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1、手电钻设计与快速成型制造* （工程技术学院，机械电子工程系，机械设计制造及其自动化温从文）（学号：2000111024）内容提要：本文论述了手电钻的总体设计流程，包括零件设计、外壳设计，并校核总装 配，得出并分析其结论。结合设计过程的个人体会，提出几项难点与障碍。另外，还利用先 进制造技术的快速成型技术完成外壳的加T,详细说明了立体光周法的T艺。和关 键 词：外壳，RP技术,SLA工艺。教师点评：本毕业设计在市场调研的基础上，利用计算机软件完成了功率为300W,负载 转速为2500r/min,最大钻头肓径为6mm （钢材）12mm （木材）的小型手电钻的总体设 计，并利用先进制造技术实施了手电
2、钻外壳的加T，取得较好的成绩。（点评教师：梁莉， 副教授） 词言手电钻是一种机械化T具。它由电动机作为动力，通过传动机构驱动T作头进行作业， 通常制成手持式。手电钻结构轻巧、携带使用方便，它已被广泛用于国民经济各个领域，并进入了家庭使 用，是一种量大瓯广的机械化工具。该手电钻的外売采用了快速成型（简称RP）的方法來制造，RP 80年代后期发展起來 的，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破。RP系统综合应用了各种现代技术（机 械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术），可以快速、精确地将电脑设计数据 物化成具有一定功能的实物，从而不但可以对产品设计进行设计验证、功能验证、外观验证、
3、丁程分析、市场订货以及企业的决策等，而月可以向客户、甚至仅仅是有意向的潜在客户提 供未来产品的实体模型，从而达到迅速占领市场的目的。.总体设计流程市场调研参观电动工具公司=样机分析装配校核 = 3D设计=零件设计=传动计算 .手电钻设 计2.1.设计参数*图1图设计流程项目表1斗:电钻设计参数参数型号MZ-06额定电fh额定电流输入功率300W空載转速4000r/min负载转速2500r/min钢材06mm域兀铀扎且任木材 12mm2.2.相关计算*2.2.1 拟定传动方案220V1.4 A0.82Kg备项参数大齿小齿齿数538法血模数mn0.50.5法向压力角20?20?螺旋角a21.136
4、87?21.13687?齿顶咼糸数ha*11齿呗可隙糸数C*0.250.25修上糸数-0.40.4齿宽B610*2.2.2儿何计算水表2齿轮参数*由负载转速估计总传动比约为68,根据该数值，可初步拟定以一级斜齿轮传动为主的传动方案。电动机采用单相串励电机，一来它体积小，二是输出的转速较高；选用斜齿是 因为其啮合性能好，传动平稳，这都是手电钻所追求的特点。由于小斜齿轮齿数小于最小根切齿数，所以得加上修正系数。忽略电动机的电气损耗与 机械损耗，故其传递功率为0.3kw,而钻夹头的转速为2500r/min,传动比为A6.625,故电动机 *的转速为16562.5r/min ,据此可求出传递的扭矩T.
5、接着选择相应的材料，校核齿轮强度。 23 零件选择*2.3.1 标准件*轴承由于是斜齿轮传动，所以会产生不小的轴向力，所选的轴承必须能够承受一定的冲击，而月齿轮转速高，会产生噪声，因此得选用能够减少摩擦损耗的优质轴承，另外，为 避免温度过高时，油挥发的比较快，还得在轴承上装配密封圈。综上考虑选用深槽滚珠系列 的 606-2RS:水表3轴承型号参数*图2 输出轴总体尺寸(mm)轴承号载荷等级极限转数 (rpm)重量(g)*dD*B1rminseals*CrCoroilIseal61760.3606-2RS*2260835360006.7232自制件根据齿轮啮合与钻夹头连接的要求，设计了该输出轴，
6、经试验证明，该输出轴能够承 受工作范I韦I内的扭矩与弯矩，属于合格产品。233其他零件钻夹头、电源开关，电缆线护套等不必自己设计，可用“拿来主义”，提高设计效率。*2.4总体装配完成零件设计后，下一步就把各个零件装配起来，组装成手电钻，接着再进行干涉校核, 干涉是检查装配情况最基本的方法，如果一个产品出现太多的错误干涉，那么就证明设计存 在错误，必须重新修改。当然，不存在干涉并不代表就合理，要进一步验证还得做“动态干 涉，即做运动仿真。*图3手电钻装配图*图4手电钻爆炸图*2.4.1手电钻装配静态丁涉结果Part 2#Part 1Volume1: EXPORTSHAFT2: RIGHT SHE
7、LLCOLLETLEFT SHELL212.003 MMA393: LEFT_SHELLBOLT_SHORT28.4063 MMA3BOLT SHORTBOLTBOLTBOLTBOLTBOLTBOLTBOLT4: LEFT_SHELL 5: LEFT SHELL 6: LEFTSHELL 7: LEFT_SHELL 8: LEFT_SHELL 9: LEFTSHELL 10: LEFT SHELL 11: LEFT SHELL28.4063 MMA354.5600 MMA354.5600 MMA354.5600 MMA354.5600 MMA354.5600 MMA354.5600 MMA35
