計(jì)算機(jī)輔助制造

3DP

1、原理，各種類(lèi)型的成形思想，成形過(guò)程實(shí)現(xiàn)，軟件的功能

2、SLS一選擇性激光燒結(jié)，

3、根據(jù)快速成形思想，設(shè)計(jì)一種任意形狀的“千層餅”自動(dòng)成形機(jī)，說(shuō)明其成形原理并詳細(xì)

答：描述其成形動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

3D原理：加工開(kāi)始時(shí)，工件缸下降（一個(gè)層高），粉末上升一定高度，鋪粉輻將粉缸升起突

出的粉末推碾至工作缸，在加工平臺(tái)上鋪上一層很薄的粉末，噴嘴根據(jù)三維模型模型比片后

獲得的二維層片信息噴出粘合劑，粘結(jié)實(shí)體區(qū)域粉末完成單層加工，逐層循環(huán)加工獲得三維

零件。

工藝和SLS類(lèi)似，噴嘴按照零件截面輪廓，向粉末材料層噴射液體粘合劑（代替激光燒結(jié)）,

層層粘接成形制件

紫外光固化三維打印（UV3DP）

原理：打印頭（材料噴頭）沿X、Y軸移動(dòng)，到用零件截面形狀，控制打印頭在截面實(shí)體區(qū)

域噴射光固化實(shí)體材料和在需要支撐的區(qū)域噴射固化支撐材料形成一層極薄的光敏樹(shù)脂（層

厚0.010.03）,這兩種材料在紫外光的照射下固化完成層制造。

每打印完成一層后，成形工作臺(tái)精確地下降一個(gè)層厚，進(jìn)行新一層的打印。如此反復(fù)，逐層

打印逐層固化直至工件完成，最后除去支撐材料得到成形制件。

根據(jù)快速成形思想，設(shè)計(jì)一種任意形狀的“千層餅”自動(dòng)成形機(jī)，說(shuō)明其成形原理并詳細(xì)

描述其成形動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)：

制作千層餅時(shí)，噴嘴根據(jù)三維模型切片后獲得的二維層片信息一個(gè)噴頭擠出面漿，另一個(gè)噴

頭擠出調(diào)料到工作臺(tái)上，然后給工作臺(tái)加熱至一定溫度（溫控器），保持一時(shí)間，接著工作

臺(tái)下降一定的層高，繼續(xù)以上操作，如此反復(fù)，逐層加工，直至形成千層餅。

SLS（原理，動(dòng)作實(shí)現(xiàn)設(shè)備構(gòu)成）

1.材料？備料及單層成形動(dòng)作是如何實(shí)現(xiàn)的？

粉末；原粉上升一層，廢料下降一層，由點(diǎn)到線(xiàn)由線(xiàn)到面

2.這個(gè)系統(tǒng)需要幾個(gè)電機(jī)？分別采用什么類(lèi)型的電機(jī)比較合適？送粉缸的動(dòng)作由哪些機(jī)

構(gòu)完成？

3.整個(gè)系統(tǒng)有哪些硬件？

工作臺(tái)，送粉滾子，冷水器，激光器，余粉收集箱

4,軟件完成哪些工作？（掃描間距，單層厚度）參數(shù)的含義，它們的值可以任意設(shè)置嗎?

完成模型的三維CAD造型，并經(jīng)STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到粉末激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)中。

不可以

5.軟件要完成哪些工作？

SLS調(diào)試，設(shè)置，制造

6.掃描填充動(dòng)作識(shí)如何實(shí)現(xiàn)的？

7.實(shí)驗(yàn)時(shí)看到冷水機(jī)了么？它起什么作用？

看到了，冷水機(jī)具有完全獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，絕不會(huì)受氣溫及環(huán)境的影響，水溫在5c?

