毕业设计论文(基于Solidworks的3D打印机设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）

目录

摘要 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- II Abstract ---------------------------------------------------------------------------------------------------- III 第一章 绪论 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 1 - 1.1 3D打印的原理及其历史发展 ---------------------------------------------------------------- - 1 - 1.2 3D打印的发展前景 ---------------------------------------------------------------------------- - 3 - 第二章 设计软件的选择 --------------------------------------------------------------------------- - 5 - 2.1 Solidworks软件介绍 --------------------------------------------------------------------------- - 5 - 2.2 Solidworks与其他三维制图软件的对比 --------------------------------------------------- - 7 - 第三章 3D打印机的结构设计 -------------------------------------------------------------------- - 9 - 3.1 3D打印机的参数 ------------------------------------------------------------------------------- - 9 - 3.2 整体结构设计 ------------------------------------------------------------------------------------ - 9 - 3.3 电机和联轴器的选择 ------------------------------------------------------------------------- - 13 - 第四章 3D打印机主要部件受力分析 --------------------------------------------------------- - 22 - 4.1 X方向运动光杆的受力分析 ---------------------------------------------------------------- - 22 - 4.2 丝杠的受力计算 ------------------------------------------------------------------------------- - 24 - 4.3 导轨的选型及计算 ---------------------------------------------------------------------------- - 24 - 4.4 丝杠和螺母自锁校核计算 ------------------------------------------------------------------ - 25 - 第五章 Solidworks设计3D打印机 ------------------------------------------------------------ - 26 - 5.1 草图设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 5.2 零件建模特征 ---------------------------------------------------------------------------------- - 31 - 总 结 ------------------------------------------------------------------------------------------------ - 45 - 致 谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------ - 46 - 参考文献----------------------------------------------------------------------------------------------- - 47 -

I

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摘要

3D打印是最近两年开始流行的一种快速成形技术。 它以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来构造物体。 我们日常生活中的打印机能打印一些平面纸张材料。而3D打印机打印出的是立体产品。本文章对3D打印的技术体系和国内外产业发展现状、发展态势作了综合介绍，综述3D打印技术的基本概念、发展简史、打印过程原理、应用领域、广泛影响以及面临的问题等。在介绍3D技术的发展历程、3D打印技术的工作原理流程及特点的基础上，分析了3D打印技术的创新点和存在的问题，展望了3D打印技术的未来发展趋势。

根据相应的指标、参数在满足标准化型材的前提下对3D打印机进行整体结构设计，对某些重要的零部件详细分析它的参数和原理作用。3D打印机在工作过程中因受应力的影响可能会发生变形，所以接下来应用材料力学的知识对X方向运动的光杆进行受力分析校核，以确保三维打印机能打印出精度比较高的产品。

3D打印机工作的时候是三个方向一起运动，而打印机要精准稳定地做X、Y、Z方向的运动，必须要有精确平稳的轨道承载，能否在这三个方向上自由地运动是我对打印机研究的非常重要的部分，而3D打印机要求的是在最小的尺寸空间里实现三个运动方向运动范围的最大化。设计中主要使用了Solidworks三维制图软件，受力方面结合材料力学力的知识对3D打印机的主要部件进行了受力分析。

关键词：3D打印技术；结构设计；受力分析；Solidworks

II

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Abstract

3D printing is the beginning of the last two years a popular rapid prototyping technology. It is based on a digital model file, by the way printed layer by layer construct objects. Our daily lives printer can print some paper material plane. The 3D printer to print out the three-dimensional product. This article is for 3D printing technology system and domestic and foreign industry development status, development trend made a comprehensive presentation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced by a broad impact and so on. On the basis of the development process of introduction of 3D technology, 3D printing technologies work processes and characteristics, analyzes the innovation of 3D printing technology and problems, look to the future development trend of 3D printing technology.

According to relevant indicators, parameters in meeting the standardization of 3D printer profiles premise overall structural design, some important parts of a detailed analysis of its parameters and principles of action. 3D printer due to the impact of stress may be deformed in the course of their work, so the next application of knowledge of the mechanical movement of the light pole X direction stress analysis check to make sure that the 3D printer can print out high precision products.

When the 3D printer to work together is a motion in three directions, and the printer you want to do accurate and stable movement X, Y, Z direction, there must be a stable orbit precise bearing, can freely move in three directions my printer is a very important part of the research, and 3D printers achieve the required range of motion in three directions of movement in the smallest size to maximize space. The main use of Solidworks design three-dimensional mapping software, by combining the mechanical aspects of knowledge force strength of the main components were stress analysis 3D printer.

Keywords：3D printing; design; stress analysis; Solidworks

III

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第一章 绪论

1.1 3D打印的原理及其历史发展

1.1.1 3D打印的原理

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状

金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。 用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用3D打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而3D打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的3D打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的3D打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

1.1.2 3D打印的历史发展

1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

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1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。

1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。 2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。 2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。 2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。

2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。 2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。 2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。

3D打印技术目前是一种高新技术，3D打印技术作为一种高科技技术，目前应用到很多领域，如制造业，航空领域，医疗领域，化学技术，还有材料学科等方面。3D打印技术的推广使得更多制造业有了相应的变革，打印技术可以使制造效率不断挺高，方便快捷。而广泛应用的领域有医疗领域，建筑领域，和机械设计制造领域。有些精密的制造业也可以通过3D打印技术完成。在医疗领域上，3D打印机可以用人培养的细胞作为打印原材料打印器官，这就给病人提供了对自己不排斥的器官。前段时间有个小孩因为天生没有鼻子，于是医院就通过3D打印机打印出了一个与他个人相匹配的鼻子，并且成功应用上去。这些成功的例子无疑在说明3D打印技术已经越来越接近我们的生活，改变我们的生活。建筑领域，3D打印技术可以快速的打印出一栋很建筑模型，可以省略很多传统的东西，某些工艺水平也是，传统工艺所不能企及的。[1] 3D打印技术已经有了十多年的发展，目前分辨率可以达到6000pi，厚度精确到0.001毫米，这样的技术几乎可以打印出你肉眼能看得出来的东西，可见这精度已经非常高了。当然我们可以应用3D打印技术高精确性，打印出更多纯制造业很难完成的任务。[3] 目前国内很多家公司相继完成了他们的3D打印机的生产和销售，虽然他们的公司大小不能与国外大型公司相媲美，而且所做的产品的整体质量也没有国外的那么好，但在中国的市场还是非常不错的。国内生产的3D打印机在材料，模型结构，打印精准度方面还不能很好的满足消费者的需求。而在第三产业领域在国内某些发达城市有很多企业引进了国外先进的3D打印设备，在此基础上不断学习借鉴，并且有了技术上的提高。总之国内的3D打印技术还不够成熟，还需进一步的发展技术。 [3]

