模具制造技术；
曾齐高、罗飞2，李积彬3
(1.深圳市龙岗职业技术学校，广东深圳 518172; 2.深圳技师学院，广东深圳 518040;
3.深圳市模具先进制造技术重点实验室，广东深圳518060)
【摘要】为了降低工业成本和提高零件机械性能，将金属粉末注射成型技术和快速成型技术相结合，提出了金属粉末挤出堆积快速成型工艺，工艺装备的机械结构由三维快速成型平台和单螺杆挤出装置两部分组成。三维快速成型平台采用伺服电机驱动高精度威远滚珠丝杆副、HIWIN直线导轨副结构，单螺杆挤出装置由大功率伺服电机驱动螺杆转动，采 用ABLE减速机增大螺杆转动所需扭矩。 关键词：金属粉末;3D打印；机械结构；设计
中图分类号:TG659 文献标识码：B
DOI：10.12147/jki.1671-3508.2021.03.016
Mechanical Structure Design of Metal Powder 3D Printing Equipment
Zeng Qigao1,Luo Fei2,Li Jihin3
(1.Shenzhen Longgang Vocational Technical School,Shenzhen,Guangdong518172, CHN;
2.Shenzhen Institute of Technology,Shenzhen Guangdong518040,CHN;
3.Shenzhen Key laboratory of Advanced Manufacturing Technology for Mold &Die,
Shenzhen,Guangdong518060, CHN)
【A bstract】Accumulation of Metal Powder Extrusion Rapid Prototyping(AMPERP)is a new technology,to reduce industrial costs and improve the properties of mechanical parts,which combines the advantages of metal powder injection molding technology and rapid prototyping technology.The mechanical structure of the process equipment includes three-dimensional rapid prototyping platform and single screw extrusion device.High precision Weiyuan ball screw pair and HIWIN linear guide pair are driven by servo motor.The single screw extruder is driven by high-power servo motor,and ABLE reducer is used to increase the torque required for screw rotation.
Key words：metal powder; 3D printing;mechanical structure;design
i引言
为满足日益苛刻的工业低成本和高性能要求，结 合快速成型技术和金属粉末注射成型技术的优点，深 圳大学李积彬教授提出了粉末冶金快速成型敏捷制造概念m，用金属粉末材料制造产品样品零件，从而降 *
*广东省科技计划项目“粉末冶金快速成型敏捷制造工艺及装备的研究、开发”（编号:2005B10201011)；深圳市教育科学规划20丨9年度课题“基于“大集训”的中职技能大赛训练模式的实践研究”（编号：(^22；19丨丨2);20丨9年龙岗区教育督导重点课题“青年教师专业成长路径的研究”（编号：2019ZD014)。低成型机成本，提高零件机械性能。
金属粉末3D打印成型技术是基于粉末冶金快速成型敏捷制造概念而提出并升级的新技术、新工艺'是集金属粉末注射成型技术和快速成型技术优点而提出的一项新工艺|31。
金属粉末3D打印装备的开发是实现金属粉末3D 打印工艺的基本保证，也是验证金属粉末3D打印工艺 可行性的重要保障。金属粉末3D打印装备系统开发 可分为4个层次，最高层为工艺原理层，其次为软件系
统，再其次为控制系统层，最底层为机械系统层141。
本文旨在解决金属粉末3D打印机的机械结构设 计，机械结构是装备的关键所在，是装备功能实现的保证。
2机械结构总体设计