30C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制，因而可以達(dá)到高精度、高效率控制溫度的目的。

8.實(shí)驗(yàn)時(shí)，看到加熱器了？系統(tǒng)采用什么加熱器？了解溫控原理嗎？加熱燈管為什么有

明暗的變化？

SLS工藝又稱(chēng)為選擇性激光燒結(jié)

選擇性激光燒結(jié)加工過(guò)程是采用鋪粉棍將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱

至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃

描，使粉末的溫度升至熔化點(diǎn)，進(jìn)行燒結(jié)，并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。當(dāng)一層截面燒

結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，鋪料輯又在上面鋪上一層均勻密實(shí)的粉末，進(jìn)行新一

層截面的燒結(jié)，直至完成整個(gè)模型。

材料：SLS使用的激光器是二氧化碳激光器，使用的原料有蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、

合成尼龍、金屬，以及一些發(fā)展中的材料等。

1、利用plc控制一臺(tái)電機(jī)，按一次按鈕，機(jī)構(gòu)上升至極限位置，停三秒，自動(dòng)下降到原位

置后自動(dòng)停。（提示：原位置和上限位置均采用行程開(kāi)關(guān)（其作用相當(dāng)于按鈕）。）

XOOOX001

(Y000

Y000

X001K30

TI-------------------------------------------------------------------------（TO

TOX002

TI—pH----------------------------------------------------------------（Y001

Y001

HI—

XOOO一啟動(dòng)按鈕；X001—上極限位行程開(kāi)關(guān)；

X002—原位置行程開(kāi)關(guān)；Y000-機(jī)構(gòu)上升（電機(jī)正轉(zhuǎn)）

Y001一機(jī)構(gòu)下降（電機(jī)反轉(zhuǎn)）

2、利用plc控制一臺(tái)電機(jī)，按一次按鈕，電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)從起點(diǎn)A上升至上極限位

置B,停10秒后下降到起點(diǎn)位置A停15秒后再次上升，如此反生。（提示：A、B處采用

行程開(kāi)關(guān)。）

：Y000

X001K100

5—IF(T0

TOX002

(Y001

K150

(T1

XOOO一啟動(dòng)按鈕；X001一上極限位行程開(kāi)關(guān)：

X002-A位置行程開(kāi)關(guān)；Y000—機(jī)構(gòu)上升（電機(jī)正轉(zhuǎn)）

Y001-機(jī)構(gòu)下降（電機(jī)反轉(zhuǎn)）

設(shè)計(jì)一個(gè)用于在A,B之間運(yùn)料的斗車(chē)的PLC的控制系統(tǒng)，畫(huà)出PLC控制的邏輯梯形圖（標(biāo)

明各個(gè)符號(hào)的含義）。動(dòng)作要求：按一次啟動(dòng)按鈕，斗車(chē)在A地等待10秒（裝料），然后右

行至B地停下，等待20秒（卸料）；然后左行至A地自動(dòng)停止，完成一次運(yùn)料過(guò)程。（提示:

A,B兩地各設(shè)一個(gè)行程開(kāi)關(guān)）

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能

CNC系統(tǒng)組成：數(shù)控裝置、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、I/O接口、

控制面板、人機(jī)界面

數(shù)控裝置功能：

控制功能-單軸、多軸聯(lián)動(dòng)控制；

準(zhǔn)備功能-包括移動(dòng)、暫停、坐標(biāo)設(shè)定、固定循環(huán)等功能；

插補(bǔ)功能一直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線(xiàn)等；

輔助功能-主軸啟停、冷卻潤(rùn)滑通斷、刀庫(kù)的啟停等；

補(bǔ)償功能-刀具半徑/刀具、反向間隙、螺距、溫度等補(bǔ)償功能。

PLC功能：控制面板、主軸停啟與換向、刀具更換、冷卻潤(rùn)滑啟停、工件夾緊與松開(kāi)、工

作臺(tái)分度等開(kāi)關(guān)量的控制

數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程

讀出數(shù)控程序

數(shù)據(jù)預(yù)處理（刀具補(bǔ)償，速度換算等）

插補(bǔ)運(yùn)算，生成加工軌跡及代碼

動(dòng)作執(zhí)行

輸

程入

設(shè)

序備

可編程序機(jī)床面板

控制器

計(jì)算機(jī)

（PLC）

數(shù)字主軸

輸控制裝置二I主軸伺服單元卜電動(dòng)機(jī)