目前在西方国家，3D打印技术已经大范围的应用到了商业。比如在某些汽车制造业和电子制造厂商。3D打印技术的优势可以体现在高效率的基础上打印出廉价的部件。纽约有一家公司手机了很多客户所实际需要的模型，或者产品，收集之后用3D打印技术把收集来的方案打印成他们所需的实物，并且获得了较好的成果。[5]

目前，在全球3D打印机行业，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业、研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、英国的Reprap等。

3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。

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友可以倾向于UG；UG是快成模具行来的代名词，越来越多的模具厂在使用UG做为设计软件，对于选择其他软件作为其模具设计不多；UG可以实现G2连续，可以做到A面的要求也不是问题。其实，我觉得最好要掌握两种以上的软件，才可以适应不同的工作。而且，工作的内容也是选择软件的一个非常重要的理由，所以自己的定位非常重要的。说白了，对你来说，用哪个软件最顺手，最容易掌握，那个软件就是最好的。

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第三章 3D打印机的结构设计

3.1 3D打印机的参数

打印机的运行尺寸：260×260×100mm 打印的最大范围：260×260×100mm 标准型材的尺寸：25×25mm 电机的转速：3600r/min

3.2 整体结构设计

3.2.1 工作原理

3D打印机在工作的时候是中间两根标准型材是立起的，立起的时候能提供打印机在X,Z方向的运动空间。打印机总共有4个电机，一个电机用在Z轴方向，一个用在X轴方向，一个用在Y轴方向，剩下一个是传送材料到喷头用的。在打印机上边装有一个电机连接丝杆，带动喷头所在的光杆做Z方向运动。X方向的打印是通过喷头左右运动完成的，电机带连接在喷头的齿形带，使喷头运动。而Y轴方向是底座的电机带动底板来回运动。

3.2.2 3D打印机的组成

标准型材：25×25mm，100mm×2，260mm×4，240mm×5 步进电机：四个 丝杆：三根 联轴器：三个 齿形带：两条 光杆：六根 六角螺栓+螺母

非标准件包括底座，底座梁支架，底座支架，喷头结构，提手，型材之间的连接件等。

3.2.3 框架结构

打印机的结构主要由大小25x25mm的标准型材构成，底座由八根型材组成，这样的底座稳固性非常强，能保证打印机在工作的时候不会发生摇动以至于打印精度下降。打印机的Z轴传动通过立在中间的丝杆完成，顶上的电机转动通过联轴器带动丝杆完成喷头上下运动。喷头与光杆衔接左右运动。底座支架与底座的光杆衔接通过带动底板做前后运动。为了是打印机工作平稳，底座上下两根型材分别与立杆用连接部件固定，其

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中上面的型材与部件固定，拆卸时需拧下螺钉，而下面的型材则与部件通过六角螺栓活动链接。这样就可以实现打印机在不使用的情况下把立杆放下，便于携带。部件的统一厚度为5mm。

3.2.4 底座支架结构

该结构的视图如下，它的主要作用是连接支撑底板，并带动底板做前后运动。

图3.1 底座支架结构图

底座支架在打印机中起关键作用，它的运动决定了底板的运动。上图中支架的导槽与底座的光杆导套连接，支架中间在于齿形带固定。电机工作通过带动支架在光杆上来回运动。然而底板与支架通过杆固定连接，实现了底座支架带动底板的来回运动。

底座梁支架的作用就是支撑整个底板和固定光杆、电机。考虑到受力，底座梁支架锁在型材上，左右各有一个支架固定两根光杆。一边的支架中间有固定电机的地方，而且那块板相对来说比较厚，因为要承受比较大的力，包括电机自重，和齿形带的拉力。

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图3.2 底座支架三维下视图

3.2.5 X轴方向运动的设计

X轴方向的运动主要靠联轴器带动齿轮连杆运动完成，喷头固定在上下两根光杆上，增加了运动时的稳定性。喷头的运动方向是光杆的轴向，为了使喷头运动时不受摩擦力影响，还需在喷头上套上光杆轴套，保证喷头能平稳运动。齿形带传动通过左边的电机带动同步联轴器完成。这部分主要介绍X方向喷头结构的简单设计。

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图3.3 X轴方向运动三维图

3.2.6 Z轴方向运动的设计

图3.4 Z轴方向运动三维图

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3.3 电机和联轴器的选择

电机和联轴器的种类繁多，根据3D打印的的不同参数要求，选择合理的电机和联

轴器是非常重要的，这样才能保证3D打印机的正常运行。

3.3.1 电机的选择

一、负载转矩的计算

PMSM定子转组产生旋转磁场的机理与感应电机是相同的。其不同点是转子为永磁体且n与ns相同（同步）。两个磁场相互作用产生转矩。定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。(同性相斥，异性相吸)

其中θ为失调角，也称功率角；K与定子端电压和转子磁势（磁密)的乘积成正比。Fy和Fs分别是转子、定子的磁势或磁密；p为极对数。

当θ为90度角时，对应最大转矩，称最大同步转矩。对之前我们算得的负载转矩Jt=3.0×10-3kg.m2进行惯量匹配。 根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度角”。加速度α影响系统的动态特性，α越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果α变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于电机选定后最大输出T值不变，如果希望α的变化小，则J应该尽量小。

传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

通常负载的惯量不要大于电机惯量的5倍，最大不要超过10倍。 对于功率P?2??nT60对旋转运动的物体来说，转矩和惯量的关系正如直线运动物体的受力和质量的关系。 二、打印速度的初步估计

每打一个，计划在Y轴方向移动10次，使宽度达到361mm?对此，计算喷头走完1个幅面的时间T，计划彩印周期T秒，暂时忽略10次Y方向移动时间，有：

电机一转对应丝杆1转对应10个导程共4mm，360mm需要电机转90r，最高转速时，电机每秒转50r，对应时间为1.8s。则10个来回大约18秒，x轴方向10次加减速，对应总时间6s;走完一个幅面，需要大概24秒，加上其余误差时间，30秒就可以完成一个幅面，T=30s，基本实现1分钟打印两个幅面的要求[7]。 求电机匀加速需要时间。

电机300ms，表示静止加速到额定转速的时间，角加速度为：

??50?2?0.3?1047rads2

M?Ma?M?Ma??Im?It??

