分段注射/雕刻快速成形装备控制系统及工艺研究

论文摘要

分段注射/雕刻快速原型制造工艺（Decomposed Injection Sculpturing, DIS）是一种离散/堆积成形方法与数控切削加工复合的新工艺。该工艺同时具有离散/堆积成形的柔性和机械加工的高精度。本文就DIS工艺平台控制系统、材料工艺性能和注射工艺模拟与优化等方面展开了深入实验研究。全文主要研究内容概括如下:首先从分段注射/雕刻快速成形工艺的需求出发,阐述了DIS实验平台的总体结构和传动原理,并在此基础上,从DIS实验平台控制系统的PID调节等方面阐述了DIS实验平台控制系统的研究基础和开发方案;并对选用的TH可切削蜡及THW-51S水溶蜡相关的加工成型特性进行了分析,为后续DIS实验平台的软硬件开发及工艺实验奠定了基础。其次,根据分段注射/雕刻快速成形工艺中注射与雕刻相互交替进行的特点,本文以“通用PC+PMAC”为硬件平台,开发运动控制与过程参数控制系统。其中以通用PC作为上位机完成控制系统中的非实时任务,采用运动控制器PMAC作为下位机完成实时的控制任务。对运动控制器、伺服单元以及液压控制单元的工作原理作了详尽的分析,通过实验获得合理的参数设置,并对整个系统进行了调试,实现了DIS实验平台的控制功能。再次,对所选择的零件材料（可切削蜡）与支撑材料（水溶蜡）的工艺性能进行实验研究与分析。主要包括机床切削参数、刀具选择对水溶蜡成形表面粗糙度的影响;注射参数对可切削蜡翘曲变形的影响。最后,利用MPI （Moldflow Plastics Insight） CAE软件对零件的注射成型过程进行模拟分析,预测缺陷的位置和程度,确定合理的工艺参数。综合考虑模拟优化结果及材料工艺性能实验分析结论的基础上对整个工艺进行实例验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪 论
• 1.1 快速成形技术
• 1.1.1 快速成形技术基本原理
• 1.1.2 快速成形技术基本特征
• 1.1.3 快速成形技术的典型工艺方法
• 1.1.4 快速成形技术发展趋势
• 1.2 分段注射/雕刻快速成形工艺
• 1.2.1 现有快速成型工艺存在的问题
• 1.2.2 分段注射/雕刻快速成形工艺
• 1.2.3 国外相关研究
• 1.2.4 国内相关研究
• 1.3 本文课题来源、研究思路及主要内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本课题的研究思路
• 1.3.3 课题目的
• 1.3.4 本论文主要研究内容及章节安排
• 第二章 DIS 平台控制系统及工艺研究基础
• 2.1 概述
• 2.2 DIS 实验平台设计
• 2.2.1 DIS 实验平台的雕刻机构
• 2.2.2 DIS 实验平台的注射机构
• 2.2.3 DIS 平台的工作过程
• 2.3 DIS 实验平台的控制方案分析
• 2.4 DIS 实验平台采用的相关控制技术
• 2.5 DIS 工艺材料的分析及选择使用
• 2.5.1 DIS 工艺材料的要求
• 2.5.2 DIS 工艺材料的选用
• 2.6 本章小结
• 第三章 DIS 实验平台控制系统设计
• 3.1 机械雕刻系统
• 3.1.1 雕刻系统控制系统硬件设计
• 3.1.2 雕刻控制系统调试
• 3.2 注射控制系统设计
• 3.2.1 注射系统概述
• 3.2.2 注射装置控制系统
• 3.2.3 PMAC 卡的变量
• 3.2.4 PMAC 卡的定时功能
• 3.2.5 PMAC 卡 PLC 控制程序的编写
• 3.3 控制系统软件的开发
• 3.3.1 DIS 实验平台控制系统软件总体设计
• 3.3.2 控制软件的实现
• 3.4 系统验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 DIS 工艺研究
• 4.1 支撑材料型腔表面粗糙度的实验分析
• 4.1.1 注射参数对水溶蜡成型面粗糙度的影响
• 4.1.2 切削刀具及切削参数对水溶蜡成型面的粗糙度影响
• 4.2 注射参数对零件成型的翘曲影响
• 4.2.1 实验设计
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 DIS 工艺模拟及实例验证
• 5.1 DIS 工艺三维离散的基本原则
• 5.2 实例模型及 DIS 成形工艺的规划
• 5.3 注射工艺过程的模拟及参数优化
• 5.3.1 浇口位置的选择
• 5.3.2 工艺参数范围的确定
• 5.3.3 零件充型过程分析
• 5.4 实例验证
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 附录一 设备操作规程
• 附录二 坐标系定义
• 附录三 液压控制程序
• 附录四 关键 I 变量定义
• 附录五 PMAC CNC 系统 MASTERCAM 用后处理定义
• 攻读硕士期间的论文、科研情况
• 致谢