【摘要】：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是FDM型3D打印機(jī)的核心運(yùn)動(dòng)部件,是影響打印質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。但是,目前FDM型3D打印機(jī)普遍采用具有3個(gè)移動(dòng)自由度的解耦機(jī)構(gòu)或基于Delta構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),存在打印姿態(tài)單一,影響打印產(chǎn)品的表面精度與力學(xué)性能等問(wèn)題。由此,有必要設(shè)計(jì)新型的FDM型3D打印機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)改善上述問(wèn)題。以實(shí)現(xiàn)打印姿態(tài)多樣化,可沿不同方向進(jìn)行分層打印。本文設(shè)計(jì)了一種具有5自由度的FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu),對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)動(dòng)性能、尺度綜合及虛擬樣機(jī)仿真等進(jìn)行研究。具體工作內(nèi)容如下:首先,對(duì)FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)。根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的期望自由度,采用基于螺旋理論的約束綜合法綜合運(yùn)動(dòng)支鏈類(lèi)型,再經(jīng)過(guò)支鏈篩選與組裝得到2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)。并在2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)上串接2-DOF串聯(lián)打印噴頭,構(gòu)成5自由度FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其次,對(duì)FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。包括對(duì)2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)、2-DOF串聯(lián)打印噴頭和混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行位置正逆解分析;采用螺旋理論建立2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的完整雅可比矩陣,并進(jìn)行速度分析。然后,對(duì)2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能分析與尺度綜合。根據(jù)位置逆解數(shù)學(xué)模型,利用極坐標(biāo)搜索法得到2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間邊界范圍;并分析結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)工作空間和全域條件數(shù)的影響關(guān)系。以工作空間與全域條件數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行尺度綜合,得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。結(jié)果表明,工作空間體積增加10.1%,全域條件數(shù)提高13.3%。最后,建立FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型,進(jìn)行2UPU-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析,驗(yàn)證了速度理論分析的正確性;進(jìn)行在傾斜平面上3D打印軌跡仿真分析,驗(yàn)證了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可行性,為后續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文設(shè)計(jì)的FDM型3D打印機(jī)混聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)既可實(shí)現(xiàn)以不同的打印姿態(tài),沿不同方向進(jìn)行分層打印,又具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。為該類(lèi)3D打印機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用提供理論參考。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP334.8
【圖文】：

ｒａｉｌ邐ｆｔ逡逑１逡逑圖１－１笛卡爾坐標(biāo)構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)邐圖１－２并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋Ｄｅｓｃａｒｔｅｓ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邐Ｆｉｇ．邋１－２邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋ｐａｒａｌｌｅｌ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑＾邋ＩＴ逡逑圖１－３龍門(mén)架構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)邐圖１－４臂式構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋Ｌｏｎｇｍｅｎ邋ｔｙｐｅ邋ｆｒａｍｅ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋Ｆｉｇ．邋１－４邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋ａｒｍ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑隨著現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展，集成并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的混聯(lián)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多自由度逡逑運(yùn)動(dòng)，且具有工作空間大，速度快，剛度大等特點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。將其作為３Ｄ打逡逑印機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)沿不同的方向進(jìn)行分層打印，這對(duì)改善上述問(wèn)題具有實(shí)際工逡逑程意義。這也為提高目前ＦＤＭ型３Ｄ打印機(jī)的性能提供了一個(gè)研宄方向，有助于推動(dòng)逡逑３Ｄ技術(shù)的應(yīng)用。逡逑２逡逑

邐ＦＤＭ型？邋：３Ｄ打印機(jī)、龍聯(lián)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究逡逑ｒａｉｌ邐ｆｔ逡逑１逡逑圖１－１笛卡爾坐標(biāo)構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)邐圖１－２并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋Ｄｅｓｃａｒｔｅｓ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邐Ｆｉｇ．邋１－２邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋ｐａｒａｌｌｅｌ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑＾邋ＩＴ逡逑圖１－３龍門(mén)架構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)邐圖１－４臂式構(gòu)型３Ｄ打印機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋Ｌｏｎｇｍｅｎ邋ｔｙｐｅ邋ｆｒａｍｅ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋Ｆｉｇ．邋１－４邋３Ｄ邋ｐｒｉｎｔｅｒ邋ｏｆ邋ａｒｍ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑隨著現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展，集成并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的混聯(lián)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多自由度逡逑運(yùn)動(dòng)，且具有工作空間大，速度快，剛度大等特點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。將其作為３Ｄ打逡逑印機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)沿不同的方向進(jìn)行分層打印，這對(duì)改善上述問(wèn)題具有實(shí)際工逡逑程意義。這也為提高目前ＦＤＭ型３Ｄ打印機(jī)的性能提供了一個(gè)研宄方向，有助于推動(dòng)逡逑３Ｄ技術(shù)的應(yīng)用。逡逑２逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722853