(3.1)

(3.2)

M????S2?? (3.3) 式中：

Ma——电机启动加速力矩；

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I，t——电机自身惯量与负载惯量（kg·m3）； Mf——导轨摩擦折算至电机的转矩（N·m） μ——摩擦系数，取0.1；

η——传递机械效率，在此取0.15。

滚动螺旋传动的传动效率取0.95；滚动球轴承传动效率为0.99；齿轮的传动效率为0.93；总传动效率为：??0.95?0.99?0.93?0.99?0.866????? (3.4)

M??0.1?6?0.004?2??0.866?1??4.4?10?4 导轨磨擦折算至电机侧的转矩： 需要的输出力矩为:

T?J??M??3.0?10?5?0.338?10?4?1047?4.4?10?4?3.18N?m （3.5）

Im?? 出力力矩T=3.18，小于最大出力力矩=3.81 ，满足要求。

三、步进电机和交流伺服电机性能比较

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 1.控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 2.低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 3.矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 4.过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺

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服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 5.运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 6.速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素下，我选用了步进电机。桌面级别的3D打印机，一般用42步进电机就够了，电流可以1.5A都没什么问题，一般电流用1A就够用的了，具体的电机型号为SST43D2165 11520G。

查表选择11520G型步进电机，如图3.5、图3.6所示：

图3.5 步进电机

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图3.6 步进电机外形尺寸

3.3.2 联轴器的选择

联轴器属于机械通用零部件范畴，用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的连接部件。20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。常用联轴器有膜片联轴器，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。

常用的精密联轴器有：弹性联轴器，膜片联轴器，波纹管联轴器，滑块联轴器，梅花联轴器，刚性联轴器。 其各自特点： 1.弹性联轴器

(1)一体成型的金属弹性体 (2)零回转间隙、可同步运转

(3)弹性作用补偿径向、角向和轴向偏差 (4)高扭矩刚性和卓越的灵敏度

(5)顺时针和逆时针回转特性完全相同 (6)免维护、抗油和耐腐蚀性 (7)有铝合金和不锈钢材料供选择 (8)固定方式主要有顶丝和夹紧两种。

2.膜片联轴器

(1)高刚性、高转矩、低惯性

(2)采用环形或方形弹性不锈刚片变形

(3)大扭矩承载，高扭矩刚性和卓越的灵敏度 (4)零回转间隙、顺时针和逆时针回转特性相同 (5)免维护、超强抗油和耐腐蚀性

(6)双不锈钢膜片可补偿径向、角向、轴向偏差，单膜片则不能补偿径向偏差。

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3.波纹管联轴器

(1)无齿隙、扭向刚性、连接可靠、耐腐蚀性、耐高温

(2)免维护、超强抗油，波纹管形结构补偿径向、角向和轴向偏差，偏差存在的情况下也可保持等速作动

(3)顺时针和逆进针回转特性完全相同 (4)波纹管材质有磷青铜和不锈钢供选择

(5)可适合用于精度和稳定性要求较高的系统。

4.滑块联轴器

(1)无齿隙的连接，用于小扭矩的测量传动结构简单

(2)使用方便、容易安装、节省时间、尺寸范围广、转动惯量小，便于目测检查 (3)抗油腐蚀，可电气绝缘，可供不同材料的滑块弹性体选择 (4)轴套和中间件之间的滑动能容许大径向和角向偏差，中间件的特殊凸点设计产生支撑的作用，容许较大的角度偏差，不产生弯曲力矩，侃轴心负荷降至最低。

5.梅花联轴器

(1)紧凑型、无齿隙，提供三种不同硬度弹性体 (2)可吸收振动，补偿径向和角向偏差 (3)结构简单、方便维修、便于检查

(4)免维护、抗油及电气绝缘、工作温度20℃-60℃ (5)梅花弹性体有四瓣、六瓣、八瓣和十瓣 (6)固定方式有顶丝，夹紧，键槽固定。

6.刚性联轴器

(1)重量轻，超低惯性和高灵敏度 (2)免维护，超强抗油和耐腐蚀性

(3)无法容许偏心，使用时应让轴尽量外露 (4)主体材质可选铝合金/不锈钢 (5)固定方式有夹紧、顶丝固定。

联轴器其各自主要用途：

弹性联轴器：适用于旋转编码器、步进电机 膜片联轴器：适用于伺服电机、步进电机 波纹管联轴器：适用于伺服电机 滑块联轴器：适用于普通微型电机

梅花联轴器：适用于伺服电机、步进电机 刚性联轴器：适用于伺服电机、步进电机。

联轴器型号：

联轴器的型号由组别代号、品种代号、型式代号、规格代号组成。联轴器的组别代号、品种代号、型式代号，取其名称的第一汉语拼音字母代号，如有重复时，则取第二个字母，或名称中第二、三个字母的第一、第二汉语拼音字母，或选其名称中具有特点字的第一、第二汉语拼音字母，以在同一组别、品种、型式中相互之间不得重复为原则。联轴器的主参数为公称转矩Tn，单位为N·m。公称转矩系列顺序号，为联轴器规格代号。

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表3—1 联轴器型号分类表 类别 组别 名称 代号 品种 名称 凸缘式 套筒式 刚性联轴器 夹壳式 径向键式 平行轴式 滑块式 无 弹 性 元 件 挠 性 联 轴 器 代号 Y 型式 名称 基本型 有对中榫型 基本型 J 立式 滚动轴承型 滑动轴承型 基本型 双面分体式 单面分体式 鼓形齿式 接中间轴式 接中间套式 垂直安装式 带制动轮式 带制动盘式 直齿式

代号 D L G H S D J T S Z P - 18 -

规格 18 18 15 15 10 30/24 30/25 30/25 24 14 14 14 型号 名称 凸缘联轴器 有对中榫凸缘联轴器 套筒联轴器 夹壳联轴器 立式夹壳联轴器 径向键凸缘联轴器 滚动轴承平行轴联轴器 滑动轴承平行轴联轴器 滑块联轴器 鼓形齿联轴器 双面鼓形齿联轴器 单面鼓形齿联轴器 接中间轴鼓形齿联轴器 接中间套鼓形齿联轴器 垂直安装鼓形齿联轴器 带制动轮鼓形齿联轴器 带制动盘鼓形齿联轴器 直齿联轴器 新 GY GYD GT GJ GJN GN GPG GPH WH WG WGS WGD WGJ WGT WGS WGZ WGP WC 旧 YL YKD GT PLG PLH HL T G N P H 挠性联轴器 W G C 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）

