分段沉积/雕铣快速成形工艺是一种堆积成形与去除成形相结合的复合成形方法,同时具有堆积成形的柔性和传统加工的高精度,但目前国内还没有其他机构进行该工艺相关技术的研究。本文针对该工艺的特点,围绕研制开发实现工艺过程的一体化加工成形装置的关键问题和实际应用开展相关的研究。 本文分析了分段沉积/雕铣快速成形工艺中支撑材料和零件材料的特性,结合具体的工艺要求,提出了两种材料自动挤出和注射装置设计的总体方案,并进行了具体的设计和制造。支撑材料自动挤出装置由三部分组成——螺杆挤出系统、温度控制系统和步进电机及其驱动系统,核心部分是螺杆的设计;零件材料自动注射装置也由三部分组成——物料混合系统、物料输送系统和注射过程控制系统,核心部分是物料混合系统的设计计算和选用。 本文针对设计中遇到的难题(支撑材料的温度控制,零件材料的多组分混合、定比例射出,两种材料沉积量和沉积轨迹的精确控制等),采用PWM功率控制、“电机—加料筒—螺杆”同轴结构、静态混合器、定容积比注射筒、专用气缸等方法予以很好的解决。对于装置中的其它功能部分也做了详细的分析对比,最终制造出适用于分段沉积/雕铣成形工艺的一体化装置,并对其核心功能模块进行了理论分析和实验验证。 另外,本文对于分段沉积/雕铣快速成形工艺实际应用中相关的三维CAD模型实体分段处理、加工轨迹计算和NC代码生成、刀具选择、材料匹配关系及其工艺参数优化等方面做了详细的分析与技术集成。