快速原型機(jī)改裝臺鉗組件的設(shè)計與制造
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間和工具要求，減少了生產(chǎn)產(chǎn)品原型所需的交貨時間。設(shè)計一個剛性，靈活，成本效益和高度耐用的虎鉗是今天的時代需要的。
關(guān)鍵詞：快速成型;快速制造;臺鉗
1 快速原型
原型制作或模特制作是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟之一。在開始生產(chǎn)之前，通常制造和測試原型。熟練工匠的手工原型已經(jīng)是幾個世紀(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)時由3D曲線和曲面建立的軟原型在虛擬環(huán)境中可能會受到壓制，并用 的材料和其他屬性進(jìn)行模擬和測試。第三和 的原型設(shè)計趨勢，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，隨著計算機(jī)輔助設(shè)計和制造(CAD / CAM)技術(shù)的巨大發(fā)展，幾乎沒有明確的實體模型，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短的時間內(nèi)產(chǎn)生幾乎任何幾何復(fù)雜性的原型。RP是一種直接從計算機(jī)輔助設(shè)計(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)三角形語言)格式，然后將模型切片成多個水平層，每個水平層在物理上進(jìn)行原型再現(xiàn)。所得切片的厚度對表面光潔度產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響并構(gòu)建原型的時間。建立了三個對象并生成了STL文件。使用不同的切片厚度對每個對象的一個STL文件進(jìn)行切片，并獲得構(gòu)建時間。屏幕截圖用于顯示分層錯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)計流程
設(shè)計過程可以通過依靠新的設(shè)計方法和CATIA等計算機(jī)程序來實現(xiàn)。在設(shè)計這些產(chǎn)品變體時使用這些選項的優(yōu)點是制造速度和上市時間，結(jié)果是降低了成本生產(chǎn)。從頭到尾的整體設(shè)計過程如下圖所示。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，該過程以完成該請求的項目的呈現(xiàn)結(jié)束。
2.1臺鉗的設(shè)計
首先給出臺虎鉗的細(xì)節(jié)和視圖，然后表示各個部位的名稱。
圖1 臺虎鉗分解圖
表1 常規(guī)臺鉗的材料清單
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)行臺式虎鉗的設(shè)計。
2.2 臺鉗的設(shè)計修改
我們的研究是基于對現(xiàn)有常規(guī)臺鉗的修改，然后在CAD軟件(Pro-E)上進(jìn)行設(shè)計。我們在常規(guī)臺鉗上進(jìn)行了一些修改，并在CAD軟件中進(jìn)行了重新設(shè)計。
2.2.1 改裝固定顎設(shè)計
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面是否為90度。當(dāng)需要重復(fù)測量任何兩個面之間的90度角時，這種修改將節(jié)省時間。在這個修改過程中，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)的測量。
圖2 改裝固定顎
2.2.2 C型夾具的設(shè)計
大部分傳統(tǒng)的長凳上的長椅，都是借助兩個或三個螺栓將其長時間地固定在一個長凳上。所以我們不能把這些傳統(tǒng)的看法作為便攜式的設(shè)計。每當(dāng)固定到一個位置時，它將 固定，直到我們不拆下螺栓。拆卸所有的螺栓并將這個臺鉗連接到不同的位置是非常耗時和困難的工作，因此C型夾具被設(shè)計成可以與傳統(tǒng)的固定夾爪的底部相匹配。每當(dāng)我們需要更換臺鉗虎鉗的位置時，首先要用螺母和螺栓安裝，將c型夾固定在 的位置，并將其用在工作臺上。這種布置不能用于長于88毫米的工作臺。
這種類型的設(shè)計方式應(yīng)該能夠節(jié)省夾鉗時間和臺鉗的材料。它設(shè)計只有一個螺絲固定在固定夾爪上，實際節(jié)省了c夾的加工時間和成本。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出現(xiàn)波動和振動問題。
圖3 C型夾具
2.2.3 夾緊螺絲的設(shè)計
夾緊螺釘設(shè)計適合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。 夾緊螺釘?shù)脑O(shè)計尺寸如下圖所示。
圖4 夾緊螺絲
2.2.4 圓盤設(shè)計
該圓盤安裝在夾緊螺釘上以固定工作臺。 光盤的上表面應(yīng)提供良好的耐曬板，以適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)工作臺。 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
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)手柄以將臺鉗臺鉗裝配到工作臺上。
圖6 c夾的手柄
2.2.6 手柄蓋設(shè)計
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軟件修改后的實際圖片
改裝臺鉗的主要部件為固定顎，活動顎，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�？蓜訆A爪與固定爪之間配有導(dǎo)螺桿，以控制活動夾爪的運(yùn)動。然后將整個組件通過c型夾具安裝到工作臺上，如圖所示。借助絲杠將工件夾在活動夾爪和固定夾爪之間。
圖8 改裝臺鉗
3 臺鉗的快速成型
Dimension 1200es打印機(jī)的設(shè)計非常簡單。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，因此模型零件堅固耐用。ABS plus所以確保您能夠鉆取，點擊，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，包括內(nèi)部功能。通過計算機(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)計驗證，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)計人員和制造商之間更容易進(jìn)行通信。這將有助于在項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)用程序的整個過程，并可以減少開發(fā)階段變更請求的次數(shù)。它將有助于確保更好地定義應(yīng)用程序需求并驗證其在原型中的實現(xiàn)�？梢愿玫亓私鈶�(yīng)用程序開發(fā)的估計成本。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其他人(投資者，同事和上級)的可行性。
當(dāng)圖案制作麻煩時，RP模式可用于砂型鑄造，這意味著圖案的設(shè)計是復(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模或通過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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