8、4.5600 MMA3结论分析：左边两列是相互干涉的零件，右边是它们干涉的体积。从以上数据可以看出, 除了左右外壳相互间有未知极小的干涉外，其余部分的干涉均发生在螺纹连接的部位，如输 出轴与夹头的连接，大小螺钉跟外壳的连接等。由于我们在工作中都不用真正的三维实体的 螺纹，因为太耗费资源，所以采用简化做法，用修饰螺纹做。做修饰螺纹时并不切除螺纹体 积部分，这样在孔和杆Z间必然存在一部分干涉，此类不属于设计错误。2.4.2外壳高斯曲面分析Rm*图5高斯曲面分析色条码旁边的数字是该颜色所对应的曲率值，由上图可知，这个曲面的颜色是由浅黄一 淡绿色过渡的，从色条码看出这两种颜色挨在一起，呈渐变状态，表明
9、该曲面比较光滑， 质量较高。2.5 设计难点*2.5.1 齿轮 山于齿廓是渐开线，而且是斜齿，这对建模而言有一定的难度，尤其还得考虑 修正系数，即使细心做下来，也很可能会遗失某些因索，或者出现形状相似而实际却不符合 设计要求的情况。*2.5.2 外壳其难点在于手柄与壳身相连那部分,首先它得光滑,以便I11T血质量较佳,其次 它的大小要合理，不能过大或者偏小。*2.5.3齿轮装配在整个传动系统中，齿轮装配显得巫要而又相对复杂，因为一口发生干涉，设计就报废了，要么齿轮卡死传动不了，要么衔接不上，根本无法传递动力。同样，若装配 顺序不合理，结果也可能是白费功夫。*2.6设计的隐性障碍*261 抽壳
10、当手电钻外型做出来后，就开始做内部结构了，这时往往会发现抽壳失败，究 其原因，大都是倒角所致，倒角处的曲率过大，就可能发生上述现象，这时只能冋头一步步 检查错误特征。*2.6.2 镜像把完整的右壳镜像到左壳，有时候并不是一帆风顺，很可能你会发现，这项操 作竟然实现不了!所以，趁右壳还是雏形Z前，先尝试做一下镜像，不然，可能会走多一些 弯路。*2.63 装配 完成右边的外売后，不要着急做左売。应先检杳右売是否存在不合理Z处，以 免把错误迁到左壳去，最好的办法即局部装配，看看是否有干涉。有干涉的地方就修正，或 切料，或加周。若省下这步T作，那么到总装配时，更多的麻烦就省不下了。三.外壳快速成型*3
11、.1工艺方法：立体光固法(SLA)*3.2工艺流程图图6 丁艺流程图图7 SLA产品3.3工艺原理S3lTL成型原理演示凋9*34外壳工艺制程首先通过3D软件设计出手电钻三维实体模型，把它转换为机器能辨认的STL文件，然 后利用离散软件读取STL资料，把3D模型切割成许多薄层。设定分层厚度及截Ifli路径间距后，就可算出边界路径与截面路径，其产生的数据将精确控制扫描器和升降台的运动。SLA 常用原料是热固性光敏树脂，这种液态材料在一定波长和强度的紫外光（如e=355nm）的照射 下，通过偏转镜片，扫描液槽树脂，使树脂中的光引发剂吸收光子，迅速引发光聚合反应， 由小分子的单体，进行重新聚合、歧化
12、以及阻塞等过程，形成由很多单体小分子组成的大分 子，随着分子剪切强度的增强，液体变成了固体。成型开始时，T作平台在液血下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液血上按计算机的指 令逐点扫描,即逐点周化。一般是从三维实体最底部的横截Ifli作起，这时生成的是第一个周 化薄片，它是固化在支撑结构上。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台帯动平台下降一个层 的高度，已成型的层血上又布满新一层液态树脂，刮平器将粘度较大的树脂液血刮平。（液 面水平的调整是靠一个自然溢流装置來保证的，树脂被不间断地抽上來注入树脂梢中并溢出 以保证液位不变。）接看进行下二层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，
13、如此逐层 巫复进行，直至获得一层又一层、彼此牢固粘结的固化薄片所构成的实体样件为止。这时外 壳还沉浸在溶液液血下，为要取出外壳，必须将升降台向上升起，使外壳完全脱离液血，得 到一个半透明的外壳。刚从机器内腔出来的外壳不能直接使用，得进行系列的后处理工序：后处理T序流程后处理：首先把半成阳浸没在类三丙二醇溶液当中洗掉树脂，Z后还要得再用丙烯来清 洗。接着刮掉多余的支撑，再把外壳放置一封闭空间烘干，接受一定波长的光（紫外荧光灯） 照射，外壳内部的树脂就可完全硕化了。最后就是人工用砂纸打磨了，如需要还可抛光， 漆。*3.5 外壳成型设备项目参数型号RS350S激光功率典型扫描速度成型范围3分层厚度0
14、.05-0.5mm水表4设备参数5OX35OX3OOmmlOOmw4m/s*3.6 成型材料材料：Somos8120环氧光敬树脂特性：该光敏树脂能制作高冲击强度、精确的功能零件。具有很宽的T艺范I韦I,无论在在使 用过稈中和加TZ后，表现出优秀的化学稳定性。这种材料特别适合制作对韧性和冲击强度 要求高的功能零件（如电子产品外壳和卡扣配件）。*3.7 工艺参数表5 工艺参数工艺名称参数值交织扫描速度2292.69mm/s支撑扫描速度917.08mm/s轮廓扫描速度655.76mm/s扫描线距0.07mm线宽补偿0.00mm涂层方式浸没式起始刮平次数40刮平次数1刮平速度下潜深度O.OOmm/s流平时间10秒*3.8外壳成型特点*3.8.1精度高激光光斑细小，可精确扫描树脂，因此成型轮丿郭准确，细致；固化反应的内应力小，儿乎没有变形。因此，可以制作精度达到?.10mm的产品。*3.8.2硕度大，韧性不足*3.8.3 成本髙3.9影响外壳成型精度因素*3.9.1 软件方面：