出（CNC裝置）

設(shè)

備進(jìn)給

｛進(jìn)給伺服單元卜-電動(dòng)機(jī)

位置

檢測(cè)器

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的半閉環(huán)，只是讀取伺服電機(jī)尾端編碼器的脈沖數(shù)來(lái)當(dāng)實(shí)際位置脈沖，不是真正的

位置環(huán)閉環(huán).如果是采用伺服電機(jī)的編碼器反饋，那么就是半閉環(huán)。

數(shù)控機(jī)床的全閉環(huán)，就是直接讀取負(fù)載距離參數(shù)，如絲桿光柵尺實(shí)際位置脈沖，是真正的位

置環(huán)閉環(huán)。控制精度高。如果采用絲桿上的光柵尺反饋，那么就是全閉環(huán)。

開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

開(kāi)放性：滿(mǎn)足CNC系統(tǒng)快速發(fā)展和用戶(hù)自主開(kāi)發(fā)需要

PC微機(jī)型開(kāi)放式CNC系統(tǒng)形式：

專(zhuān)用數(shù)控嵌入PC主板是專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)商提供的形式，僅限于PC部分開(kāi)放，其專(zhuān)用數(shù)控部

分仍處于封閉狀態(tài)。

PC機(jī)+運(yùn)劭控制卡提供底層數(shù)控接口，支持一次開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，有上下兩級(jí)開(kāi)放性，如PMAC

運(yùn)動(dòng)控制器。

純PC軟件型尚未形成商品，代表數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向。

PLC接線(xiàn)圖

在選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)中，Z軸(單層厚度方向，工作缸)采用步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)

聯(lián)軸器直接與絲杠連接，已知Z軸步進(jìn)電機(jī)的步距腳為0.36°,絲杠導(dǎo)程為1.25mm,Z軸

單層厚度為0.2mm,問(wèn)：

(1).Z軸步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量是多少？

(2).Z軸每下降一層需要多少個(gè)脈沖？

(3).為了修正厚度方向的收縮誤差，將每層厚度乘以1.005,或1.006,或1.007,該修正

系數(shù)能夠發(fā)揮作用嗎？

?(1)由脈沖當(dāng)量公式：Q=(a/360)*Lu

?有Q=(0.36/360)*1.25*1=1/800

?(2)由脈沖當(dāng)量可知：一毫米需要800個(gè)脈沖，

?故：0.2*800=160

?(3)().2*1.005*800=160.5脈沖個(gè)數(shù)必須為整數(shù)，脈沖取整數(shù)后依然為160：

?0.2*1.006*800=160.8脈沖個(gè)數(shù)必須為整數(shù)，脈沖取整數(shù)后依然為160；

?0.2*1.007*800=161..12

-脈沖個(gè)數(shù)必須為整數(shù)，脈沖取整數(shù)后依然為161；

-故;1.005和1.006修正不起作用，L007修正發(fā)揮作用

arduino重點(diǎn)

1.Arduino的優(yōu)點(diǎn)，

2.基本的輸入輸出接線(xiàn)

3.基本的編程(基本函數(shù)setupjoop,模擬量的讀寫(xiě)，數(shù)字量的讀寫(xiě))

1.電位計(jì)控制LED等亮度的連線(xiàn)圖，基本代碼(通過(guò)代碼了解工作原理，工作過(guò)程)

2.溫控報(bào)警一連線(xiàn)圖，基本控制代碼

連線(xiàn)圖

arduino平臺(tái)的基礎(chǔ)--AVR指令集的單片機(jī)：

?1.便宜、全平臺(tái)

?2.簡(jiǎn)易的編程環(huán)境：(對(duì)AVR指令庫(kù)進(jìn)行了二次編譯封裝，大大降低了編程難度，

端口、寄存器等的讀寫(xiě)操作方便)

?3.軟件開(kāi)源并可擴(kuò)展

?4.硬件開(kāi)源并可擴(kuò)展

實(shí)例一：電位計(jì)調(diào)光

)oordZ

IB102Breadboard

GND11

::