滚子链 齿形链式 套筒链式 双排链 Z 单排链 L T 整体叉头型 部分轴承座型 整体轴承座型 小型 基本型 Q 大倾角型 D C 15 11~13 滚子链联轴器 单排链联轴器 齿形链联轴器 套筒链联轴器 整体叉头十字轴万向联轴器 部分轴承座十字轴万向联轴器 整体轴承座十字轴万向联轴器 十字轴万向联轴器 球笼万向联轴器 大倾角球笼万向联轴器 球叉万向联轴器 凸块万向联轴器 三球销万向联轴器 三销万向联轴器 铰杆万向联轴器 球铰万向联轴器 球铰柱塞万向联轴器 钢球联轴器 WZ WZD WL WT WSC WSP WSZ WS WQ WQD WA WK WU WN WG WM WB WE GL SWC 十字轴式 P 14 SWP S Z D 11 8 9 7 SWZ QWL QWLZ 球笼式 球叉式 凸块式 三球销式 三销式 铰杆式 球铰式 球铰柱塞式 钢球式

A K U N G M B E - 19 -

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三叉杆式 球面滚子式 D 基本型 A N K 17 16 18 13 三叉杆万向联轴器 球面滚子联轴器 A型球面滚子联轴器 轮胎式联轴器 整体轮胎式联轴器 开口轮胎式联轴器 弹性套柱销联轴器 带制动轮弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器 带制动轮弹性柱销联轴器 弹性柱销齿式联轴器 圆锥轴孔弹性柱销齿林联轴器 接中间轴弹性柱销齿式联轴器 带制动轮弹性柱销齿式联轴器 梅花形弹性联轴器 单法兰梅花弹性联轴器 双法兰梅花弹性联轴器 分体式制动WD WJ WJA LU LUN LYK LT LTZ LH LHZ LZ LZD WJ WJA UL TL TLL HL HLL ZL ZLD J A型 带骨架型 轮胎式 U 整体型 开口型 基本型 非 金 属 弹 性 元 件 挠 性 联 轴 器 弹性套柱销式 T 带制动轮型 基本型 Z 9 14 弹性柱销式 H 带制动轮型 基本型 圆锥轴孔型 Z 15 23 L D 13 弹性柱销齿式 Z 接中间轴型 带制动轮型 基本型 J 23 LZJ ZLZ Z D S Z- 20 -

9 14 14 14 13 LZZ LM LMD LMS LMZLL ML MLZ MLS MLL-I 梅花形 单法兰型 双法兰型 分体式

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制动轮型 整体式制动轮型 凹型环式 弹性套筒式 弹性板式 多角式 A G B D 基本型 芯型 N 双法兰型 基本型 H型弹性块 接中间轴型 带制动轮型 Ⅰ 轮梅花型弹性联轴器 13 11 14 14 16 13/19 10 整体式制动轮梅花型弹性联轴器 凹型环式联轴器 弹性套筒联轴器 弹性板联轴器 多角形弹性联轴器 芯型弹性联轴器 双法兰芯型弹性联轴器 橡胶金属环联轴器 H型弹性块联轴器 接中间轴H型弹性块联轴器 带制动轮H型弹性块联轴器 ZI ZⅡ S A/B J LMZⅡ LA LG LB LD LN LNS LX LR LRJ MLL-Ⅱ NL NLS HTLA HTLE 弹性环 X R Z 7/9 LRZ 综上所述，选择弹性联轴器LS2-75-0304作为此3D打印机的传动装置最为合适。 弹性联轴器各技术参数： LS2：系列号，材料为铝合金 75：外径尺寸：19.1mm，夹紧螺丝固定 03：D1轴径为：3mm 04：D2轴径为：4mm

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第四章 3D打印机主要部件受力分析

4.1 X方向运动光杆的受力分析

因为x方向运动有两根相同的光杆支撑，他们所受的力的大小方向都是一样的，所以在做受力分析的时候先把它作为一根来算。先取光杆随意一点C，就是喷头运动的位置作受力分析剪切力。同时求x1,x2位置的剪切力和弯矩。光杆受力的剪力图和弯矩图如下。现在根据实际尺寸，算出喷头在实际工作中光杆某点的剪力和弯矩。

图4.1 光杆的受力图

图4.2 剪力图

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图4.3 弯矩图

光杆长：266mm 令a=100mm,b=166mm F=3N 确定约束力： ?MA?0，?MB?0 FAy?Fb1FBy?Fa1 （4.1） FAy?3?0.1660.266?1.87N 取X1=0.08,求出喷头力作用在X1点处时剪力和弯矩的大小 FBy?3?0.10.266?1.13N Fs?x1??Fbl?0?x1?a?M?x1??Fbx1l?0?x1?a? (4.2) 1 取X2=0.12，求出喷头力作用在X2点处时剪力和弯矩的大小 M?x??3?0.166?0.08?0.266?0.15N?M ?0 ?x1?a? Fs?x1??3?0.166?0.266?1.87 ?0?x1?a?

M?x2??Fa?l?x2?l ?a ?x2?l? （4.3） M?x2??3?0.1??0.266?0.12?0.266?0.16N?M ?a?x2?l? - 23 -

Fs?x2???Fal ?a ?x2?l? Fs?x2???3?0.1?0.266??1.13N ?a ?x2?l? 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）

4.2 丝杠的受力计算

滚珠丝杠副已经标准化，因此只需选择合适的型号即可；滚珠丝杠的负荷包括打印材料的重力及摩擦引起的阻力。

经查表和前述计算可以的出如下参数：

查表得，使用寿命 T=15000h，初选丝杠螺距 t=4mm，且已经知道Z轴下降的最大的下降速度是

Vmax?0.048 mmin

n?1000vmaxt?1000?0.0484?12rmin

所以丝杠转速 取丝杠转速

n?12rmin

6L?60?12?1500010?10.8转 所以

额定动载荷：

设计其精度为3级，可靠性为90% 则由

`Cam?fwF(60nLn)/100fafc13 （4.4)

