鄧玉聰 徐長(zhǎng)生

(武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院武漢430063)

0 引 言

多層卷繞卷筒容繩量大.工程起重機(jī)中隨著起升高度的增大,起升機(jī)構(gòu)中卷筒的繞繩量相應(yīng)增加.采用尺寸較小的多層卷繞卷筒,對(duì)減小起升機(jī)構(gòu)尺寸十分有利.但多層卷筒纏繞的鋼絲繩所受的擠壓應(yīng)力大,相互間摩擦力大,卷繞層數(shù)較多時(shí)容易產(chǎn)生亂繩現(xiàn)象.國(guó)外Lebus公司專有的利巴斯裝置可以有效防止多層卷繞中的亂繩現(xiàn)象.

1 Lebus卷筒結(jié)構(gòu)

利巴斯卷筒(Lebus)利用它特有的平行雙折線繩槽,把交錯(cuò)纏繞減少到卷筒圓周的20%左右.而80%的纏繞方向都與側(cè)板平行,而且卷筒上的每一層鋼絲繩所繞的圈數(shù)相同,使纏繞鋼絲繩在卷筒上壘成三角形.也即每層鋼絲繩都為下一層鋼絲繩形成一個(gè)槽形,使鋼絲繩之間載荷分布均衡,避免了鋼絲繩之間由于相互切入、擠壓而造成亂繩,如圖1～3所示.

圖1 Lebuss卷筒

圖2 Lebuss卷筒展開三維圖

圖3 Lebuss卷筒三維圖

墊塊是Lebuss卷筒設(shè)計(jì)中的重要一環(huán),然而,墊塊設(shè)計(jì)問題尚未得到比較滿意的解決[1-2],原因是墊塊的墊面與鋼絲繩的接觸點(diǎn)在卷筒的徑向、周向和軸向都有變化,其軌跡是一條復(fù)雜的空間曲線.設(shè)計(jì)時(shí),必須通過反復(fù)計(jì)算或作圖求出一系列坐標(biāo)點(diǎn),然后將其連接起來才能顯現(xiàn)到圖紙上.這常常令設(shè)計(jì)者感到不勝其煩,一些設(shè)計(jì)將這種復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系簡(jiǎn)單處理為線性關(guān)系,結(jié)果是設(shè)計(jì)出的卷筒墊塊存在誤差,起不到墊面對(duì)鋼絲繩的墊托作用.墊面若設(shè)計(jì)太低,會(huì)造成鋼絲繩懸空,雖然不影響鋼絲繩的正常爬升,但對(duì)鋼絲繩的破壞很大[3-5];反之,若墊面設(shè)計(jì)太高,會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩提前返回,而打亂鋼絲繩在卷筒上的排列次序,導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)“亂繩”甚至“跳槽”現(xiàn)象.

為了解決這一問題,本文的設(shè)計(jì)思路是直接利用UG建立卷筒的三維模型,模擬出鋼絲繩的纏繞路徑,利用布爾運(yùn)算生成需要加工成的墊塊模型.然后進(jìn)入U(xiǎn)G的CAM模塊,在UG加工應(yīng)用中生成精確的刀具路徑,利用生成的刀具路徑,通過后置處理產(chǎn)生用于特定數(shù)控機(jī)床的程序.

2 自動(dòng)編程

常用的模具數(shù)控加工軟件有MasterCAM, Pro/E,UG,Cimtron等.其中,UG是美國(guó)EDS公司發(fā)布的CAD/CAE/CAM一體化軟件,廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車及模具等領(lǐng)域.UG可運(yùn)行于Windows NT平臺(tái),無論零件圖還是裝配圖的設(shè)計(jì)都從三維實(shí)體造型開始,可視化程度很高.其三維CAD是參數(shù)化的,一個(gè)零件尺寸被修改,可使相關(guān)零件產(chǎn)生相應(yīng)的變化.該軟件還具有人機(jī)交互方式下的有限元解算程序,可以進(jìn)行應(yīng)變、應(yīng)力及位移分析.UG的CAM模塊提供了一種產(chǎn)生精確刀具路徑的方法,該模塊允許用戶通過觀察刀具運(yùn)動(dòng)來圖形化的編輯刀具軌跡,提供的后處理編譯器可為不同的機(jī)床系統(tǒng)做出適合的后處理文件.自動(dòng)編程軟件工作流程見圖4所示.