Us

id

Arduino

AO

analogRcadO;讀出模擬口的值，讀取的模擬值范圍是0/023

?intpotpin=0;〃定義模擬接口0

?imledpin=ll;〃定義數(shù)字接口11(PWM輸出)

,intval=0;〃暫存來(lái)自傳感器的變量數(shù)值

,voidsctup()

.(

?pinMode(lcdpinQUTPUT);//定義數(shù)字接口11為輸出

?SeriaLbegin(960D);//設(shè)置波特率為9600

?〃注意：模擬接口自動(dòng)設(shè)置為輸入

?}

?voidloop()

?(

?val=analogRead(potpin);//讀取傳感器的模擬值并賦值給val

,Serial.println(val);〃顯示val變量

?analogWrite(ledpin,val/4);//打開(kāi)LED并設(shè)置亮度(PWM輸—出最大值255)

?dclay(50);〃延時(shí)0.01秒

analogVVrite(PVVM接口，模擬值)函數(shù)，對(duì)于模擬寫(xiě)入analogWriteO函數(shù)

模擬量讀入一溫度

inipo(Pin=0;〃定義模擬接口0連接LM35溫度傳感器

voidsetupO

?SeriaLbegin(960D);//設(shè)置波特率

?}

?voidloop()

?{

?imval;〃定義變量

?intdat;〃定義變量

?val=analogRead(0);//讀取傳感器的模擬值并賦值給val

,dat=(125*val)>>8;//溫度計(jì)算公式

?SeriaLprint("Tep:");〃原樣輸出顯示Tep字符串代表溫度

?SeriaLprint(dat);，/輸出顯示dat的值

?Scrial.println("C");〃原樣輸出顯示C字符串

?delay(500)，延時(shí)0.5秒

-1

應(yīng)用

溫度報(bào)警大于27度，報(bào)警

溫度傳感器、蜂鳴器

?intpotPin=0;〃定義模擬接口0連接LM35溫度傳感器

?intbuzzer=8;〃設(shè)置控制蜂鳴器的數(shù)字IO腳

?intdat;

,intval;

,voidsetupO

?(

?SeriaLbcgin(96(X));//設(shè)置波特率

?pinMode(buzzer.OUTPUT)，設(shè)置數(shù)字IO腳模式，OUTPUT為福出

?)

,voidloop()

?{

?〃inlval;〃定義變量

?〃inldat;〃定義變量

,val=analogRcad(0);//讀取傳感器的模擬值并賦值給val

?dat=(125*val)>>8;//溫度計(jì)算公式

?Serial.print(“Tep:");〃原樣輸出顯示Tep字符串代表溫度

,SeriaLprini(dat);〃輸出顯示dal的值

?SeriaLprintln("C");〃原樣輸出顯示C字符串

?delay(500);〃延時(shí)0.5秒

,if(dat>26)warningO;

voidwamingO

(

unsignedcharij;〃定義變量

while(dat>26)

(

val=analogRead(0);//讀取傳感器的模擬值并賦值給val

dat=(125*val)?8;〃溫度計(jì)算公式

for(i=0;i<40;i++)//ffi出一個(gè)頻率的聲音

{

digitalWrite(buzzer,HIGH);〃發(fā)聲音

delay⑴;〃延時(shí)1ms

digitalWrite(buzzer,LOW"/不發(fā)聲音

delay⑴;〃延時(shí)ms

I

for(i=0;iv20;i++)〃輻出另一個(gè)頻率白L聲音

(

digiialWriie(buzzer.HIGH);//發(fā)聲音

dclay(2);〃延時(shí)2ms

digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲音

delay⑵;//延時(shí)2ms

激光加工

?1.LASER全稱(chēng)？

?LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

?指通過(guò)受邀輻射而產(chǎn)生，放大的光，即受激輻射的生—.特點(diǎn)是單色性極好，發(fā)