其中可查出精度系数

fa?1，可靠性系数

fc?1，荷性质系数

fw?1.2，且已知

F?1527N Lh?15000

上述数据代入公式后，可得： `C?(60?12?15000)/1000?1?1?4169.7Nam?1.2?1572

查表（机械设计手册），取滚珠丝杠的直径d0=6mm，选用滚珠丝杠螺母副型号为3206-3，其额定负荷为6766N，足够用。

n?12rmin

4.3 导轨的选型及计算

导轨刚度检验：

滚珠丝杠受工作负荷P引起的导程L0的变化量

?L?其中：

FNLEA (4.5) FN?1574L?0.4cm，

2262E?20.6?10N/cm ，A??R?8.04cm

所以：

导轨因受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略

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?L?FNL1574?0.4?6??3.8?10cmEA20.6?106?8.08

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所以导程总误差 ：

查表知6级精度的丝杠允许误差13μm，（中国机械设计手册卷4）故刚度足够。所选丝a?a63?61.2x2???0.72m2.5

杠符合要求。

4.4 丝杠和螺母自锁校核计算

螺纹升角

??arctan?L??d2? 其中 L——导程；d2——螺纹中径（一般而言，螺纹摩擦角 ??arctan?fcos??2?? 其中 f——静摩擦系数； α——螺纹牙型角；

若 ???，则传动螺纹具有自锁特性。

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d2?d-0.5p）； (4.6) (4.7)

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第五章 Solidworks设计3D打印机

5.1 草图设计

5.1.1草图的基本知识

一、 草图绘制基准面

草图是由点、直线、圆弧等基本几何元素构成的封闭或者不封闭的几何形状，草图又分为平面草图和3D草图。在Solidworks中，草图大多数情况下都是用于生成三维实体特征的，一个相同的草图可以采用不同类型特征所生成实体。草图与特征紧密相关，草图离开了特征就无法生成三维实体，特征离开了草图就失去了操作对象。所以，在某种程度上可以说灵活掌握草图绘制技巧是全面掌握三维设计的基础。 绘制草图主要包括绘制图形、添加几何约束和尺寸标注等3个步骤，对于平面草图而言，选择草图绘制基准面是首先要解决的问题。

SolidWorks系统默认提供3个基准面如图5.1，分别是前视基准面、上视基准面和右视基准面。一般情况下，可以根据设计意图选择系统的三个默认基准面之一作为草图绘制基准面。

图5.1 草图基准面

通过选择下拉菜单【文件】/【新建】/【零件】命令进入系统，鼠标左键单击屏幕左上角的“草图”图标，可进入草图绘制环境。然后，鼠标右键单击要选择的默认基准面，在弹出菜单中左键单击“草图绘制”按钮，被选择的默认基准面会自动旋转到与屏幕平行的位置（这种情况只在零件绘制第一个草图时发生）。

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选择草图绘制基准面工作完成后，会在屏幕右上角出现草图指示器，显示【确定】和【取消】2个按钮。单击【确定】按钮确定当前的草图操作，单击【取消】按钮将撤消当前的草图操作。 二、 草图反馈

SolidWorks提供了一种实时反馈功能，这种系统反馈的作用是提示当前的操作和自动几何关系，并贯穿于草图绘制、建立模型和工程图等操作中，有效地提高了操作中的可视性。

草图有很多类型的反馈特征，通过改变光标的形状，显示出当前绘制的几何实体的种类，同时还可以表明对现有实体的捕捉情况，如捕捉到端点、中点或与所选择实体重合等类型。 （1）草图状态反馈

在使用绘图命令时，系统的反馈光标提示的是目前绘制的内容是什么。其特点是鼠标的形状是一只“笔”的形状，在笔的左下角提示当前绘图的基本形状。这些反馈（2）编辑状态反馈

对草图元素的延伸、裁剪等操作的反馈。其特点是鼠标指针的右下角提示当前的编辑状态如：标注尺寸、延伸、裁剪到最近端等。 （3）状态和捕捉反馈

在绘图过程中到水平或垂直位置上时，光标中会出现一些附加符号，例如水平、垂直、这说明绘制的实体处于水平或垂直状态，绘制一条水平线，系统将自动添加“水平”几何关系。

在绘图过程中，系统会自动捕捉草图中或其他特征的几何元素，并为所绘制的实体自动添加相应的约束关系，如图3-8所示，在鼠标向下移动时，系统会自动捕捉到：端点、直线中点等。 （4）数值反馈

在绘制这些基本形状时，在光标的右上角有一个变化的数值，提示当前操作的主要参数，在笔的右上端显示的是直线的长度和角度。 三、 草图状态

Solidworks草绘有3种状态，分别定义为欠定义、完全定义和过定义状态，其在属性管理器设计树中显示的符号是不同的，草图状态由草图中几何体与定义的尺寸之间的几何关系来决定。 （1）欠定义

这是草图的不确定的定义状态，需要用尺寸和约束来确定几何关系。在这种情况下，可以随时为草图添加其他定义来改变草绘。一个未定义的草图几何体的颜色是蓝色的，在设计树中的草图名称前用“（－）”来表示。 （2）完全定义

分别说明当前绘制的实体是：直线、圆、矩形、样条曲线。

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草图具有完整信息，所有几何体的位置都用尺寸或约束完全地描述出来。完全定义的草图几何元素是黑色的。在设计树中的草图名称前面无符号标识。一般情况下，草图都应该是完全定义的。 （3）过定义

草图中有重复的尺寸或互相冲突的约束关系，直到修改后才能够使用，应该删除多余的尺寸和约束。过定义草图其几何体是红色的。在设计树中的草图名称前通过“（＋）”来表示。

5.1.2 草图绘制简介

一、 草图绘制工具

Solidworks提供了丰富的绘图工具，其中基本工具包括绘制直线、边角矩形、多边形、圆、圆弧、椭圆、抛物线、样条曲线、点和文字等，辅助工具包括圆角、倒角、镜向、等距实体、剪裁、延伸、线性草图排列和复制、圆周草图排列和复制、转化实体引用等。下面简单介绍几种常用的绘图工具。 （1）直线

单击工具栏中【直线】按钮，可用2种方法绘制直线。 a.单击/单击方式 b.单击/拖动方式

另外，有一种技巧可方便的用直线绘制工具来绘制与直线相连的圆弧。方法是绘制一条直线后，在直线的终点按下鼠标左键（不松开）移动光标远离直线终点，然后移动光标返回至直线的终点，并再次移动光标远离直线终点，这时在绘图区域中会显示出将要绘制的圆弧预览，鼠标旁的文字提示为圆弧半径及圆弧角。值得注意的是，光标的不同移动方位可以绘制出不同转向的圆弧。 （2）圆 （3）矩形 （4）圆角、倒角

