一种边锚唇曲面单元展成设计方法
【专利摘要】本发明公开一种边锚唇曲面单元展成设计方法，依次包括以下步骤：根据拉锚运动过程中锚杆、锚冠与锚唇面接触类型，将锚唇分为四个单元：左锚尖扫掠单元、右锚尖扫掠单元、锚杆翻转单元和锚冠移动覆盖单元；参照锚杆和锚冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具；进行反复拉、放锚动作，利用成型刀具进行粗坯展成加工，初步形成锚唇曲面形状；改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇曲面的光顺设计；利用等高线锚唇截面型线定义法表示锚唇各截面形状。本发明能够同时实现锚唇截面型线设计和拉锚可靠性试验验证；将设计与制造环节合二为一，实现同时设计制造满足多种船型的锚唇。
【专利说明】
-种边猫唇曲面单元展成设计方法
技术领域
[0001 ]本发明设及船舶错唇技术，具体设及一种边错唇曲面单元展成设及方法。
【背景技术】
[0002] 作为错系零件中的组成部分，错唇的设计对船舶安全性起着至关重要的作用。通 过传统的木模、钢模试验设计错唇，成本高、周期长、不易修改;仅凭借工人师傅的经验设计 更是无法保证设计方案的安全可靠性，尤其是遇到非平衡类错唇，拉错过程中的卡错、贴合 不完全、错冠（座）（6)碰船体外板等不良现象更是无法预估。由于错唇曲面为空间自由曲 面，在拉错过程中错链、错杆(5)、错冠(座）（6)与错唇之间为多刚体接触碰撞形式，因此在 运动过程中，错链之间的自由度大，无法精准的控制错杆(5)与错冠(座）（6)的运动轨迹，运 都极大的增加了错唇面设计的难度。
[0003] 此外，传统的错系设计理念将设计与制造环节分开，往往造成理论设计上可行而 实际制造出的实物在拉错时却出问题的矛盾现象；因为错唇空间自由曲面自身的特点，导 致制造过程中误差较大，精度管控难度高。
[0004] 随着船舶制造行业的飞速发展，船舶错系零件的设计方法也越来越多样化。中国 发明专利公开号:CN202765234U，名称:一种螺旋错唇，该发明技术公布了一种W错唇剖面 进行顺时针旋转生成螺旋错唇内轮廓线从而形成错唇的螺旋形表面。
[0005] 中国发明专利公开号：CN204895777U，名称：一种错唇结构，该发明技术公布了一 种将错唇上口设计为向前方突出的形式，使得错唇上口对错爪正压力具有向下分力，限制 错唇贴合后的上移。
[0006] 中国发明专利公开号:CN104973220A，名称:一种具有分功能区域机构的边错唇设 计方法，该发明技术公布了一种按照错唇功能划分区域设计，最终进行各功能区域光滑过 渡的错唇设计方法。
[0007] 中国发明专利公开号：CN203268290U，名称：固定轨道式错唇，该发明技术公布了 一种在错唇正下方设置一个凹槽，使得错杆沿着固定轨道运动，从而控制错爪运动翻转。 [000引中国发明专利公开号：CN1433924A，名称：大抓力错错唇错台设计技术，该发明技 术公布了一种利用重力滑行内倾翻转原理进行错唇错台设计的方法。W上五份文献都针对 错唇的设计方法进行了介绍。
[0009]但是上述专利均单纯的从设计环节进行错唇曲面的定型，忽略了在实际加工过程 中的加工难度和制造误差；同时，上述专利中错唇整体曲面设计均需要W错唇已有剖面为 基准生成，运样的传统设计理念无法同时满足多种船型的设计需求，并且将设计与制造环 节分离，延长了设计周期。把错唇按照运动过程中与错接触类型进行划分，将设计与制造两 个环节合二为一、理论分析与拉错试验同时进行的错唇空间自由曲面设计方法未见公开报 道。
【发明内容】
[0010] 发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种边错唇曲面 单元展成设计方法。
[0011] 技术方案:本发明所述的一种边错唇曲面单元展成设计方法，依次包括W下步骤：