散度極小，亮度（功生）可以達(dá)到很高。產(chǎn)生激光需要“激發(fā)來(lái)源”，“增益介質(zhì)”,

“共振結(jié)構(gòu)”這三個(gè)要素。

?2.什么是受激輻射、自發(fā)輻射？

?受激輻射：處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光原子在外來(lái)輻射場(chǎng)的作用下，向低能態(tài)或基態(tài)躍進(jìn)時(shí),

輻射光子的現(xiàn)象。

?自發(fā)輻射：在沒(méi)有任何外界的作用下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)的從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，

同時(shí)輻射出一光子。

3、構(gòu)想一下激光器的結(jié)構(gòu)？

（工作物質(zhì)、諧振腔、“光源”（光泵浦）、窗口鏡（部分反射、部分透射）、尾鏡（全反

射）

4.激光器為什么需要冷卻系統(tǒng)？

因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)而高溫發(fā)熱，便需要冷水機(jī)在旁進(jìn)行循環(huán)水冷卻，把溫度控制在一定

范圍，這樣可以延長(zhǎng)激光器的工作壽命，而且提高激光器工作精度，讓激光器不至于長(zhǎng)

時(shí)間高溫發(fā)熱而有所損壞，所以激光器是需要用到冷卻系統(tǒng)的。

固體激光器的基本結(jié)構(gòu)

激光束

?I、固體激光工作物質(zhì)

?固體激光工作物質(zhì)是由發(fā)光中心的激活離子和為激活離子提供配位場(chǎng)的基質(zhì)組成。

一般有晶體和玻璃兩大類(lèi)：屬于玻璃的激光工作物質(zhì)有鉉玻璃；屬于晶體的有摻被

鈕鋁石榴石和紅寶石晶體等。

?固體激光工作物質(zhì)應(yīng)具有較高的熒光量子效率，較長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)壽命，較寬的吸收帶

和較大的吸收系數(shù)，較高的摻雜濃度及內(nèi)損耗較小的基質(zhì)，也就是說(shuō)具有增益系數(shù)

（G（u））高、閾值（AN閾）低的特性。激光工作物質(zhì)還應(yīng)具有光學(xué)均勻性和物理特性

好的特點(diǎn)，即棒無(wú)雜質(zhì)顆粒、氣泡、裂紋、殘余應(yīng)力等缺陷。

?2、諧振腔

?激光諧振腔是由兩塊平面或球面反射鏡按一定方式組合而成的。其中一個(gè)端面是全

反射膜片，另一個(gè)端面是具有一定透過(guò)率的部分反射膜片。諧振腔是決定激光輸出

功率、振蕩模式、發(fā)散角等激光輸出參數(shù)的重要光學(xué)器件。為了提高激光器效率，

全反射介質(zhì)膜片（鍍17~21層介質(zhì)膜）應(yīng)具有較好的光學(xué)均勻性；輸出反射鏡的透過(guò)

率一般是由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

?3、泵浦燈

?在固體激光器中，激光工作物質(zhì)內(nèi)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是通過(guò)光泵的抽運(yùn)實(shí)現(xiàn)的。目前常

用的光泵源是脈沖位燈和連續(xù)軌燈，泵浦燈發(fā)光的光譜特性應(yīng)與被泵浦的T作物質(zhì)

的吸收光譜特性相匹配。

?4、聚光腔（泵浦腔）

?為了提高泵浦效率，使泵浦燈發(fā)出的光能有效地會(huì)聚，并均勻地照射在棒上，可在

激光棒和泵浦燈外增加一個(gè)聚光腔。常見(jiàn)聚光腔的形式有單、雙橢圓腔，圓形腔，

緊裹形腔。除了采用上述聚光腔外，還使用一種漫反射腔。

?聚光腔的材料以往大多采用銅、鋁，然后在聚光腔內(nèi)壁鍍金、銀或介質(zhì)膜。但近幾

年也采用聚四氟乙烯或陶瓷制作聚光腔。這些聚光腔具有抗擦傷和聚光效率高等特

點(diǎn)°

?4、Q開(kāi)關(guān)技術(shù)

-為了壓縮脈寬，提高峰值功率，在脈沖激光器中使用Q開(kāi)關(guān)技術(shù)。

制造系統(tǒng)中的傳感器