基于SLA技术的快速原型机床的设计.doc

前言 快速成型技术经过十多年的发展，目前已有十余种工艺及相应的商品化设备。在这一领域，美国一直处于领先地位，各种新工艺打都在美国最先出现，研究开发的工艺种类也最多 。其次在欧洲日本也发展很快。国内在该领域的起步较晚，20世纪90年代初开始涉足，经过几年的努力，在其领域稍微有了些突破，但应用并不广泛，而且还有一些零部件需要进口，还有一些技术难关没有攻破，因此需要进一步进行研究，争取赶上世界先进水平并有所创新。在国内对于SLA技术的研究已取得一定成就，但是从理论过度到实际，制造出基于SLA技术的快速原型机床还是具有一定的困难，即使制造出实体，但还是具有一定缺陷，因此对快速原型机床结构的设计和研究具有十分的必要性。 与传统加工工艺相比,快速成形技术具有许多优点:一是快速性。从CAD设计到原型零件制成,一般只需几个小时至几十个小时,速度比传统的成形方法快得多,所以快速成形技术非常适合于开发新产品。二是设计制造一体化。由于快速成形技术采用了离散堆积的加工工艺,使CAD和CAM很好地结合在一起,真正实现了设计制造一体化。三是自由成形制造。可以根据零件的形状,无需专用工具的限制而自由地成形,而且不受零件形状复杂程度限制。四是高度柔性。若要生产不同形状的零件模型,只需改变CAD模型,重新调整和设置参数即可。五是制造费用低。其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10,而成本仅为其1/3~1/5,模具的几何复杂程度愈高,这种效益愈显著。 本设计“基于SLA技术的快速原型机床的结构设计”就是在这种背景下提出的。 1 选题的科学依据 1.1 课题的提出 从20世纪80年代末以来，由于消费者的价值观向多样性和个性化转变，导致市场的快速多变。以往衡量制造技术的三大要素:质量、成本、生产率，己被新的衡量标准Time(节省时间)，Quality(提高质量)，Cost(降低成本)和Service(优质服务)所取代，“速度”己成为制造的第一要素。 而传统的产品开发周期及流程为： 图1-1传统的产品开发周期和流程 Fig. 1一1 Cycle and flow of traditional product development 在这一循序渐进的过程中，完成上一步并认为满意后才能开始下一步的工作，否则上一步的工程信息资料不可能提供给下一步。这样，设计上的任何修正及根据用户反馈意见对产品的改进都会增加产品开发的时间和成本。 现代社会市场竞争日趋激烈，产品更新换代加快，各种产品向多品种、小批量的方向发展，产品的“上市时间”已成为市场竞争的焦点，把产品及时投放市场的能力己成为在市场竞争中取胜的一个首要因素。制造业为了保持产品的市场竞争力，要求设计者及制造者尽量缩短产品的开发、制造周期，从而实现对市场变化、新技术开发以及竞争对手阶跃变化的快速反应能力，达到快速产品开发(RPD, Rapid Product Development)的目的。因此，压缩产品开发周期的技术与策略，如快速成型技术、快速模具制造技术、并行工程、快速反求及CAD/CAM等已成为现代企业在市场竞争中出奇制胜的重要手段 原型制造是产品开发制造中最重要的一个因素，它有利于尽快对产品进行验证和投产制造。传统制造零件原型花时费钱，远远不能满足市场竞争日趋激烈的要求。为了解决这一问题，上世纪80年代末期在美国首次出现了一种全新的制造技术—快速成型技术(RPM, Rapid Prototyping Manufacturing。这是一种集CAD, CNC、激光及材料科学于一体的新型技术，它采用基于离散/堆积的快速分层制造工艺，把CAD和原型制造集成起来，能直接从三维CAD模型生成产品原型，创造出大大缩短新产品设计和开发周期的并行工程环境。 而模具制造是产品开发制造中的另一个重要因素。模具是现代工业生产的重要工具和手段之一。用传统的机械加工方法制造的模具具有高投入、长工期、长寿命的特点，对于大、中批量生产，模具的这种高投入可由其长寿命加以补偿[9]。但随着市场竞争的日趋加剧，新产品的“上市时间”成了影响竞争力的关键因素，产品的生产模式正在由.传统的大、中批量向具有灵活易变性和快速反应能力的中、小批量转变。近年来，随着模具形状越来越复杂和精度要求越来越高，也就迫切需要以更低的成本和更短的时间来制造模具[10]。在这种情况下，传统的模具制造方法由于其自身固有的特点，在一定程度上成为企业在市场竞争中发挥活力的制约因素。 在大多数情况下，开发部门一般需要对所开发的新产品进行有关测试，如风洞试验、各种破坏性试验等;或者销售部门将得到的原型(样品)发放给客户以求得对产品评价的反馈信息。这样，一个原型往往是不够的，而