[0012] (1)根据拉错运动过程中错杆、错冠与错唇面接触类型，将错唇分为四个单元:左 错尖扫掠单元、右错尖扫掠单元、错杆翻转单元和错冠移动覆盖单元；
[0013] (2)参照错杆和错冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具；
[0014] (3)进行反复拉、放错动作，利用成型刀具进行粗巧展成加工，初步形成错唇曲面 形状；
[0015] (4)改变不同起错状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对错唇曲面的光顺设计；
[0016] (5)利用等高线错唇截面型线定义法表示错唇各截面形状。
[0017] 进一步的，所述步骤(1)包括W下步骤：
[0018] (1.1)将错唇分为8个截面，逆时针方向分别为第一截面至第八截面，错唇各个截 面之间夹角为Xi(l《i《8，iGN*);
[0019] (1.2) W水平、竖直线为基准，将错唇八个截面之间角度重新定义为 j G 护），其中 Xi = Yi+Yi3 ; X3 = Y3+Y4; X4 = Ys+Ys; Xs = Y7+Y8; X7 = Yio+Yi 1;
[0020] (1.3) W错唇的第四截面为基准，逆时针旋转Ys做一条访界线，则左错尖扫掠单元 为
；错冠移动覆盖单元3
;右错尖扫掠单元为
;错杆翻转单元另
[0021] 进一步的，所述步骤(2)包括W下步骤：
[0022] (2.1)根据船型设计需求，确定与之相配合的错杆、错冠类型，确定错杆、错冠(座） (6)的外形尺寸及=维形状；
[0023] (2.2)根据实船拉错动作中的错杆和错冠模型，进行1:1成型刀具的定制。
[0024] 进一步的，所述步骤(4)包括W下步骤：
[0025] (4.1)改变不同起错状态，保证展成加工时错杆与错唇下口、错杆与错链筒下口 W 及错唇与错冠之间发生相对移动、翻转时所有可能发生接触的区域充分接触；
[0026] (4.2)各起错状态下进行反复拉错动作，实现错冠相对错唇的内翻顺时针贴合、内 翻逆时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态；
[0027] (4.3)结合实际海况中船体因为外界风浪等因素发生的约±5°的横倾和±3°的纵 倾现象进行极限位置拉错动作并对错唇曲面进行光顺。
[00%]进一步的，所述步骤(5)包括W下步骤：
[0029] (5.1)错唇截面等高线划分:测量错唇截面最高值H，相邻两等高线之间距离h，等 分成m份，则错唇最高点离最近等高线距离Sk化=1,2...)满足W下关系：
[0030] H=m*h，其中mGN*且m>5，
[0031] 错唇总高度H+Sk=m*h+Sk，其中mGN*且m>5;k = l，2...;
[0032] (5.2)错唇截面宽度表示:过错唇最高点作垂线，将错唇分为左右两部分，测其离 错链筒错唇中屯、点之间距离为化化= 1,2...);各错唇截面总宽度为Lk化=1,2...);错唇内 口距错链筒中屯、距离为Bk化=1,2.;
[0033] (5.3)截面型线拟合:等高线位置错唇截面宽度分别为Xpq(pG0，l，2...;qGl，2， 3...);Ypq(pG0，l，2...;qGl，2,3...)，通过等高线标注方式确定错唇截面上点，并用样条 曲线链接各型值点形成一条光滑的拟合曲线即错唇截面最终型线。
[0034] 有益效果:与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0035] (1)本发明能够同时实现错唇截面型线设计和拉错可靠性试验验证;将设计与制 造环节合二为一，实现同时设计制造满足多种船型的错唇。
[0036] (2)本发明利用展成法进行错唇空间自由曲面的设计，显著的缩短整个错系设计 周期，降低制造成本，所设计的错唇曲面完全符合拉错运动的运动轨迹;等高线错唇截面型 线定义法直观、精确的描绘出错唇各截面型线变化趋势，将复杂的空间曲面W更加符合制 图习惯的形式展现。
