快速原型機(jī)改裝臺(tái)鉗組件的設(shè)計(jì)與制造

　　黃旭東

　　摘要：原型制作或模特制作是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟之一。傳統(tǒng)的快速成型(RP)通常被稱為分層制造或固體自由形式制造。這種快速程序通過消除大部分或全部過程工程時(shí)間和工具要求，減少了生產(chǎn)產(chǎn)品原型所需的交貨時(shí)間。設(shè)計(jì)一個(gè)剛性，靈活，成本效益和高度耐用的虎鉗是今天的時(shí)代需要的。

　　關(guān)鍵詞：快速成型;快速制造;臺(tái)鉗

　　1 快速原型

　　原型制作或模特制作是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟之一。在開始生產(chǎn)之前，通常制造和測(cè)試原型。熟練工匠的手工原型已經(jīng)是幾個(gè)世紀(jì)以來的古老做法。第二階段的原型開始于20世紀(jì)70年代中期，當(dāng)時(shí)由3D曲線和曲面建立的軟原型在虛擬環(huán)境中可能會(huì)受到壓制，并用 的材料和其他屬性進(jìn)行模擬和測(cè)試。第三和 的原型設(shè)計(jì)趨勢(shì)，即通過逐層材料沉積的快速成型(RP)開始于20世紀(jì)80年代初期，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD / CAM)技術(shù)的巨大發(fā)展，幾乎沒有明確的實(shí)體模型，邊緣和表面的針織信息可以定義產(chǎn)品，并通過CNC加工制造。

　　快速成型(RP)能夠使用添加劑制造方法在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾乎任何幾何復(fù)雜性的原型。RP是一種直接從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)快速制造物理模型，功能原型和小批量零件的技術(shù)，數(shù)據(jù)。RT(快速加工)通常涉及使用RP生產(chǎn)模具和模具插件。

　　快速成型(RP)工藝被廣泛應(yīng)用于功能部件快速制造的巨大潛力。RP過程包括將CAD文件轉(zhuǎn)換為STL(標(biāo)準(zhǔn)三角形語(yǔ)言)格式，然后將模型切片成多個(gè)水平層，每個(gè)水平層在物理上進(jìn)行原型再現(xiàn)。所得切片的厚度對(duì)表面光潔度產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響并構(gòu)建原型的時(shí)間。建立了三個(gè)對(duì)象并生成了STL文件。使用不同的切片厚度對(duì)每個(gè)對(duì)象的一個(gè)STL文件進(jìn)行切片，并獲得構(gòu)建時(shí)間。屏幕截圖用于顯示分層錯(cuò)誤和表面光潔度的切片效果，并演示了更有效的STL文件的方法�？焖俪尚褪且环N創(chuàng)新的制造技術(shù)，具有將CAD模型直接轉(zhuǎn)換成物理部件的固有能力，從而在時(shí)間，成本和質(zhì)量方面積極影響產(chǎn)品開發(fā)工作。

　　2 設(shè)計(jì)流程

　　設(shè)計(jì)過程可以通過依靠新的設(shè)計(jì)方法和CATIA等計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品變體時(shí)使用這些選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)是制造速度和上市時(shí)間，結(jié)果是降低了成本生產(chǎn)。從頭到尾的整體設(shè)計(jì)過程如下圖所示。該過程從需求的確定開始，然后作出決定。經(jīng)過多次迭代之后，該過程以完成該請(qǐng)求的項(xiàng)目的呈現(xiàn)結(jié)束。

　　2.1臺(tái)鉗的設(shè)計(jì)

