黄旭东：快速原型机改装台钳组件的设计与制造

　　快速原型机改装台钳组件的设计与制造

　　黄旭东

　　摘要：原型制作或模特制作是完成产品设计的重要步骤之一。传统的快速成型(RP)通常被称为分层制造或固体自由形式制造。这种快速程序通过消除大部分或全部过程工程时间和工具要求，减少了生产产品原型所需的交货时间。设计一个刚性，灵活，成本效益和高度耐用的虎钳是今天的时代需要的。

　　关键词：快速成型;快速制造;台钳

　　1 快速原型

　　原型制作或模特制作是完成产品设计的重要步骤之一。在开始生产之前，通常制造和测试原型。熟练工匠的手工原型已经是几个世纪以来的古老做法。第二阶段的原型开始于20世纪70年代中期，当时由3D曲线和曲面建立的软原型在虚拟环境中可能会受到压制，并用 的材料和其他属性进行模拟和测试。第三和 的原型设计趋势，即通过逐层材料沉积的快速成型(RP)开始于20世纪80年代初期，随着计算机辅助设计和制造(CAD / CAM)技术的巨大发展，几乎没有明确的实体模型，边缘和表面的针织信息可以定义产品，并通过CNC加工制造。

　　快速成型(RP)能够使用添加剂制造方法在相对短的时间内产生几乎任何几何复杂性的原型。RP是一种直接从计算机辅助设计(CAD)快速制造物理模型，功能原型和小批量零件的技术，数据。RT(快速加工)通常涉及使用RP生产模具和模具插件。

　　快速成型(RP)工艺被广泛应用于功能部件快速制造的巨大潜力。RP过程包括将CAD文件转换为STL(标准三角形语言)格式，然后将模型切片成多个水平层，每个水平层在物理上进行原型再现。所得切片的厚度对表面光洁度产生深远的影响并构建原型的时间。建立了三个对象并生成了STL文件。使用不同的切片厚度对每个对象的一个STL文件进行切片，并获得构建时间。屏幕截图用于显示分层错误和表面光洁度的切片效果，并演示了更有效的STL文件的方法。快速成型是一种创新的制造技术，具有将CAD模型直接转换成物理部件的固有能力，从而在时间，成本和质量方面积极影响产品开发工作。

　　2 设计流程

　　设计过程可以通过依靠新的设计方法和CATIA等计算机程序来实现。在设计这些产品变体时使用这些选项的优点是制造速度和上市时间，结果是降低了成本生产。从头到尾的整体设计过程如下图所示。该过程从需求的确定开始，然后作出决定。经过多次迭代之后，该过程以完成该请求的项目的呈现结束。

　　2.1台钳的设计

　　首先给出台虎钳的细节和视图，然后表示各个部位的名称。

　　图1 台虎钳分解图

　　表1 常规台钳的材料清单

　　Pro-E是Parametric Technology Corporation(PTC)创建的参数化集成3D CAD / CAM / CAE解决方案。它提供实体建模，装配建模和绘图，有限元分析，直接和参数建模。它比任何其他用于实体建模的CAD软件更加好用。因此，我们决定在Pro-E CAD软件中进行台式虎钳的设计。

　　2.2 台钳的设计修改

　　我们的研究是基于对现有常规台钳的修改，然后在CAD软件(Pro-E)上进行设计。我们在常规台钳上进行了一些修改，并在CAD软件中进行了重新设计。

　　2.2.1 改装固定颚设计

　　在这种修改中，传统的固定夹爪以这样一种方式进行修改，即应采取表面板的形状。 这种修改将有助于确保两个面是否为90度。当需要重复测量任何两个面之间的90度角时，这种修改将节省时间。在这个修改过程中，一些材料从固定的夹爪中取出，所以成本要低很多。这不能用于尺寸大于90 * 92 mm的作业的测量。

　　图2 改装固定颚

　　2.2.2 C型夹具的设计

　　大部分传统的长凳上的长椅，都是借助两个或三个螺栓将其长时间地固定在一个长凳上。所以我们不能把这些传统的看法作为便携式的设计。每当固定到一个位置时，它将 固定，直到我们不拆下螺栓。拆卸所有的螺栓并将这个台钳连接到不同的位置是非常耗时和困难的工作，因此C型夹具被设计成可以与传统的固定夹爪的底部相匹配。每当我们需要更换台钳虎钳的位置时，首先要用螺母和螺栓安装，将c型夹固定在 的位置，并将其用在工作台上。这种布置不能用于长于88毫米的工作台。