绘制圆角和倒角主要用于对线段之间添加圆角或倒角，通过单击草图工具栏中的【绘制圆角】或【绘制倒角】按钮，或选择下拉菜单【工具】/【草图工具】/【圆角】（或【倒角】）命令，系统会自动弹出其属性管理器。

“圆角”管理器中的设置项目有：半径、保持拐角处约束条件。

完成“绘制圆角”属性管理器设置后，鼠标左键在绘图区中点击要添加圆角的2条直线或2条直线的交点，单击【确定】按钮，便可以为草图添加圆角。

在“绘制倒角”属性管理器，选中“角度距离”单选项，并分别在“距离”和“角度”栏中输入距离和角度值。然后，鼠标左键在绘图区中点击要添加倒角的2条直线或2条直线的交点，单击【确定】按钮，便可以为草图添加倒角。

“绘制倒角”属性管理器中的“距离-距离”选项，要求分别输入距直线交点的距离值。

（5）剪裁和延伸

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剪裁实体和延伸实体工具侧重点有所不同，剪裁实体是将草图中多余的草图实体剪掉，而延伸实体是将草图实体延长。

通过单击草图工具栏中的【剪裁实体】按钮，弹出“剪裁”属性管理器，分别有5种选项，它们是强劲剪裁、边角、在内剪除、在外剪除、剪裁到最近端。 延伸实体工具可将草图实体直线、中心线或圆弧等延长到指定的元素。 （6）镜向

镜向实体工具用来将草图的一部分按对称性复制到另一侧，镜向直线的端点、圆弧的圆心之间有一一对应关系，如果更改被镜向的实体，则其镜向图像也会随之更改，镜向实体工具特别适合用于绘制具有对称性的草图。

“镜向”管理器中的设置项目有：要镜向的实体、镜向点、复制。 （7）草图阵列

草图阵列的功能是对草图中的局部结构进行复制，并将这些复制的结构按一定的排列方式进行布置，草图阵列又分为线性草图阵列和圆周草图阵列。

利用线性草图阵列工具是把草图中的复制结构按线性排列方式进行布置，通过单击草图工具栏中的【线性草图阵列】按钮，或选择下拉菜单【工具】/【草图工具】/【线性阵列】命令，系统会自动弹出“线性阵列”属性管理器。

“线性阵列”管理器中的设置项目有：阵列方向、间距、数量、要阵列的实体。 圆周草图阵列是将草图中的复制结构按圆周排列方式进行布置。

通过单击草图工具栏中的【线性草图阵列】/【圆周草图阵列】按钮，系统会弹出“圆周草图阵列”管理器。

“中心X”和“中心Y”文本框中需要输入圆周阵列的圆心坐标值，“数量”文本框中需要输入要阵列的实例数，激活“要阵列的实体”选项，在绘图区中用鼠标选中要复制的局部特征。 （8）等距实体

等距实体工具是按特定的距离等距诸如样条曲线或圆弧、模型边线组、环等等之类的草图实体。

通过在打开的草图中选择一个或多个草图实体，单击草图绘制工具栏中的【等距实体】按钮，或选择下拉菜单【工具】/【草图绘制工具】/【等距实体】命令，可以进行等距实体操作。 （9）转换实体引用

利用转换实体引用工具可以将三维实体的端面投影到绘图基准面上，在基准面上形成端面几何图形的投影草图，这是一种方便快捷的草图绘制方法，在创建三维实体模型时常常用到。 二、 草图几何关系

草图几何关系亦称几何关系主要用来限制和约束草图元素的行为。一些几何关系是系统自动添加的，别一些则要在需要时手动添加的。 （1）自动草图几何关系

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自动添加几何关系是指在绘图过程中，系统会根据几何元素的相对位置，自动赋予几何意义，不需要另行添加几何关系。

当系统处于自动添加几何关系状态时，可将绘图时光标提示的几何关系自动添加给所绘图几何元素。 （2）添加草图几何关系

对于那些无法自动添加的几何关系，可以使用通过手动方式来添加几何关系。 通过单击草图工具栏中【显示∕删除几何关系】按钮展开其下拉菜单，并单击【添加几何关系】按钮，打开“添加几何关系”属性管理器，然后选择需要添加几何关系的草图实体，进行几何关系设定。也可以通过按住Ctrl键，鼠标左键选择需要添加几何关系的草图实体，在属性管理器中选择相应的几何关系进行添加。 （3）显示∕删除几何关系

通过单击所需显示几何关系的几何元素，可以在其属性管理器中显示“现有几何关系”。如果需要删除其几何关系，鼠标右击“现有几何关系”列表中的相应几何关系，选择快捷菜单中的【删除】命令，即可删除。 三、 草图尺寸标注

四、 SolidWorks的尺寸标注是动态预览的，因此当选定了要标注尺寸的元素时，尺寸会依据放置位置不同来确定尺寸标注类型。标注尺寸时，可以在属性管理器中修改尺寸的公差形式、公差值、尺寸箭头形式以及尺寸文本。

通过选择下拉菜单【工具】/【标注尺寸】命令，可以选择标注尺寸工具。 SolidWorks是一个尺寸驱动的三维设计软件，草图实体的大小最终由标注的尺寸值来决定。例如绘制了一个圆，在没有标注尺寸前该圆的大小并没有完全确定，但当给圆标注了尺寸值以后，系统根据标注尺寸的数值决定圆的真实大小。 SolidWorks的尺寸包括两大类，即驱动尺寸和从动尺寸。

驱动尺寸是指能够改变几何体形状或大小的尺寸，改变尺寸的数值将引来几何体的变化。

从动尺寸是指尺寸的数值是有几何体来确定的，它不能用来改变几何体的大小，只能显示几何体的大小。

在SolidWorks系统中，一般采用“智能尺寸”方式来标注草图尺寸。 （1）线性尺寸标注

线性尺寸一般分为水平尺寸和垂直尺寸，可用来标注线段长度或2端点间的距离。 单击鼠标左键将尺寸放置在合适位置后，系统会自动弹出“修改”对话框显示当前尺寸值。可以用鼠标中键来增大或减小尺寸值，也可以直接输入新的尺寸值，单击【确定】按钮，完成线性尺寸的标注。

