(西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，西安 710123)

綜框是重要的紡織機(jī)械專(zhuān)用基礎(chǔ)件。隨著織造工藝的不斷發(fā)展，新型織機(jī)對(duì)于綜框的性能提出了更高要求。從發(fā)展歷程來(lái)看，綜框的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)在材質(zhì)的變化，如木質(zhì)、鐵質(zhì)、鋁合金及復(fù)合材料綜框[1]。雖然綜框材質(zhì)在不斷改進(jìn)，但其基本的框架式結(jié)構(gòu)卻一直未發(fā)生大的改變，即綜框在結(jié)構(gòu)形式上具有高度的相似性。以往針對(duì)綜框的研究主要集中在工作性能方面，如綜框的運(yùn)動(dòng)特性、應(yīng)力、形變分布以及動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等，而在綜框的數(shù)字化模型開(kāi)發(fā)方面則涉及很少，沒(méi)有充分發(fā)揮綜框在結(jié)構(gòu)相似方面的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，不利于提高綜框的研發(fā)效率和產(chǎn)品適應(yīng)性。本文將參數(shù)化CAD建模和零件庫(kù)技術(shù)應(yīng)用于綜框?qū)Ｓ眉O(shè)計(jì)，在系統(tǒng)級(jí)層面實(shí)現(xiàn)了綜框組件的模型庫(kù)開(kāi)發(fā)，為綜框產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化和系列化設(shè)計(jì)提供了重要參考。

1 綜框結(jié)構(gòu)

受到織造工藝限制，綜框的結(jié)構(gòu)均采用平面框架形式，其區(qū)別主要在于幅寬的不同，這一般是由織機(jī)機(jī)型來(lái)決定。無(wú)論哪種類(lèi)型的綜框，主要結(jié)構(gòu)都由橫梁、側(cè)擋、穿綜桿、導(dǎo)板及綜絲等構(gòu)成[2]，如圖1所示，一般的綜框結(jié)構(gòu)都呈對(duì)稱分布，上下橫梁與左右側(cè)擋形成主體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)板裝配于橫梁之上，穿綜桿與側(cè)擋、橫梁相連，綜絲安裝于穿綜桿之上?？棛C(jī)運(yùn)行時(shí)，綜框作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)綜絲拉動(dòng)紗線形成梭口，在此基礎(chǔ)上完成引緯、打緯、送經(jīng)及卷取運(yùn)動(dòng)。

圖1 綜框結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 基本思路

機(jī)械產(chǎn)品的模型庫(kù)開(kāi)發(fā)與CAD技術(shù)的發(fā)展密不可分。當(dāng)前的一些主流三維CAD設(shè)計(jì)軟件具有強(qiáng)大的建模和二次開(kāi)發(fā)功能，如CREO、Solidworks、UG、CATIA、CAXA等[3]，在產(chǎn)品模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)和零件庫(kù)開(kāi)發(fā)方面取得了巨大成功，并且在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，通過(guò)零件庫(kù)技術(shù)能夠大大提高產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)效率與適應(yīng)性[4]。如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)件模型庫(kù)開(kāi)發(fā)流程，首先要對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定零件建模特征及父子關(guān)系，然后利用三維CAD平臺(tái)進(jìn)行特征建模，創(chuàng)建一個(gè)樣板模型，接著定義模型的設(shè)計(jì)參數(shù)、關(guān)系式等，實(shí)現(xiàn)樣板模型的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與重建[4]。在此基礎(chǔ)上，用戶根據(jù)需求輸入相關(guān)參數(shù)，并通過(guò)參數(shù)化建模程序校驗(yàn)參數(shù)的合理性，若校驗(yàn)失敗，需對(duì)參數(shù)化模型進(jìn)行重新編輯與修改；若校驗(yàn)成功，則會(huì)派生出新的CAD模型，最后形成數(shù)字化產(chǎn)品模型庫(kù)。

圖2 模型庫(kù)開(kāi)發(fā)流程

3 開(kāi)發(fā)實(shí)例

3.1 綜框標(biāo)準(zhǔn)

以鋁合金綜框?yàn)檠芯繉?duì)象，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 94009—2007，組成綜框的各零部件均具有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。如表1所示橫梁標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，橫梁長(zhǎng)度L與織機(jī)幅寬相關(guān)，實(shí)際當(dāng)中可根據(jù)不同機(jī)型或用戶要求來(lái)確定具體尺寸；橫梁高度h包括9組可選參數(shù)，覆蓋尺寸區(qū)間為48～120 mm；相比之下，橫梁厚度t的選擇范圍較小，只有2組設(shè)計(jì)參數(shù)供選用。

表1 橫梁標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

綜框?yàn)榻M件結(jié)構(gòu)，橫梁、導(dǎo)板、側(cè)擋及穿綜桿的結(jié)構(gòu)尺寸之間均存在相應(yīng)的匹配關(guān)系，如表2所示導(dǎo)板設(shè)計(jì)參數(shù)，由于導(dǎo)板裝配在橫梁之上，故要求其厚度必須大于橫梁厚度，對(duì)比可知，導(dǎo)板的厚度尺寸區(qū)間為11.8～23.8 mm，大于表1中的橫梁厚度尺寸，符合裝配設(shè)計(jì)要求。

表2 導(dǎo)板標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

3.2 參數(shù)化實(shí)現(xiàn)

不同于單一零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，綜框組件要綜合考慮橫梁、導(dǎo)板、側(cè)擋及穿綜桿之間的裝配關(guān)系，首先需通過(guò)大量的分析與計(jì)算來(lái)確定一組合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)橫梁、導(dǎo)板、側(cè)擋及穿綜桿分別進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)[2]，然后按照裝配關(guān)系對(duì)各組成零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)關(guān)系式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)綜框組件的參數(shù)化，這在很大程度上增加了綜框產(chǎn)品模型庫(kù)開(kāi)發(fā)的難度及復(fù)雜性。

