金屬粉末電子束熔化積層造形工作臺(tái)z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維快速成形制造領(lǐng)域，具體涉及一種金屬粉末電子束熔化積層造形工作臺(tái)Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用電子束的粉末恪化積層造形(Electron Beam Melting，以下簡(jiǎn)稱EBM)是一種增材制造(Additive Manufacturing)技術(shù)，或稱為基于EBM的3D打印，主要是利用電子束對(duì)金屬或陶瓷等粉末材料進(jìn)行逐層熔化以構(gòu)筑復(fù)雜幾何形體并獲得所需的性態(tài)。與基于激光束的3D打印相比，基于EBM的粉末熔化積層造形具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，例如:能量轉(zhuǎn)化效率及能量密度高，對(duì)粉末材料沒有吸收率和反射率的限制，在真空環(huán)境中沒有污染對(duì)成形的影響等。正是由于這些突出的優(yōu)越性，使得基于EBM的粉末熔化積層造形近年來在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界受到了高度關(guān)注，在醫(yī)學(xué)醫(yī)療、航天航空、汽車等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求，特別適合制造薄壁件以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，例如人工髖臼、人工膝關(guān)節(jié)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉輪、汽車增壓渦輪、熱交換器等。
[0003]基于EBM的金屬粉末熔化積層造形系統(tǒng)，其基本構(gòu)成主要包括:電子束發(fā)射源，電子束磁聚焦及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，粉料鋪設(shè)系統(tǒng)，造形工作臺(tái)z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，真空環(huán)境系統(tǒng)，粉料回收處理系統(tǒng)等。所述的工作臺(tái)沿z軸的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，主要由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、構(gòu)筑箱、鋪粉臺(tái)等組成，，構(gòu)筑箱中的鋪粉臺(tái)沿Z軸平動(dòng)以實(shí)現(xiàn)逐層鋪粉、預(yù)熱以及熔化等成形加工工藝。造形工作臺(tái)沿Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是影響電子束粉末熔化積層造形精度的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，造形工作臺(tái)沿Z軸的運(yùn)動(dòng)精度以及穩(wěn)定性將會(huì)影響鋪粉厚度以及粉末層的位置精度，通常粉末厚度小于或等于100 μπι，因此造形工作臺(tái)沿ζ軸的運(yùn)動(dòng)精度以及穩(wěn)定性對(duì)于提高電子束熔化成形精度至關(guān)重要。
[0004]瑞典阿卡姆公司在發(fā)明專利200380106450.9,200380106462.1 和 01808629.2 中提出采用齒輪齒條作為實(shí)現(xiàn)造形工作臺(tái)升降的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要不足在于:齒輪齒條機(jī)構(gòu)沖擊較大、傳動(dòng)精度偏低；，而且沒有提及如何對(duì)沿ζ軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，沒有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)將降低造形工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度。清華大學(xué)在發(fā)明專利201410007083.7和200410009948.χ中分別公開了一種用于三維打印系統(tǒng)的粉末混合裝置以及一種電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝，但沒有涉及造形工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的具體技術(shù)方案。中南大學(xué)在發(fā)明專利201310282818.2中公開了一種基于激光束的陶瓷粉末3D打印系統(tǒng)，提出采用滾珠絲杠螺母副作為傳動(dòng)系統(tǒng)，但沒有考慮沿ζ軸運(yùn)動(dòng)的自鎖問題。鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種定位精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、并可實(shí)現(xiàn)自鎖的造形工作臺(tái)沿ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以提高基于EBM的金屬粉末熔化成形的制造精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種金屬粉末電子束熔化積層造形工作臺(tái)ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的造形工作臺(tái)ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)定位精度低、響應(yīng)緩慢、沖擊大、且不能自鎖等問題，是一種定位精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、并可自鎖的造形工作臺(tái)沿Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于電子束金屬粉末積層熔化造形。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:第二級(jí)變速機(jī)構(gòu)頂部與支撐機(jī)構(gòu)固定連接，第一級(jí)變速機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)固定連接，第一級(jí)變速機(jī)構(gòu)的蝸輪與第二級(jí)變速機(jī)構(gòu)的下絲杠螺母用鍵連接。