金属粉末3D打印机开发的本质，就是根据工艺原理的需要构建可实现工艺过程的机械系统、控制系 统和软件系统。装备总体设计是一个全局性的重要问题，设计时一方面要考虑装备本身的内在因素，另 一方面要考虑产品的外部因素，如环境和人等。另 外，它还必须具有外形美观、比例协调、操作方便等优 点，做到机器、环境和人达到最佳的统一效果。
金属粉末3D打印机的机械本体主要包括两个部 分：一是金属粉末堆积快速成型装置——三维快速成 型平台；二是金属粉末挤出装置—单螺杆挤出装置，如图1所示。
图1金属粉末3D打印机机械本体
1.大理石平台
2.XY联动平台
3.Z轴滑台
4.单螺杆挤出装置
5.龙门架结构
6.电控箱
3三维快速成型平台结构设计
三维快速成型平台是金属粉末挤出堆积快速成型装备的一大核心装置，是提供金属成型零件尺寸及 形状精度的保证。成型平台从功能上可分为AT联动 平台和Z轴滑台两部分。目前，采用交流伺服电机驱 动的滚珠丝杆进给系统仍是快速成型伺服系统主要的驱动装置，如图2所示，其加速度可以达到lg，进给 速度可以达到40 ~ 60m/miii，定位精度20 ~ 50|jim。3.1尤}’联动平台设计
AT联动平台是三维快速成型平台一大关键部件，根据零件模型的每一层轮廓信息，按照一定的规律运动要求，可以插补出任意所需的轨迹，其结构如 图3所示。联动平台技术参数如下：
X轴有效行程：300mm;F轴有效行程：400m m
轴负载：30kg;F轴负载：15kg；重复定位精度：0.01mm；最大运动速度:40mm/s；最大加速度：lg。
工作台
联轴器
(b)
图3 AT联动平台
a—；VT联动平台三维模型图b—AT联动平台装配图
X、F滑台驱动装置是由伺服电机+滚珠丝杆+直线 导轨组成，是一个将旋转运动转化为直线运动的典型 装置，被广泛应用于工程实际中。滑台的侧面均安装 有光电限位开关，运动过程中，实现正负限位，以及原 点定位功能，方便对其实行运动控制及实时状态监控。
联动平台从结构上由X轴直线滑台模块，K轴 直线滑台模块组成，所以设计以及制造装配的过程也 是按两个单独的模块进行。直线滑台模块的设计首 先应根据所承受的负载选择伺服电机、联轴器、滚珠 丝杆副、直线导轨副、轴承等标准件的型号。
以;f轴滑台模块设计为例，根据设计输入:A：轴行
程为300mm，负载为30kg，最大速度要求40mm/s，最大 加速度要求lg，重复定位精度0.01mm。根据计算后选 择电机为松下400W伺服电机，型号为:MHMD042P1C；采用威远滚珠丝杆副，型号为:LL2005-3-P5-520X605; HIWIN直线导轨，型号为：HGW15CA2R700ZAH+DD/ E2。根据所选的标准件然后设计其他一些零部件，最 终设计结果如图4所示。为了减轻整个装备的重量，并且由于滑台模块负载较小，所以除标准件外的一些 其他零件的材料均选用铝合金。
图4直线滑台模块
1.伺服电机
2.联轴器
3.滚珠丝杠副
4.直线导轨副
5.光电限位开关
6.聚氨酯缓冲垫
7.轴承及安装座
8.底座
由于F轴滑台模块与X轴滑台模块设计思路一致，设计输人参数也是相差无几，所以其设计过程不 再赘述。
3.2 Z轴滑台
三维快速成型平台中另一关键部件即为Z轴滑 台模块，挤出装置经喷嘴挤出的熔融状丝材在成型台 面上成型完一层后，挤出装置需沿Z轴向上移动一个 单位的行程，此过程即需要Z轴滑台模块来实现。
由于整个螺杆挤出装置安装在Z轴滑台上，所以 其负载较大，并且行程要求不高。其设计参数如下:Z 轴行程：150mm;Z轴负载：80kg；重复定位精度：0.01mm；最大运动速度:40mm/s；最大加速度：lg。
Z轴滑台模块驱动装置同样采用伺服电机+滚珠 丝杆+直线导轨结构，所以其设计过程同Z、Y轴滑台 模块相似，但是由于负载较大，并且为垂直方向，因此 根据计算选择电机为松下400W伺服电机，型号为 MHMD042P1C(带抱闸）；由于其行程较短，选择滚珠 丝杆副型号为威远LLZD2005-3-P5-270X400，直线 导轨副型号为HGW25CA2R580ZAH+DD/E2。为了保 证Z轴滑台模块的刚度要求，其大部分零件材料采用45钢，设计结果如图5所示。
图5 Z轴滑台模块
4单螺杆挤出装置
金属3D打印机中核心部分即为单螺杆挤出装置，它是熔融丝材制备装置，堆积快速成型的前提保证。单螺杆挤出装置主要由螺杆、料筒、喷嘴、螺杆驱 动装置、支承装置等几大部分组成，详细设计见曾齐高的《金属3d打印机的挤出装置的结构设计y51。
5装备机架
装备机架主要包括大理石平台，龙门架，电控箱 组成。如图6所示，大理石采用1级精度，龙门架主体 采用槽钢焊接，电控箱采用方通焊接。
图6装备机架
6结论
本文阐述了金属粉末挤出堆积快速成型装备机械系统层的设计过程，其中主要包括三维快速成型平 台、单螺杆挤出装置和装备机架三部分的设计。