圖4 自動(dòng)編程軟件工作流程圖

UG數(shù)控編程有以下優(yōu)點(diǎn)[6-8].

1)數(shù)控加工精度高,質(zhì)量穩(wěn)定 尺寸精度一般在0.001～0.01 mm之間,甚至更高,不受工件形狀復(fù)雜程度的影響.加工中排除了操作者的主觀誤差,提高了同批零件加工的一致性,使產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定.

2)生產(chǎn)效率高 省去了常規(guī)加工過程中的劃線、工序切換時(shí)的多次裝夾定位、檢測(cè)等工序.在數(shù)控設(shè)備上的刀庫里把需要用到的刀具都裝上,加工工件時(shí)可以自動(dòng)換刀,不需要中斷加工過程,提高了加工的連續(xù)性.一次裝夾就可以完成多個(gè)部位的加工,甚至完成工件的全部加工內(nèi)容.

3)自動(dòng)化程度高,易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制 除了裝夾工件毛坯還需手工外,全部加工過程都在數(shù)控程序的控制下,由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)完成,不需要人工干預(yù).

3 墊塊的加工編程

以槽底直徑為600 mm,鋼絲繩直徑20 mm,節(jié)距21 mm的卷筒為設(shè)計(jì)對(duì)象.墊塊用毛坯為直徑21 mm的圓棒加工而成.利用UG建立的折返側(cè)墊塊的三維模型如圖5所示.

考慮到墊塊毛坯為細(xì)長(zhǎng)桿,加工時(shí)的變形會(huì)影響到其加工的精度,故將其分成3段加工.加工時(shí)以直的棒體為毛坯,加工完后再彎曲焊接到卷筒的相應(yīng)位置.

下面以折返側(cè)墊塊其中的一段為例加以說明.

1)建立加工模型和毛坯模型(圖6中半透明實(shí)體)進(jìn)入U(xiǎn)G加工模塊后,設(shè)置加工部件和加工毛坯,然后再選擇合適的加工刀具,如圖6所示.

圖5 卷筒折返側(cè)墊塊三維模型

圖6 卷筒折返側(cè)墊塊第一 次爬坡段的加工模型

2)編寫型腔銑程序,完成幾何體、刀軸、刀跡設(shè)置、切削參數(shù)等的設(shè)置,然后生成刀具路徑,如圖7所示.

圖7 刀具路徑

3)編寫深度加工輪廓程序生成加工路徑,進(jìn)入后處理,進(jìn)行加工模擬仿真,如圖8所示.

4)生成加工代碼(以下列出部分代碼)

三維仿真軟件模擬加工、驗(yàn)證、分析是CAM軟件應(yīng)用的一個(gè)重要環(huán)節(jié),模擬分析的好處就是可在計(jì)算機(jī)上像了解真實(shí)加工一樣觀察產(chǎn)品制造的全過程,用計(jì)算機(jī)來分析還沒有制造出來的零件的質(zhì)量,并發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造等存在的問題.驗(yàn)證分析可以針對(duì)產(chǎn)品、零件設(shè)計(jì),也可針對(duì)數(shù)控加工程序.NC程序常用的仿真驗(yàn)證軟件是上海宇龍公司研制的仿真軟件,它采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理刀具材料和性能參數(shù)庫,提供多種機(jī)床的常用操作面板,可對(duì)數(shù)控機(jī)床操作全過程和加工運(yùn)行進(jìn)行仿真.在操作過程中,具有完全自動(dòng)、智能化的高精度測(cè)量功能和全面的碰撞檢測(cè)功能,可檢測(cè)出刀軌路徑的錯(cuò)誤以及導(dǎo)致零件、夾具和刀具損壞或機(jī)床碰撞等問題,還可對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行處理.若加工程序的驗(yàn)證既由編程人員同時(shí)也由機(jī)床操作人員來做,則可防止錯(cuò)誤發(fā)生.

4 結(jié)束語

UG數(shù)控編程技術(shù)在加工中排除了操作者的主觀誤差,提高了同批零件加工的一致性,使產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定,此方法運(yùn)用到Lebus卷筒墊塊的加工上,加工精度和效率將可能得到提高.

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