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金属零件激光直接快速成型制造技术研究_论文

4  2 21 0 0年 8月  中国制 造业信 息化 第3 9卷 第 1 5期  金属 零件 激 光直 接快 速成 型 制造 技 术研 究  王海 东 , 尚  华 , 黄 葵 , 玉泉 , 毕 杨炳 恒  2 64 ) 6 0 1  ( 海军航 空工程学 院 青 岛分 院 , 山东 青岛 摘要 : 以圆柱形金属零件激光直接快速成型为实例 , 阐述 了激光直接快速成型技术工艺参数的确  定 方法 , 并给 出数 控平 台移动位移 、 动速 度 、 驱 驱动 加 速度 与脉 冲、 冲 频率 、 冲频 率 变化 率之  脉 脉 间的对应 关 系。以 VC 0为二 次开发平 台 , 6. 采用 P I2 0运 动控制 卡 和步进 电机 驱动 器对 步进  C 14 电机 的旋 转运动进 行控制 , 以完成被 加 工零件 需要 的平 面曲线扫描 运动和 分层 间歇 运动 。   关键词 : 光直接 快速成 型 ; 激 运动控 制卡 ; 步进 电机驱 动器  中图分类号 : N 4   T 29 文 献标识码 :   A 文章编 号 :6 2 6 6 2 1 )5—0 4 一O   1 7 —1 1 ( 0 0 1 02 3 1 激光 直 接 制造 成 型 系统构 成  金属零 件激 光直 接 制造 成 型系 统 主要 由 c 2 o  激光发 生器系统 、 粉末递送装 置 、 同轴送粉器 、 三维  高直至工 件最后 成形结束 ; 运动控 制硬件 系统主要  由工控计算 机 、 动控制 卡 、 运 开关 电源 、 步进 电机驱  动器 等硬件设 备组成 , 它是 实现 自动化成形过 程的  硬件基 础 , 主要控 制对 象是 三维工作 台和粉末 递  其 送装置 的步进 电机 的旋 转运动 ; 软件控 制系统是 专  门为实现对 激光 直接 制 造 成型 系统 进 行整 体 控 制  运 动工作 台系统 、 冷却 水循环 系统 、 护氩气 、 保 运动  控 制硬件 系统 、 软件 控 制 系统 等 8个 模 块组 成 , 图  1 是激光 直接制造成 型系统 的结构原 理 图。   而开发 的 , 激光直 接制造 成型系统 只有在 软件控制  系统 的控 制管理 下才 能 实 现完 整 、 序 、 调 的零  有 协 件成形 运动全 部过程 _ 。 1    J 本 文 以圆柱形零 件为例 , 用 台湾 研华公 司的  采 P I2 04轴 步进 侗 服 电机 运 动 控 制 卡 、 京 和  C 14  北 利 时 公 司 的 S 一2 4 2 步 进 电 机 驱 动 器 与  H 0 0A 4B G 5A— S S ML一0 5 2 Y 20 AS 11步 进 电 机 , 用  利 VC . 二 次开 发 工 具 , 明激 光 直 接 制造 成 型  6 0为 说 的加 工过程 。   图 1 激 光 直 接 制 造 成 型 系统  2 激 光 直 接 制 造 成 型 工 艺 参 数 的确  定  2. 扫 描 间距 的 确 定   1 扫描 间距 是激 光 直接 成 型工 艺 的一 个 重要参  数 。扫描间距过 大 致使 两 条相 邻 烧结 线 没有 连 接  或者粘 接不牢 , 与线之 间不 能连成平滑稳 定 的扫  线 描平面; 扫描 间距 过窄导 致成形效 率 降低 并会引起  严 重的表 面不平 度 。衡 量扫 描 间距 一般 采 用 重叠  由图 1可见 , 激光直 接制造 成型 系统的所有 组  成系统 的工作行 为都 是 在工 控 计算 机 的 统一 指令  下完成协 同运 动 的。激 光发 生 器 系统是 发 生 激光  的必要组成 部分 , 却水循 环系统 为激光器 、 闸、 冷 光   反 射镜 、 聚焦 透镜 以及 粉 末 喷 嘴提供 循 环 冷却 水 ,   用 以带走 激 光 产 生 的 热 量 , 而 避 免 硬 件 设 备烧  从 损 ; 维运 动 工作 台系统 主 要 由精 密二 维 X — y 三   轴工作 台和精密 一维 Z轴工 作 台及 其 驱动 步进 电  机组成 , —y轴 二维工作 台装载 工件做平 面扫描  X 系 数  即重叠部 分宽度 b  占扫描线宽 度 b的百分  比来衡 量 :   :   ×1 0 : 0%   ×10   0% () 1  运动 , Z轴则 带动 同轴粉 末喷 嘴完成运 动距离等 于  一 个分层厚 度的 系列 间歇运动 , 从而完 成工件 的长  收稿 日期 :0 0—0 —1  21 5 0 作者简介: 王海东( 94一)男 , 17 , 山东安丘人 , 海军航空工程学 院青岛分院讲师 , 硕士, 主要研究方向为激光快速成型。   ? 现 代设 计与 先进 制造 技术 ?   王海东  尚 华 黄 一 葵 等 金 属零件 激光 直接快 速成 型 …… 4  3 扫 描 间距示 意 图如 图 2所示 。   ,  条完 整封 闭线 , 形 零件 的表 面 比较 光 滑 、 向  成 各 , .   同性 , 有较 好 的机械性 能 。另外 环形 扫描方 式遵  具 —   循 成形 时热传 递 变化规律 , 削弱零 件在温 度 降低 过  !   一 、   \ \   | 1   』   |   I   ,   /  /    一 程 中产 生 的内部残 余应 力 , 而改 进 了成 形件 的物  从 理 性能 …   1。 \ ,bL  1 | J         0 \ l     |   \   \   \  \  \ ~ 一   一 』 0    z |   /   /  \ 一 \   \   一 \ /  / \   /   /   ,   图 2 扫 描 间 距 示 意 图  面积 A 代 表 扫 描 线

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