三维快速成型平台包括Z F联动平台，Z轴滑台两 部分组成，是挤出堆积快速成型工艺实现的保证。单 螺杆挤出装置的核心零件螺杆，料筒，喷嘴，螺杆驱动 装置以及螺杆支承装置，轴承系统的设计以及寿命计算。装备机架的大理石平台，龙门架结构等设计。
大理石平台
^龙门架
电控箱
浅谈4轴加工编程的切削方法
刘巧明
(深圳市宝山技工学校，广东深圳518118)
【摘要】随着加工工艺与机床的不断更新及发展，多轴加工机床在企业的应用也越来越普
及，多轴加工技术也在不断的被引入学习及推广应用。在多轴加工与编程过程中，随着越
来越多的优秀编程师涌入，加工技术也在不断地进步。在4轴编程的加工案例中，有多种
方法都可以实现切削加工，为了更好的交流与发展，对于4轴加工编程中的切削的重点与
难点进行了总结，希望对于刚入行的编程师能提供一些建议，便于快速成长。
关键词：4轴编程；创建曲面；切削方法
中图分类号:TG659 文献标识码：B
DOI:10.12147/jki.l67 卜3508.2021.03.017
The Cutting Method of Four Axis Machining Programming
Liu Qiaoming
(Shenzhen Baoshan Technical School, ShenZhen, Guangdong 518118, CHN)
【A b stra ct】With the continuous updating and development of machining technology and
machine tools, the application of multi-axis machining machine tools in enterprises is becoming
more and more popular, and multi-axis machining technology is also being introduced into
learning and popularizing. In the process of multi-axis machining and programming, with the
influx of more and more excellent programmers, processing technology is constantly improving.
In the case of four—axis programming, there are many methods to realize cutting. In order to
better communicate and develop, the author summarizes the key points and difficulties of cutting
in four—axis machining programming. I hope to provide some suggestions for new line
programmers to facilitate rapid growth.
K ey w ords：four-axis programming; create surface; cutting mehod
1引言粗，也可以纵向螺旋运动的切削开粗。究竟哪种方法对于案例的4轴加工(提供3D图）编程，主
要叙述最合适，通过以下的刀路编程及参数设置比较，从中 两个内台阶的刀路作比较，既可以横向的往复切削开可以到一些经验和借鉴。
参考文献
丨1丨李积彬，徐刚.粉末冶金快速成型敏捷制造方法[P].
ZL200510033648.X.2005.03
柳朝阳等.金属材料3D打印技术研究进展m.粉末冶金工 业，2020, (04): 83 ~ 89
[3J曾齐高，罗飞，李积彬.金属粉末3D打印工艺实验研究[J1.
模具制造，2020, (12) :6丨~ 64
[4]曹炜，曾忠，李合生.快速成型技术及其发展趋势[_!].机械
设计与制造，2006,(5),104~ 10615]曾齐高，李积彬，罗飞.金属3D打印机的挤出装置的结构 设计[J].模具制造,2018,(01):82~85
第一作者简介：曾齐高，男，1984年生，领士，高级 工程师，高级讲师，研究方向先进制造技术，机
电一体 化。已发表论文10多篇，发明专利授权3项，主编教 材入选“十二五”国家规划教材，获深圳市技能菁英、龙岗区名师工作室主持人，龙岗区骨干教师等称号。
(收稿日期:2020-12-30 >
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