　　首先給出臺(tái)虎鉗的細(xì)節(jié)和視圖，然后表示各個(gè)部位的名稱。

　　圖1 臺(tái)虎鉗分解圖

　　表1 常規(guī)臺(tái)鉗的材料清單

　　Pro-E是Parametric Technology Corporation(PTC)創(chuàng)建的參數(shù)化集成3D CAD / CAM / CAE解決方案。它提供實(shí)體建模，裝配建模和繪圖，有限元分析，直接和參數(shù)建模。它比任何其他用于實(shí)體建模的CAD軟件更加好用。因此，我們決定在Pro-E CAD軟件中進(jìn)行臺(tái)式虎鉗的設(shè)計(jì)。

　　2.2 臺(tái)鉗的設(shè)計(jì)修改

　　我們的研究是基于對(duì)現(xiàn)有常規(guī)臺(tái)鉗的修改，然后在CAD軟件(Pro-E)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們?cè)诔Ｒ?guī)臺(tái)鉗上進(jìn)行了一些修改，并在CAD軟件中進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

　　2.2.1 改裝固定顎設(shè)計(jì)

　　在這種修改中，傳統(tǒng)的固定夾爪以這樣一種方式進(jìn)行修改，即應(yīng)采取表面板的形狀。 這種修改將有助于確保兩個(gè)面是否為90度。當(dāng)需要重復(fù)測(cè)量任何兩個(gè)面之間的90度角時(shí)，這種修改將節(jié)省時(shí)間。在這個(gè)修改過程中，一些材料從固定的夾爪中取出，所以成本要低很多。這不能用于尺寸大于90 * 92 mm的作業(yè)的測(cè)量。

　　圖2 改裝固定顎

　　2.2.2 C型夾具的設(shè)計(jì)

　　大部分傳統(tǒng)的長(zhǎng)凳上的長(zhǎng)椅，都是借助兩個(gè)或三個(gè)螺栓將其長(zhǎng)時(shí)間地固定在一個(gè)長(zhǎng)凳上。所以我們不能把這些傳統(tǒng)的看法作為便攜式的設(shè)計(jì)。每當(dāng)固定到一個(gè)位置時(shí)，它將 固定，直到我們不拆下螺栓。拆卸所有的螺栓并將這個(gè)臺(tái)鉗連接到不同的位置是非常耗時(shí)和困難的工作，因此C型夾具被設(shè)計(jì)成可以與傳統(tǒng)的固定夾爪的底部相匹配。每當(dāng)我們需要更換臺(tái)鉗虎鉗的位置時(shí)，首先要用螺母和螺栓安裝，將c型夾固定在 的位置，并將其用在工作臺(tái)上。這種布置不能用于長(zhǎng)于88毫米的工作臺(tái)。

　　這種類型的設(shè)計(jì)方式應(yīng)該能夠節(jié)省夾鉗時(shí)間和臺(tái)鉗的材料。它設(shè)計(jì)只有一個(gè)螺絲固定在固定夾爪上，實(shí)際節(jié)省了c夾的加工時(shí)間和成本。穩(wěn)定性明顯比以前的夾具不太穩(wěn)定，但最適合小型工作。在這種類型的夾具中，重工作的工作可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)和振動(dòng)問題。

　　圖3 C型夾具

　　2.2.3 夾緊螺絲的設(shè)計(jì)

　　夾緊螺釘設(shè)計(jì)適合c型夾具，并且在夾緊螺釘?shù)捻敳刻峁﹫A形dics以適應(yīng)圓盤和固定夾爪底座之間的工作臺(tái)。 夾緊螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)尺寸如下圖所示。

　　圖4 夾緊螺絲

　　2.2.4 圓盤設(shè)計(jì)

　　該圓盤安裝在夾緊螺釘上以固定工作臺(tái)。 光盤的上表面應(yīng)提供良好的耐曬板，以適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)工作臺(tái)。 內(nèi)螺紋設(shè)置在圓盤的下部以安裝圓盤。 圓盤由MS組成。

　　圖5 圓盤

　　2.2.5 c夾的手柄設(shè)計(jì)