利用中心线标注尺寸主要用于“旋转”特征建模，见“3.3旋转特征”。 （2）角度尺寸标注

在“智能尺寸”标注状态下，鼠标左键选择2条不平行或不垂直直线，或者选择3个不共线直线的点就可以进行角度尺寸标注。

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通过移动光标，可以标注所选草图元素间的内部或外部角度尺寸、锐角或钝角。 （3）圆弧尺寸标注

圆弧尺寸标注分为标注圆弧半径、标注圆弧的弧长和标注圆弧对应弦长的线性尺寸。

a.圆弧半径标注

鼠标左键单击要标注的圆弧，移动光标拖出半径尺寸后，在合适位置放置尺寸，并在弹出的“修改”对话框中输入尺寸数值，单击【确定】按钮。 b.圆弧弧长标注

鼠标左键分别单击圆弧的2个端点，再单击圆弧，移动光标拖出的尺寸即为圆弧弧长，在“修改”对话框中输入尺寸数值，单击【确定】按钮。 c.圆弧弦长标注

鼠标左键分别单击圆弧的2个端点，并在“修改”对话框中输入尺寸数值，单击【确定】按钮。 （4）尺寸编辑

在草图设计的过程中，常常需要对尺寸进行编辑。 a.修改尺寸数值

在草图绘制状态下，移动鼠标至需修改数值的尺寸附近，当尺寸被以高亮显示时双击鼠标，在弹出“修改”对话框的输入栏中输入尺寸数值，单击【确定】按钮，可完成尺寸的修改。 b.修改尺寸属性

所谓尺寸的属性是指包含尺寸数值在内的尺寸的特征，如尺寸的箭头类型、公差、显示精度、尺寸的前缀和后缀文字信息等。

SolidWorks2008取消了尺寸属性对话框，将尺寸的属性整合到了属性管理器中，使得属性修改更加快捷。 c.删除尺寸

如果需要删除某些已经标注的尺寸，则只需鼠标左键单击要删除的尺寸，然后按Delete键即可。

Delete键是SolidWorks常用的按键之一。需要删除操作时，选择需要删除的内容按“Delete”键，即可删除被选择的内容。

5.2 零件建模特征

5.2.1 零件模板定制

在SolidWorks中，通过设置相关的选项可以定制出符合不同企业要求的零件模板，将定制好的零件模板保存为模板文件，在以后的设计工作中就可以很方便的使用已有的模板文件进行统一格式的零件建模。 定制零件模板的操作步骤如下：

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（1）单击【新建】按钮，弹弹出的对话框，在对话框中选择“高级”按钮。在“模板”选项卡下选择“零件”，单击“确定”按钮，创建新的零件模板。

（2）选择下拉菜单【工具】/【选项】命令，切换到“文件属性”选项卡。在这里可以根据需要详细设置尺寸标注方式、零件序号排列方式、箭头样式、字体、单位、材料属性、颜色等选项。设置完毕后，点击【确定】按钮。

（3）选择下拉菜单【文件】/【另存为】命令，保存类型选择“Part Templates (*.prtdot)”，文件名称为“我的零件模板”，保存并关闭当前文档。

再次新建文件时，我们保存的“我的零件模板”出现在“模板”选项卡中。选用它创建零件将继承它的文件属性。因此使用模板就可以避免每次重复输入文件属性及自定义变量。

5.2.2 零件建模的基本规则

一般说来，同一个零件模型可以有若干不同的建模方法。一个好的建模方法应当充分考虑高效、精确和视角佳3方面因素。模型良好的视角有助于在工程图中较好的表达其结构特点，装配图中也能较好的反映其装配关系。 在零件设计的过程中，需要遵循以下几点规则： 一、 确定最佳观察视角

通过对零件形体结构进行深入分析，确定了零件的放置方位及主视方向后，才能确定最佳观察视角。最佳观察视角的确定主要应从以下几个方面综合考虑： （1）零件放置方位应使主要面与基准面平行，主要轴线与基准面垂直。 （2）所选方向应尽可能多地反映零件的特征形状。 （3）较好的反映各结构形体之间的位置关系。

（4）有利于减少工程视图中的虚线，并方便布置视图等。 二、 合理选择零件最佳轮廓

这里所讲的零件最佳轮廓是指建立零件第一个特征应选择的草图。设计人员的设计意图直接决定了零件最佳轮廓。只有通过深入分析零件的结构特点，加之设计者丰富的机械方面的知识及经验，才能制定良好设计意图。

一般而言，可以把分析重点放在找出零件的主体结构方面，最能反映零件主体结构的草图往往可作为零件最佳轮廓。 三、 合理选择第一参考基准面

SolidWorks提供了3个默认的参考基准面，即前视基准面、上视基准面和右视基准面，草图设计应从哪一个基准面开始，这是需要认真考虑的。 四、 合理分解零件结构

在建立模型之前，必须要对零件结构进行合理分解，以便有效使用各种建模特征，这一点要求设计人员具有良好的机械制图、机械设计和机械制造等诸多方面的相关知识才能完成。 五、 合理使用特征

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SolidWorks的零件建模特征较多，基础特征主要有拉伸、旋转、切除、扫描及放样等，附加特征主要有圆角、倒角及加筋等，参考特征主要有基准面、基准轴和坐标系等。但总体上讲，特征效果无非是“增料”和“减料”两大类。

特征使用在很大程度上会影响零件后期的修改方法和修改的便利性，合理的特征建模应当充分考虑零件的加工方法和结构特点。

5.2.3 拉伸凸台/基体

“拉伸”就是把一个草图沿垂直方向伸长，伸长的方向可以是单向或双向的。某种程度上，拉伸也可以看作是无路径和引导线的特殊形式的“扫描”，拉伸特征主要分为拉伸凸台/基体特征、拉伸薄壁特征和拉伸切除特征3种类型。

在零件建模过程中，若通过拉伸特征给零件“增料”，此时可称为拉伸凸台，如果伸特征零件建模的第一个特征，此时可称为拉伸基体。 拉伸凸台/基体的操作方法：

（1）选择下拉菜单【插入】/【凸台/基体】/【拉伸】命令。 （2）在特征工具栏中单击【拉伸凸台/基体】按钮。 建立拉伸特征的主要条件： （1）必须有一个草绘作为操作对象。 （2）必须对拉伸属性进行相关的设置。