　　这种类型的设计方式应该能够节省夹钳时间和台钳的材料。它设计只有一个螺丝固定在固定夹爪上，实际节省了c夹的加工时间和成本。稳定性明显比以前的夹具不太稳定，但最适合小型工作。在这种类型的夹具中，重工作的工作可能会出现波动和振动问题。

　　图3 C型夹具

　　2.2.3 夹紧螺丝的设计

　　夹紧螺钉设计适合c型夹具，并且在夹紧螺钉的顶部提供圆形dics以适应圆盘和固定夹爪底座之间的工作台。 夹紧螺钉的设计尺寸如下图所示。

　　图4 夹紧螺丝

　　2.2.4 圆盘设计

　　该圆盘安装在夹紧螺钉上以固定工作台。 光盘的上表面应提供良好的耐晒板，以适当地对准工作台。 内螺纹设置在圆盘的下部以安装圆盘。 圆盘由MS组成。

　　图5 圆盘

　　2.2.5 c夹的手柄设计

　　该手柄用于旋转夹紧螺丝。 该孔设置在手柄的顶部以容纳手柄。 通过施加扭矩来旋转手柄以将台钳台钳装配到工作台上。

　　图6 c夹的手柄

　　2.2.6 手柄盖设计

　　为了从一侧锁定手柄，提供手柄盖。该手柄用作锁定系统，由与手柄相同的材料构成。 手柄盖的形状和尺寸如图所示。

　　图7 手柄盖

　　2.3 CAD软件修改后的实际图片

　　改装台钳的主要部件为固定颚，活动颚，带手柄的丝杠，c型夹，夹紧手柄，螺母和螺栓。

　　固定夹爪借助于螺母和螺栓固定在底座上。可动夹爪与固定爪之间配有导螺杆，以控制活动夹爪的运动。然后将整个组件通过c型夹具安装到工作台上，如图所示。借助丝杠将工件夹在活动夹爪和固定夹爪之间。

　　图8 改装台钳

　　3 台钳的快速成型

　　Dimension 1200es打印机的设计非常简单。即使以前从未使用3D打印机，系统也可以快速构建零件。该系统采用ABS加塑料模型，因此模型零件坚固耐用。ABS plus所以确保您能够钻取，点击，打磨和绘制您的创作。随着可溶性支持技术的快速和方便，完成的部件可以快速查看和测试。 Dimension 1200es打印机是专有硬件，软件和材料技术的创新组合。 Dimension 1200es打印机从CAD STL文件构建型号，包括内部功能。通过计算机控制的挤压头挤出ABS塑料珠，制成三维零件，生产高质量的零件，即可在完成后立即使用。通过两层分辨率设置，您可以选择快速构建零件进行设计验证，也可以选择更精细的设置以获得更高质量的表面细节。Dimension 1200es系统由两个主要组件组成，即Dimension 1200es 3D打印机和Catalyst EX。Catalyst EX是在Windows XP Pro，Windows Vista或Windows 7平台上运行的预处理软件。外形尺寸为254 x 254 x 305 mm(10 x 10 x 12 in)。

　　4 结论

　　获得未来应用交互式原型形式的可视化规范，使设计人员和制造商之间更容易进行通信。这将有助于在项目初期确保制造商提供更具体的反馈意见。将更改纳入原型的速度更多，可以加快创建应用程序的整个过程，并可以减少开发阶段变更请求的次数。它将有助于确保更好地定义应用程序需求并验证其在原型中的实现。可以更好地了解应用程序开发的估计成本。在原型中，获得了最终应用程序的视觉表示，可以更好地展示我们的想法对其他人(投资者，同事和上级)的可行性。

　　当图案制作麻烦时，RP模式可用于砂型铸造，这意味着图案的设计是复杂的，这是不可能以木制或金属形式制成的。在制作通常由铝制成的金属母模或通过在图案上喷涂金属层之后，它们可以成功地用于批量生产。