　　該手柄用于旋轉(zhuǎn)夾緊螺絲。 該孔設(shè)置在手柄的頂部以容納手柄。 通過施加扭矩來旋轉(zhuǎn)手柄以將臺(tái)鉗臺(tái)鉗裝配到工作臺(tái)上。

　　圖6 c夾的手柄

　　2.2.6 手柄蓋設(shè)計(jì)

　　為了從一側(cè)鎖定手柄，提供手柄蓋。該手柄用作鎖定系統(tǒng)，由與手柄相同的材料構(gòu)成。 手柄蓋的形狀和尺寸如圖所示。

　　圖7 手柄蓋

　　2.3 CAD軟件修改后的實(shí)際圖片

　　改裝臺(tái)鉗的主要部件為固定顎，活動(dòng)顎，帶手柄的絲杠，c型夾，夾緊手柄，螺母和螺栓。

　　固定夾爪借助于螺母和螺栓固定在底座上。可動(dòng)夾爪與固定爪之間配有導(dǎo)螺桿，以控制活動(dòng)夾爪的運(yùn)動(dòng)。然后將整個(gè)組件通過c型夾具安裝到工作臺(tái)上，如圖所示。借助絲杠將工件夾在活動(dòng)夾爪和固定夾爪之間。

　　圖8 改裝臺(tái)鉗

　　3 臺(tái)鉗的快速成型

　　Dimension 1200es打印機(jī)的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。即使以前從未使用3D打印機(jī)，系統(tǒng)也可以快速構(gòu)建零件。該系統(tǒng)采用ABS加塑料模型，因此模型零件堅(jiān)固耐用。ABS plus所以確保您能夠鉆取，點(diǎn)擊，打磨和繪制您的創(chuàng)作。隨著可溶性支持技術(shù)的快速和方便，完成的部件可以快速查看和測(cè)試。 Dimension 1200es打印機(jī)是專有硬件，軟件和材料技術(shù)的創(chuàng)新組合。 Dimension 1200es打印機(jī)從CAD STL文件構(gòu)建型號(hào)，包括內(nèi)部功能。通過計(jì)算機(jī)控制的擠壓頭擠出ABS塑料珠，制成三維零件，生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，即可在完成后立即使用。通過兩層分辨率設(shè)置，您可以選擇快速構(gòu)建零件進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，也可以選擇更精細(xì)的設(shè)置以獲得更高質(zhì)量的表面細(xì)節(jié)。Dimension 1200es系統(tǒng)由兩個(gè)主要組件組成，即Dimension 1200es 3D打印機(jī)和Catalyst EX。Catalyst EX是在Windows XP Pro，Windows Vista或Windows 7平臺(tái)上運(yùn)行的預(yù)處理軟件。外形尺寸為254 x 254 x 305 mm(10 x 10 x 12 in)。

　　4 結(jié)論

　　獲得未來應(yīng)用交互式原型形式的可視化規(guī)范，使設(shè)計(jì)人員和制造商之間更容易進(jìn)行通信。這將有助于在項(xiàng)目初期確保制造商提供更具體的反饋意見。將更改納入原型的速度更多，可以加快創(chuàng)建應(yīng)用程序的整個(gè)過程，并可以減少開發(fā)階段變更請(qǐng)求的次數(shù)。它將有助于確保更好地定義應(yīng)用程序需求并驗(yàn)證其在原型中的實(shí)現(xiàn)。可以更好地了解應(yīng)用程序開發(fā)的估計(jì)成本。在原型中，獲得了最終應(yīng)用程序的視覺表示，可以更好地展示我們的想法對(duì)其他人(投資者，同事和上級(jí))的可行性。

　　當(dāng)圖案制作麻煩時(shí)，RP模式可用于砂型鑄造，這意味著圖案的設(shè)計(jì)是復(fù)雜的，這是不可能以木制或金屬形式制成的。在制作通常由鋁制成的金屬母�；蛲ㄟ^在圖案上噴涂金屬層之后，它們可以成功地用于批量生產(chǎn)。

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