這種新的制造方法已逐步適應(yīng)。該技術(shù)通過與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段結(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8?？焖僭图?/p>

53、術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）快速原型作為一種使設(shè)計(jì)概念可視化的重要手段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的零件的實(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。（2）由于它是將復(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。（3）快速原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。（4）快速原型操作可以應(yīng)用于模具制造，可以快速、經(jīng)濟(jì)地獲得模具。（5）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(Free Form Fabrication)，這是傳統(tǒng)制造方法無法比擬的9。4.1.2快速成型制造原理零

54、件的快速成型制造過程根據(jù)具體使用的方法不同而有所差別，但其荃本原理都是相同的。下面以激光快速成型為例來說明快速成型制造的原理(如圖4-1)。首先，在CAD系統(tǒng)上設(shè)計(jì)零件，然后運(yùn)用CAD軟件對(duì)零件進(jìn)行切片分層離散化，分層厚度應(yīng)根據(jù)零件的技術(shù)要求和加工設(shè)備分辨能力等因素綜合考慮。分層后對(duì)切片進(jìn)行網(wǎng)格化處理，所得數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理后生成STL格式文件，并驅(qū)動(dòng)控制激光加工潭在X-Y平面內(nèi)進(jìn)行掃描，使盛在容器中的液態(tài)光敏樹脂有選擇地被固化，從而得到第1層的平面切片形狀。此時(shí)，計(jì)算機(jī)控制Z方向的支律向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)分層切片厚度。然后，激光掃描頭又在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行X-Y方向的掃描，得到第2層的平面切片，

55、激光束在固化第2層的同時(shí)，也使其與第1層粘連在一起，接著，支撐又向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)切片厚度，激光掃描頭又在X-Y平面內(nèi)掃描，如此重復(fù)工作,直到所有的分層切片都被加工出來。整個(gè)零件的掃描造型工作即告完成。接著，通過強(qiáng)紫外光深的照射，使掃描所得的塑膠零件充分固化，從而得到所搖零件的塑膠件。熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭可沿著X軸方向移動(dòng)，而工作臺(tái)則沿Y軸方向移動(dòng)。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結(jié)在一起。一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按預(yù)定的增量下降一個(gè)層的

56、厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個(gè)實(shí)體造型。圖4-1 零件的激光快速成型過程a）零件的設(shè)計(jì)及分層切片 b）零件的成型4.1.3快速成型技術(shù)的特點(diǎn)(1) 成形速度快：從CAD設(shè)計(jì)到原型零件制成，一般只需幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，加工周期縮短70%以上，成形速度比傳統(tǒng)的成形方法快得多，快速成形技術(shù)尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理。(2) 高度技術(shù)集成：設(shè)計(jì)制造一體化，落后的CAPP一直是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化的較難克服的一個(gè)障礙，而對(duì)于快速成形來說，由于采用了離散堆積的加工工藝， CAPP已不再是難點(diǎn)，CAD和CAM能夠很好地結(jié)合。(3) 自由成形制造：自由的含義有兩個(gè)：一是指可以根據(jù)零件的形狀，無需專用工具

57、的限制而自由地成形，可以大大縮短新產(chǎn)品的試制時(shí)間；二是指不受零件形狀復(fù)雜程度限制，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越。(4) 高度柔性：僅需改變CAD模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可生產(chǎn)出不同形狀的零件模型。(5) 材料的廣泛性：制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用，可以制造樹脂類、塑料原型，還可以制造出紙類、石蠟類、復(fù)合材料以及金屬材料和陶瓷的原型。(6) 技術(shù)的高度集成：快速成型技術(shù)是計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)、激光、材料和機(jī)械的綜合集成，只有在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光器件和控制技術(shù)高度發(fā)展的今天才可能誕生快速成形技術(shù)，因此，快速成形技術(shù)帶有鮮明的時(shí)代特征。(7) 零件的復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量與制造成本

58、基本無關(guān)。4.1.4快速成型技術(shù)應(yīng)用方向目前， 快速成型技術(shù)廣泛應(yīng)用在航空、航天、國防、汽車、醫(yī)學(xué)和輕工業(yè)等領(lǐng)域，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證與功能評(píng)估、產(chǎn)品模具快速設(shè)計(jì)與制造、樣件試制、單件制造及小批量生產(chǎn)、快速制造等，其應(yīng)用方向主要含有以下幾個(gè)方面：（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證與功能評(píng)估。 在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)之中，快速成型技術(shù)能夠直接、快速、準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實(shí)物模型，方便工作人員對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、構(gòu)和功能進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估，及時(shí)找出設(shè)計(jì)中的問題并修改完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。（2）產(chǎn)品模具快速設(shè)計(jì)與制造。 在模具產(chǎn)品制造上，快速成型技術(shù)能夠結(jié)合傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)，大大縮短模具設(shè)計(jì)與制造的開發(fā)周期。一是采用

59、快速成型技術(shù)直接制造不同材料的模具； 二是利用快速成型技術(shù)先制作模芯，再用模芯結(jié)合精密鑄造等技術(shù)復(fù)制模具。（3）單件制造及小批量生產(chǎn)。 在機(jī)械制造領(lǐng)域里，對(duì)于形狀特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件有時(shí)只用一件或小批量生產(chǎn)，如果通過制模再生產(chǎn)往往成本高、周期長。但是基于快速成型技術(shù)直接成型來實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，多數(shù)情況下成本低、周期短，且方便產(chǎn)品的更新?lián)Q代10 。（4）金屬零件直接快速成型。 金屬零件直接快速成型工藝分單成型工藝與復(fù)合成型工藝，在野外裝備的快速應(yīng)急修復(fù)方面具有突出的作用，它可以通過網(wǎng)絡(luò)或直接從計(jì)算機(jī)中調(diào)出該零件的三維CAD模型，快速制造出所需零件，并完成裝備的換件修理11.4.2 熔融沉積快速成型

60、4.2.1 熔融沉積快速成型的概念熔融沉積造型(Fused Deposition Modeling,FDM)采用熱熔噴頭，使半流動(dòng)狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠壓并沉積在指定的位置凝固成型，逐層沉積、凝固后形成整個(gè)原型或零件。這一技術(shù)又稱為熔化堆積法、熔融擠出成模等12。4.2.2 工藝原理FDM工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。如圖4-2所示，加熱噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，可根據(jù)截面輪廓的信息，作X-Y平面運(yùn)動(dòng)和高度Z方向的運(yùn)動(dòng)。絲狀熱塑性材料由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在噴頭中加熱至熔融態(tài)，然后被選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成截面輪廓。一層截面完成后，