[0007]所述支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是:蝸輪蝸桿減速器外殼安裝在底箱內(nèi)部的上表面上，四個(gè)導(dǎo)套與底箱上部固定連接，圓環(huán)座與底箱內(nèi)部的下表面固定連接，用于容納四個(gè)導(dǎo)柱的下端部和絲杠下端部，兩個(gè)導(dǎo)軌分別安裝在構(gòu)筑箱外殼體的內(nèi)部，伸縮式構(gòu)筑箱分別與兩個(gè)導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，底板通過升降板上兩個(gè)燕尾副與升降板滑動(dòng)連接；
[0008]所述第一級(jí)變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是:驅(qū)動(dòng)電機(jī)與蝸輪蝸桿減速器外殼外部固定連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸經(jīng)過與蝸輪蝸桿減速器外殼固定連接的電機(jī)軸軸承與聯(lián)軸器一端連接，該聯(lián)軸器的另一端與蝸桿軸連接，蝸桿軸軸承一外部套接偏心軸承套一后一起位于蝸輪蝸桿減速器外殼中，蝸桿軸軸承二外部套接偏心軸承套二后一起位于蝸輪蝸桿減速器外殼中，蝸桿軸兩端分別與蝸桿軸軸承一和蝸桿軸軸承二穿接，蝸輪與蝸桿軸嚙合連接；
[0009]所述第二級(jí)變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是:絲杠通過錐端緊定螺釘與升降板底部固定連接，法蘭與底箱的上部固定連接，上深溝球軸承和下深溝球軸承位于法蘭底部，上推力球軸承經(jīng)過襯套位于上深溝球軸承上，下絲杠螺母和上絲杠螺母分別與絲杠螺紋連接，鍵位于下絲杠螺母和上絲杠螺母的鍵槽中，絲杠螺母套筒與下絲杠螺母和上絲杠螺母套接，上圓螺母與上絲杠螺母螺紋連接；蝸輪通過鍵與下絲杠螺母固定連接，蝸輪與法蘭之間有下推力球軸承，下圓螺母與下絲杠螺母螺紋連接。
[0010]所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:1)采用高精度伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，高精度伺服電機(jī)相比一般的步進(jìn)電機(jī)的定位精度更高，可滿足升降臺(tái)的精確的Z向運(yùn)動(dòng)；2)采用蝸輪蝸桿作為第一級(jí)變速及自鎖機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)大的減速比，可防止升降臺(tái)在重力作用下的自動(dòng)下移，影響零件的制造精度；3)采用滾珠絲杠傳動(dòng)副作為第二級(jí)變速機(jī)構(gòu)，提高了傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，可將滾珠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠的Z向直線運(yùn)動(dòng)，且傳動(dòng)十分平穩(wěn)；4)采用四個(gè)平行的導(dǎo)柱作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，有效提高了升降臺(tái)的穩(wěn)定性；5)蝸桿與蝸輪的中心距可通過修磨兩個(gè)偏心軸承套的內(nèi)圈來調(diào)節(jié)，從而可消除蝸桿與蝸輪的間隙，提高蝸輪蝸桿傳動(dòng)精度；6)縮式構(gòu)筑箱可抽出，以方便取出工件；7)采用了雙螺母調(diào)隙式絲杠螺母，絲杠與螺母之間的傳動(dòng)間隙得以消除，提高了滾珠絲杠傳動(dòng)副的傳動(dòng)精度與平穩(wěn)性；8)兩處采用了雙圓螺母防松，提高了系統(tǒng)的可靠性。綜上本發(fā)明采用了伺服電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿、滾珠絲杠作為關(guān)鍵零部件，使得整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度相比現(xiàn)有的傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度有了顯著的提高，這樣可以減小粉料及工件的振動(dòng)，提高工件的制造精度。本發(fā)明適用于制造較重試件的高精度電子束熔化成形系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明去掉底箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明去掉底箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明去掉底箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明去掉底箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0018]圖7是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0019]圖8是本發(fā)明的電機(jī)、蝸桿軸系三維示意圖；
[0020]圖9是本發(fā)明的電機(jī)、蝸桿軸系爆炸圖；
[0021]圖10是本發(fā)明的蝸輪、滾珠絲杠螺母軸系三維示意圖；
[0022]圖11是本發(fā)明的蝸輪、滾珠絲杠螺母軸系的爆炸圖；
[0023]圖12是本發(fā)明的蝸輪蝸桿減速器外殼的三維示意圖；
[0024]圖13是本發(fā)明的蝸輪蝸桿減速器外殼的三維示意圖；
[0025]圖14是本發(fā)明的下絲杠螺母三維示意圖；
[0026]圖15是本發(fā)明之驅(qū)動(dòng)力傳遞示意圖；
[0027]圖中支撐機(jī)構(gòu)1、第一級(jí)變速機(jī)構(gòu)2、第二級(jí)變速機(jī)構(gòu)3，
[0028]底箱101、圓環(huán)座102、構(gòu)筑箱外殼體103、升降板104、伸縮式構(gòu)筑箱105、底板106、導(dǎo)柱107、導(dǎo)套108、蝸輪蝸桿減速器外殼109、伸縮式構(gòu)筑箱導(dǎo)軌110 ；
[0029]驅(qū)動(dòng)電機(jī)201、驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸2001、聯(lián)軸器202、蝸桿軸203、電機(jī)軸軸承204、蝸桿軸軸承一 205、偏心軸承套一 206、蝸桿軸軸承二 207、偏心軸承套二 208、蝸輪209 ；
[0030]法蘭301、絲杠螺母套筒302、下絲杠螺母303、上圓螺母304、上絲杠螺母305、下推力球軸承306、下圓螺母307、絲杠308、鍵309、