第二章 三維噴繪系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計需求分析

在三維噴繪系統(tǒng)中，噴墨頭與承印物在空間中通過復(fù)合運動的方式實現(xiàn)在三維物體表面的色彩噴繪，三維噴繪系統(tǒng)包括運動系統(tǒng)和噴墨系統(tǒng)。因此三維噴繪系統(tǒng)的設(shè)計主要滿足兩方面的需求：一是承印物與噴墨頭的相對運動方式要滿足三維噴繪的運動要求；二是選擇的噴墨技術(shù)和設(shè)計的噴墨系統(tǒng)要適用于三維噴繪。非正交的五軸加工中心整體結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、剛性較好。這些特殊結(jié)構(gòu)的五軸機床，都是為適應(yīng)某類產(chǎn)品的加工要求開發(fā)的。三維噴繪中，承印物有各種復(fù)雜的形狀，并且體積較小、重量較輕。因此雙旋轉(zhuǎn)臺的五軸運動形式更適合用于三維噴繪當(dāng)中，運動形式如圖 2.2.3 所示。

2.2 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計

整個系統(tǒng)由噴墨系統(tǒng)和運動系統(tǒng)組成。噴墨系統(tǒng)主要有供墨系統(tǒng)、負壓系統(tǒng)、噴墨控制系統(tǒng)和噴頭組成，主要實現(xiàn)與上位機之間的數(shù)據(jù)通信、噴頭時序控制和噴墨功能。運動系統(tǒng)主要有運動控制卡、伺服電機和運動平臺組成，主要實現(xiàn)上位機與各軸電機的數(shù)據(jù)通信、位置反饋信號的調(diào)節(jié)和對運動平臺的控制。設(shè)計的三維噴繪系統(tǒng)示意圖如圖 2.2.2 所示。三維噴繪系統(tǒng)設(shè)計為上下結(jié)構(gòu)形式，上方為三維噴繪工作臺，下方為控制柜�？刂乒穹譃樯舷聝蓪�，上層為運動系統(tǒng)的控制驅(qū)動，下層為墨桶墨泵。防止墨的泄露污染控制驅(qū)動，將其擺放在最下一層。

第三章 運動控制系統(tǒng)的研究.....17

3.1 運動控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)... 17
3.2 控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)........... 22
3.3 指數(shù)加減速控制研究........... 28
3.4 本章小結(jié)............. 32
第四章 噴墨系統(tǒng)的設(shè)計研究............33
4.1 供墨系統(tǒng)的設(shè)計 33
4.2 噴墨裝置的設(shè)計 36
4.3 負壓系統(tǒng)的研究 38
4.4 噴墨控制系統(tǒng).... 39
4.5 噴墨試驗驗證.... 43
4.6 本章小結(jié)............. 49
第五章 結(jié)論與展望..........50
5.1 結(jié)論.. 50
5.2 展望... 51

第四章 噴墨系統(tǒng)的設(shè)計研究

4.1 供墨系統(tǒng)的設(shè)計

供墨系統(tǒng)提供的負壓值大小對噴繪系統(tǒng)的噴墨質(zhì)量有直接影響，供墨系統(tǒng)能否提供恒定的負壓將直接影響噴繪的精度。三維噴繪過程中，由于噴墨頭在 Z軸方向加速度的存在，噴墨頭的墨滴負壓會有一定變化，會導(dǎo)致噴繪過程墨滴大小變化對噴墨質(zhì)量造成影響。供墨系統(tǒng)在設(shè)計過程中遵循以下原則：（1）為避免運動過程中墨盒內(nèi)部壓力的急劇變化，墨盒內(nèi)墨水儲量要小。（2）墨盒內(nèi)墨水量要保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)從而減少墨水對噴墨頭的壓力變化。因此供墨系統(tǒng)需要能夠監(jiān)測墨盒中墨水的多少，根據(jù)墨盒中的液位狀態(tài)來及時決定墨泵的啟停。（3）過濾器必須保證進入噴墨頭的墨水顆粒大小滿足噴墨頭的使用要求，過濾器的材料不能與噴墨介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對供墨系統(tǒng)的機理研究，設(shè)計出了一套適用于三維噴繪的供墨系統(tǒng)，原理如圖 4.1.2 所示。

4.2 噴墨裝置的設(shè)計

噴墨過程中，噴墨頭需要做 Z 軸方向的上下運動，為得到良好的噴墨效果，墨管內(nèi)墨水壓力與負壓系統(tǒng)提供的壓力應(yīng)保持恒定。因此墨盒、氣瓶與噴墨頭的相對位置應(yīng)保證不變。設(shè)計一噴墨裝置將三者集成到里面，使三者做同步運動。墨盒要高于噴頭的頭部，高度差用來保證墨水在重力作用下順利流出，防止噴墨不流暢。因此設(shè)計一 L 型板筋，，先將氣瓶與墨盒并列排布固定于一 L 型板筋上，再將板筋與盒子通過板筋上的槽與盒子上的孔固定。板筋上的槽結(jié)構(gòu)可以來調(diào)節(jié)墨盒相對于噴頭的高度。噴墨裝置的內(nèi)部正面布置情況如圖 4.2.1 所示。
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第五章 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

本研究在創(chuàng)意產(chǎn)品需求量日益增加，創(chuàng)意產(chǎn)品表面彩色化得到廣泛關(guān)注，三維噴繪研究處于初級階段的背景下，為解決三維噴繪的技術(shù)問題，調(diào)研分析了三維噴繪的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出了一種三維噴繪系統(tǒng)的設(shè)計與研究思路，主要研究成果如下：（1）對三維噴繪系統(tǒng)進行總體設(shè)計，明確了系統(tǒng)的設(shè)計需求：噴墨頭與承印物的相對運動方式要滿足三維噴繪的運動要求；噴墨技術(shù)的選擇和噴墨系統(tǒng)的設(shè)計適用于三維噴繪。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，選擇了可以滿足運動要求的五軸運動形式。比較各運動形式的優(yōu)缺點，最終選用了適用于加工復(fù)雜、小型、輕型零件的雙旋轉(zhuǎn)臺的運動形式。

5.2 展望
本文完成了三維噴繪系統(tǒng)的運動和噴墨控制等研究工作，為三維噴繪的深入研究提供基礎(chǔ)。由于三維噴繪是多學(xué)科交叉的前沿性研究，仍需要后續(xù)對路徑優(yōu)化、沉積距離與圖文信息等內(nèi)容做深入研究以取得進一步突破。

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參考文獻（略）

本文編號：358989