【转帖】利用CAXA软件进行螺旋板压制胎具的设计

值日生

利用CAXA软件进行螺旋板压制胎具的设计
  
大庆石油化工机械厂产品研发中心 杨开远 沈琦 张智
  
    螺旋曲面是工业领域中常用的一种曲面，主要应用在螺旋输送设备上。根据应用场合的不同，其尺寸变化较大，小的螺旋外径在几百毫米之内，大的有十几米。对于小型的螺旋板，可以直接在胎具毛坯料上用数控铣床加工出螺旋面，形成压制螺旋板的胎具。利用胎具压制出单块螺旋板后，再组对形成整个轴向螺旋板翅。对于大型的螺旋面，虽然也是采用这种单块制作，整体组对的方法形成螺旋板翅，但由于单块尺寸较大，如果用数控铣床加工胎具，则成本非常高，加工周期非常长。因此，对于这种大型螺旋面，工程中一般都是采用在底座板上分段焊接截面立板，利用立板上边形成的阶梯面（截面立板越多，阶梯面越接近螺旋面）作为螺旋面的压制面，制成上下胎具，压制螺旋面。这种方法制作的胎具，同样也有一个缺点：就是当取的单段较大时，胎具的高度差较大，不但压制操作不方便，而且胎具高度容易超过设备有效行程。但如果取一个和螺旋面近似平行的底板做基板，再在此板上焊接形成螺旋面的立板来制作单块螺旋面的压制胎具，则胎具的有效高度可以非常低，而且可以近似水平压制。这样既可以降低胎具的制造成本，又可以减少胎具的高度，而且压制操作十分方便。设计这种胎具，如果采用常规计算的方法，计算截面立板的尺寸，是非常复杂的。因此，本文作者尝试了用CAXA三维软件该种压制胎具并取得了良好的效果。具体设计过程如下：
    1 绘制单块胎具螺旋面
根据压制设备的大小和螺旋面内外径的大小确定单块螺旋板胎具的大小。本例螺旋板的内径为￠3000，外径￠4800，螺距12000。根据我厂压制设备的情况，取20°圆周角（螺旋面上升一个螺距为360°）范围内的螺旋面为单片胎具的的压制螺旋面。利用“曲线生成”工具条中的“公式曲线”功能，在20°范围内，做两条空间螺旋线，导柱面分别为￠3000和￠4800。分别连接两段螺旋线的始点和终点，形成四边形空间线 框。利用“曲面生成”工具条中的“四边形”命令，形成螺旋面。见图（1）。
  
图（1） 螺旋面
  
  2 求包含导柱面轴线的径向平面与螺旋面的交线
在XOY面内做与X轴成各种角度的径向线，然后用这些径向线沿Z轴正向扫描，生成扫描平面。利用“曲线生成”工具条中的“相关线”命令中的“曲面交线”命令求出各个扫描平面与螺旋面的交线。结果见图（2）、（3）。  
  
     
  
图（2）单个交线的求法 图（3） 螺旋面的交线
  
  3 确定螺旋面的近似平行平面
    1）利用“曲线生成”工具条中的“相关线”命令中的“曲面法线”命令，求位于螺旋面上中间一条交线中点位置的曲面法线。法线的总长度选400。留取凸面侧的半段（200）。结果见图（4）。
  
图（4）曲面法线
  
  2）利用螺旋面上的中间交线和图（4）中求出的曲面法线，用“曲面生成”工具条中的“面导动”命令中的“导动线＆平面”命令生成平面。然后利用“相关线”命令中的“曲面法线”命令求出过图（ 4）中法线端点的本平面的法线。结果见图（5）。
  3）选择图（5）中导动面的一条和螺旋面中间线平行的边及图（5）中求出的法线构成的平面为螺旋面的近似平行平面。该平面就是将来胎具基板所在的平面。结果见图（6）
  
                
图（5）平面法线                             图（6）螺旋面的近似平面
  
   4 确定投影
   取螺旋面的近似平行平面为投影面，在草图状态下，利用“曲线生成”工具条中的“曲线投影”命令，求出螺旋曲面边框线及螺旋曲面上交线的投影。结果见图（7）。
  
         
图（7）投影                      图（8）坐标变换
  
   5 坐标系变换
   以所得投影边框的一个角点为新坐标系的坐标原点，相临的两条投影边，一条为X轴（直线段），一条为Y 轴方向，建立新的坐标系。结果见图（8）。
   6 确定螺旋面的截面（立板）尺寸
   螺旋面上的每一条交线和其相应的投影构成的平面就是胎具截面立板的形状。在新坐标系中，利用主菜单中“工具”的查询功能，查询每一个螺旋面上交线端点及相应投影线端点的坐标值，则截面立板的各边尺寸得以确定。
    根据上面所确定的截面立板边框线尺寸，制作好立板，然后把图（7）中得到的投影画在基板上。按照对应关系，将立板垂直地焊在基板上，就形成了压制螺旋面的胎具。