另外，拉伸凸台/基体操作要求草图必须是封闭的。如图5.2所示

图5.2 拉伸草图

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5.2.4 拉伸薄壁

薄壁特征不要求草绘是封闭的，可以是非封闭的。当绘制的草图是一个非封闭轮廓时，薄壁特征标签就会出现在拉伸特征对话框中。当绘制草图是一个封闭的轮廓时，则需要在拉伸选项框中选择薄壁特征，如图5.3所示。 （1）非封闭草图生成薄壁特征

在“前视基准面”绘制的草图后，在特征工具栏中单击【拉伸凸台/基体】按钮，由于草图不封闭，系统会自动生成薄壁特征。在弹出的“拉伸”属性管理器中设置“终止条件”选项为“给定深度”，并设置拉伸“深度”为10；在“薄壁特征”选项框中设置薄壁拉伸方向为单向，薄壁厚度为2mm, 勾选“自动加圆角”复选框，设置圆角半径为2mm, 单击【确定】按钮。 （2）封闭草图生成薄壁特征

在“上视基准面”绘制的草图，单击特征工具栏中【拉伸凸台/基体】按钮，由于草图是封闭的，因此自动拉伸为实体。要生成薄壁特征，需要在“拉伸”属性管理器中选中“薄壁特征”复选框。

图5.3 拉伸薄壁

5.2.5 拔模拉伸

“拉伸凸台/基体”工具提供了拔模角度属性，可以直接对拉伸的实体进行拔模处理。 如图5.4所示

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图5.4 拉伸凸台

5.2.6 拉伸切除

“拉伸切除”工具与“拉伸凸台/基体”工具操作非常相似，但拉伸凸台/基体属于“增料”特征，而拉伸切除则是“减料”特征，两者都需要基于草图才能完成操作。 拉伸切除的操作方法：

（1）选择下拉菜单【插入】/【切除】/【拉伸】命令。 （2）在特征工具栏中单击【拉伸切除】按钮。

圆台上表面为草图绘制基准面，绘制同心ф15的圆，退出草图状态后，单击特征工具栏中的【拉伸切除】按钮，将“拉伸切除”属性管理器中的“终止条件”选项设置为“完全贯穿”。

5.2.7 组合

“组合”操作可以对多个重叠实体求交集，这在一些复杂零件建模时常会用到。

5.2.8 旋转凸台/基体

“旋转”特征是使草图绕中心线旋转生成实体的，旋转有旋转基体／凸台、旋转切除和旋转曲面等3类特征。 旋转凸台/基体的操作方法：

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(1)选择下拉菜单【插入】/【凸台/基体】/【旋转】命令。 (2)在特征工具栏中单击【旋转凸台/基体】按钮。 建立旋转特征的主要条件：

(1)要旋转的草绘中，必须含有一条旋转轴。 (2)需要旋转的草图截面只能绘制在中心线的一侧。 (3)旋转的草绘必须封闭。

在SolidWorks2012中，不再强制要求草图必须有中心线，草图的任意一条线段都可以充当旋转轴。

5.2.9 旋转切除

“旋转切除”特征与“旋转凸台/基体”特征所不同的是通过对草图轮廓的旋转来切除材料，属于“减料”特征。 旋转切除的操作方法：

(1)选择下拉菜单【插入】/【切除】︱【旋转】命令。 (2)在特征工具栏中单击【旋转切除】按钮。

5.2.10 圆角和倒角

一、 圆角

“圆角”和“倒角”都属于辅助特征，主要对已生成实体进行细节性的辅助操作。圆角的分类主要有混合面圆角、等半径圆角、变半径圆角等。 现以指针式控制器的设计为例，说明各种圆角特征的使用方法。 （1）创建零件基体

新建一个零件文件，在“前视基准面”上绘制草图，并进行“拉伸凸台/基体”操作，“终止条件”选项框中选择“给定深度”。 （2）创建指针

在右视基准面上绘制草图，“拉伸凸台/基体”操作的“终止条件”选择“给定深度”。 （3）创建等半径圆角

单击工具栏中的【圆角】按钮，设置“圆角”属性管理器，在“圆角类型”中选择“等半径”圆角，设置半径值为0.5mm, 并用鼠标左键在绘图区选中要加圆角的棱线。单击【确定】按钮，完成等半径圆角的创建。 （4）创建多半径圆角

单击工具栏中的【圆角】按钮，设置“圆角”属性管理器，在“圆角类型”中选择“等半径”，在“圆角项目”中勾选“多半径圆角”复选框。

激活（边线、面、特征和环）选项框后，在绘图区单击选中要加圆角的棱线，此时会在选择的实体边线上出现2个参数文本框，可以直接在图形区域中单击文本框进行半径值的修改，分别设置边线半径值。 （5）创建面圆角

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单击工具栏中的【圆角】按钮后，在“圆角”属性管理器的“圆角类型”里选中“面圆角”，设置半径值，并在绘图区中单击选择要加面圆角的2个面。

也可以使用控制线来定义面圆角的半径，所选控制线必须为实体的一条边线，“圆角”属性管理器的“包络控制线”可选择“边线”。 （6）创建变半径圆角

激活的“圆角”属性管理器中，选择“变半径”单选钮。这时系统只允许选择实体的边线，在绘图区单击边线（由两段圆弧和两条线段组成），被选择的边线以亮红色显示，并以边线的两端点作为半径值的两个初始控制点。

移动鼠标选择一个红色控制点，系统将增加一个半径文本框，同时在文本框中增加百分数项目，表示此点的位置。

通过单击文本框中的“未指定”字样，可设置半径数值。 二、 倒角

倒角是指在所选的边线或顶点上生成一个倾斜的平面的操作。在机械加工中，为了减少锐边及角的不安全性，经常需要进行倒角处理。倒角的分类有角度-距离、距离-距离、顶点倒角3种类型。

“角度-距离”倒角需要在绘图区中单击选中加倒角的棱线，并在“倒角”属性管理器中设置“角度”和“距离”值；“距离-距离”倒角也需要在绘图区中单击选中加倒角的棱线，可在弹出的半径文本框中修改值；“顶点”倒角要使用顶点和三个方向的距离值来设置顶点处的倒角。

如果选中“倒角”属性管理器的“通过面选择”复选框，可以在绘图区中单击选中被面隐藏的边线。另外，“保持特征”复选框被选中后，可以保留倒角处的特征（如拉伸、切除等），否则这些特征将被移除。如图5.5所示

图5.5 生成倒角

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