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基于逆向构件成型的小焊接集成装置设计

2018-07-16刘秀林赵广才姜淑凤胡梦范宇航

电子技术与软件工程 2018年10期
关键词:焊接件烙铁焊接设备

文/刘秀林 赵广才 姜淑凤 胡梦 范宇航

在“大众创业,万众创新”的大背景下,随着国民文化水平的提高,创新这个词汇经常出现在国民的生产生活中,科技创新作为我国创新事业的重要一项,不再是少数人的专业,而是多数人的机会。烙铁作为发明制作的重要工具之一,在电子器件制作、机械设备维修等领域有着广泛的应用。然而对于平民百姓来说,同专业人士相比,他们的使用条件相对简陋,使用目的更加单一,他们没有专业人士那样专业的实验室或操作台,也没有专业人士那样的资金去购买专业的设备,他们需要一种价格低廉、功能丰富、节省空间、使用方便、安全性高、并且能够随用随收不需要等待冷却的焊接装备。

然而,对于电烙铁的结构改进,要么集中于提高其能源利用效率,要么致力于增强其电子控制性能,并没有针对于焊接设备的整体应用性改进。本文提出一个新的思路,以逆向工程的方法设计一种满足现代家用需求的新型焊接设备。

逆向工程又称为反向工程,是一种对产品设计过程的整体概念描述。逆向工程是对正常设计过程进行完全颠覆,将正常产品设计程序倒置,进行反向技术研究,缩短研发周期,节省设计成本,依靠3D打印技术,样件易得,在生产制造业领域有广泛应用。

本文利用逆向建模设计样件和整装过程,解决了上述困扰,提供一种带源烙铁集成装置整体设计。该装置将烙铁架、被焊接件支架、照明装置、隔热散热装置、USB充电装置、低压直流电压表、过热保护装置集中于一体的小焊接设备。

1 主体设计

普通烙铁功能单一,没有开关控制,没有过热保护,安全问题无法保证;焊接工具十分零散,整理十分不方便,有些使用者除了烙铁和焊锡,甚至没有任何工具来辅助焊接,同时使用后因为烙铁余热,可能对人员造成伤害,也存在火灾隐患。为此本文设计了该装置将烙铁架、被焊接件支架、LED灯、过热保护装置、USB充电装置、电压表等集成于(25×18×5.5)mm的盒中,部件按功能分区:

(1)烙铁架、被焊接件支架铰接于装置内,烙铁架自由起落,支架用途多样,用于固定烙铁,稳固装置。

(2)设节能LED灯光线不足时可以为焊接提供光源,也可作为普通台灯供其他用途使用。

(3)采用隔热材料及散热孔,热源传感器,隔热散热装置提供了过热保护,避免因为遗忘使烙铁工作时间过长持续通电造成隐患。烙铁用后回归温度过高,会产生提示,避免安全隐患。

(4)装置内设置锂离子电池,连接升压电路,可使该装置不进行作业时作为移动电源使用,实现了一物多用的创新。

(5)设置了外接电源连线,可充电也可有源使用。

装置的整体结构如图1所示,如此安排内部结构使多个器件集合装置内,利于集中管理,防止丢失,携带方便。

2 技术路线研究分析

2.1 样件的三维建模基础分析

通过三维扫描仪,采集到样件的三维点云数据。基于点云的预处理方法,合理地对获得的点云数据进行预处理。在研究Bezier曲面建模理论和NURBS曲面建模理论的基础上,提出适合的曲面建模方法并进行优化,完成样件的三维建模。

应用InspireS250-3D工业级打印机,根据上述理论选取合适的打印方位、分层厚度和STL精度等,实现模型的快速制造.同时软件提供相关的加工情况报告,检测加工过程中可能出现的碰撞和干涉等问题.

2.2 样件建模的过程

2.2.1点云数据获取与处理

本研究通过分析需要样件特型,在现实工具中选取样件,通过三坐标测量机等设备获取零部件的三维坐标值,即扫描获得点云数据,根据点云数据利用 CAD 软件将其拟合成曲线,三维数据信息的提取是本研究采样的逆向工程中的重要内容,采样后按照设计需要尺寸和样型处理数据,获得点云数据模型。

图3:三维样件模拟图形

图4:使用过程分解图示

2.2.2依据提取的特征数据集设计参数

附以创新设计思想进行特征重构和运算,零件建模前,需对点云数据进行预处理,此环节对建模质量有直接的影响,建模后进行仿真模拟再设计。获得样件建模图形。

2.2.3加工制造

建模完成后,在选择的 CAM 软件中,根据曲面的形状选择加工方式、确定刀具型号,选择所需的加工工艺参数,实施切削加工,并对加工路线进行优化分析和改进。

2.2.4测量检验

零件的数字化处理及三维建模均具有较高的精确度,但由于加工系统的误差,如机床和刀具的误差等,加工出的零件会存在一定的误差,即逆向产品的加工生产误差.其测量检验方法是将产品的数据文件导入 UG 软件中,将其与 UG生成的数据(如零件的曲线)作比对,进行误差的定性和定量分析,从而实现产品的量化检验,三维重建后样品模型与制造实物模型如图2,图3所示。

通过实验测试、理论分析和计算机仿真等手段,采用逆向工程三维重建以数字样品为核心的三维CAD建模方法进行研究,并应用到实际物品设计制造中,然后将参数、图形分别进行比较,再通过3D打印技术与机加切削制造的模型和产品,质量和效果优势明显,如图4所示。

3 结论

本文为解决电烙铁不便于无基础人员日常应用等问题,通过逆向建模设计样件和整装过程等方法,研究并设计了一种新的焊接设备,得出以下结论:

(1)运用整体建模的思路,将烙铁架、被焊接件支架、LED灯、过热保护装置、USB充电装置、电压表等集成于(25×18×5.5)mm的盒中,使多个器件集合装置内,利于集中管理,防止丢失,携带方便。

(2)通过三维建模等方法,获取各个零部件的三维坐标值,并利用 CAD 软件将其拟合成曲线。根据曲面的形状选择合适的加工方式以及加工工艺参数,可实施切削加工与3D打印技术共用。

(3)通过实验测试和计算机仿真等手段,对以数字样品为核心的三维CAD建模方法进行研究,通过3D打印技术制造的模型和产品。研究表明新的焊接设备具有便于器件集中管理,不易丢失,安全性高,携带方便等优点,有广泛的应用价值。

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