以導(dǎo)板的參數(shù)化設(shè)計(jì)為例，根據(jù)紡織行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)FZ/T—94009，在CREO3.0平臺(tái)上設(shè)計(jì)導(dǎo)板三維CAD模型，如圖3所示，將導(dǎo)板結(jié)構(gòu)尺寸用系統(tǒng)給定的參數(shù)替代，主要包括d0—導(dǎo)板厚度、d1—導(dǎo)板寬度、d2—導(dǎo)板高度、d6—導(dǎo)板槽寬、d7—導(dǎo)板槽深。根據(jù)導(dǎo)板與橫梁之間的裝配關(guān)系確定主動(dòng)參數(shù)和從動(dòng)參數(shù)，考慮到參數(shù)化模型的可控性，要求選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)必須和其他尺寸、幾何約束之間能夠形成一個(gè)完整的封閉環(huán)[5-6]。

通過(guò)公用參數(shù)和驅(qū)動(dòng)關(guān)系式對(duì)各零部件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)板三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。由綜框結(jié)構(gòu)可知，導(dǎo)板安裝于橫梁之上，故導(dǎo)板槽寬d6應(yīng)與橫梁厚度相同，則公用參數(shù)為導(dǎo)板槽寬d6，所以在對(duì)橫梁進(jìn)行參數(shù)化建模時(shí)，只需用d6代表其厚度尺寸即可。另外，導(dǎo)板在橫梁上的裝配位置也會(huì)隨綜框幅寬發(fā)生變化，因此還要針對(duì)導(dǎo)板的裝配設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)關(guān)系式，在工具選項(xiàng)卡下選擇“關(guān)系”命令定義該關(guān)系式，如圖4所示，其中，d5、d8分別為兩個(gè)上導(dǎo)板到側(cè)擋內(nèi)側(cè)的距離，為橫梁長(zhǎng)度的三分之一；d11、d14、d17分別為3個(gè)下導(dǎo)板到側(cè)擋內(nèi)側(cè)的距離。

圖3 導(dǎo)板CAD模型

圖4 導(dǎo)板驅(qū)動(dòng)關(guān)系式

在工具選項(xiàng)卡下選擇“族表”命令，通過(guò)“添加/刪除列”按鈕添加“族項(xiàng)目”[7]，如圖5所示，將導(dǎo)板結(jié)構(gòu)參數(shù)d0、d1、d2、d6、d7逐一添加至族表。根據(jù)需要對(duì)表2中的導(dǎo)板標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行排列組合，一共包括18組數(shù)據(jù)，并將其輸入至族表完成導(dǎo)板參數(shù)定義，形成基于“族表”結(jié)構(gòu)的導(dǎo)板模型庫(kù)，如圖6所示，每一個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，用戶可根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的導(dǎo)板設(shè)計(jì)實(shí)例，從“族表”中檢索和調(diào)用不同的導(dǎo)板參數(shù)化模型。

圖5 定義導(dǎo)板參數(shù)

圖6 導(dǎo)板族表設(shè)計(jì)與模型檢索

按照導(dǎo)板參數(shù)化建模思路，分別對(duì)橫梁、側(cè)擋及穿綜桿模型進(jìn)行參數(shù)化和族表設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)各零部件之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)此不予熬述。在此基礎(chǔ)上，選擇一組基于參數(shù)化的CAD模型進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，形成如圖7所示的參數(shù)化綜框樣板模型，為綜框組件的族表庫(kù)設(shè)計(jì)和系列化實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

圖7 綜框樣板模型

3.3 模型檢索與調(diào)用

以各零部件的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)為基礎(chǔ)[8]，建立基于參數(shù)化和“族表”模式的綜框組件模型庫(kù)，如圖8所示。為保證該模型庫(kù)能夠正確運(yùn)行，對(duì)族表中的綜框組件模型派生過(guò)程進(jìn)行校驗(yàn)，如圖9所示，各系列綜框的派生模型全部能夠成功重建，說(shuō)明該模型庫(kù)運(yùn)行過(guò)程合理可行，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

實(shí)際使用過(guò)程中，用戶只需根據(jù)型號(hào)或設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)綜框模型庫(kù)進(jìn)行檢索，如圖10所示，在檢索對(duì)話框中選擇一組參數(shù)或一個(gè)系列[9]，CREO系統(tǒng)便會(huì)調(diào)用內(nèi)部參數(shù)派生出相應(yīng)的綜框模型，如圖11所示，為從模型庫(kù)中調(diào)用的三種不同規(guī)格的綜框派生模型。通過(guò)綜框標(biāo)準(zhǔn)件模型庫(kù)，用戶不需要再對(duì)綜框進(jìn)行重新建模和裝配設(shè)計(jì)，有效提高了綜框產(chǎn)品的建模效率和設(shè)計(jì)靈活性，為實(shí)現(xiàn)綜框產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)奠定了重要基礎(chǔ)。

圖8 綜框組件族表

圖9 派生模型校驗(yàn)

圖10 檢索和調(diào)用綜框模型

圖11 綜框派生模型

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著三維CAD建模技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式已逐漸被淘汰，特別是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的日益成熟，為產(chǎn)品的數(shù)字化開(kāi)發(fā)提供了有力支持。通過(guò)綜框組件的參數(shù)化建模與模型庫(kù)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了綜框產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為綜框的產(chǎn)品改型和定制化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)重要平臺(tái)，有利于綜框生產(chǎn)企業(yè)提高研發(fā)效率、降低產(chǎn)品成本。

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