[0037] 综上所述，采用本发明设计的错唇省时省力，设计精准，具有广阔的实际应用前 景。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明中截面位置W及单元区域位置示意图；
[0039] 图2为本发明中的错系成型刀具的装配示意图；
[0040] 图3为本发明中错唇等高线截面型线定义法示意图。
【具体实施方式】
[0041] 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。
[0042] 实施例1:
[0043] 本实施例W某船型为例，对本发明方法进行进一步说明：
[0044] (1)、根据拉错运动过程中错杆5、错冠(座)6与错唇3面接触类型将错唇3分为四个 区域单元:左错尖扫掠区域单元、右错尖扫掠区域单元、错杆5翻转区域单元、错冠(座)6移 动覆盖区域单元，具体包括W下步骤：
[0045] (1.1)根据不同船型首先将错唇3进行截面划分，按照逆时针旋转方向分别令其为 第一截面至第八截面，该8个截面在错唇3上相对布置位置通过角度控制：第一截面与第二 截面之间角度Xi = 49%第二截面与第=截面之间的角度X2 = 38%第=截面与第四截面之间 的角度X3 = 41°;第四截面与第五截面之间角度X4 = 52°;第五截面与第六截面之间角度Xs = 49%第六截面与第屯截面之间角度X6 = 38%第屯截面与第八截面之间角度X7 = 41%第八截 面与第一截面之间角度为X8 = 52°。
[0046] (1.2)将错唇3的八个截面位置确定后，再W水平线、竖直线为基准，将错唇3的八 个截面外加基准之间的角度关系定义为JG护），其中，第一截面与竖直线之间 的夹角Yi3 = 30°;第二截面与竖直线方向夹角￥1=19%第四截面与水平线方向夹角￥4 = 8°; 第八截面与水平线方向夹角Yii = 8%第五截面和第六截面与竖直线方向夹角分别为Y7 = 30。'Ys= 19。。
[0047] (1.3)根据实际拉错时，错冠(座)6、错杆5的运动状态，首先W错唇3的第四截面为 基准，逆时针旋转29°做一条边界线，此区域错贴合错唇3时，左侧错尖绕着错唇3表面进行 旋转运动，从竖直方向到所做边界线处即左错尖扫掠单元，角度为127%错冠(座)6底部绕 着错唇3表面发生移动的区域为错冠(座)6移动覆盖单元，从所作边界线开始到第屯截面位 置所经过的区域，角度为110%此外，右错尖在贴合错唇3过程中运动扫掠区域为右错尖扫 掠单元，即第屯截面到竖直方向所经过的区域，角度为123°。在错冠(座)6为接触到错唇3前 的拉错过程中，错杆5在错唇3内口处运动并发生反转动作，直到错冠(座)6与错唇3完全贴 合位为止，错杆5整个运动过程中翻转区域为错杆5翻转单元，即从水平方向到第八截面所 经过的区域，角度为180°。
[0048] 其中，错杆5安装于错冠6,错唇3通过错链4连接于错杆5。
[0049] (2)、参照错杆5、错冠(座)6几何外形按照1:1比例制作展成加工的成型刀具，包括 W下步骤：
[0050] (2.1)根据船型设计W及吨位需求，确定与之相配合的确定错杆5的类型为尖头倒 圆角错杆5,错冠(座)6为重3240kg的AC大抓力错。
[0051] (2.2)展成设计过程中的展成刀具选择。根据已确认好的错杆5、错冠（座)6模型， 查询国标进行1:1成型刀具的定制。
[0052] (3)、进行反复拉和放错动作，利用步骤(2)种定制的成型刀具在错唇3上进行来回 往复的走刀运动实现粗巧展成加工，初步形成错唇3曲面形状；
[0053] (4)、改变不同起错状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对错唇3曲面的光顺设计， 包括W下步骤：
[0054] (4.1)改变不同起错状态，保证展成加工时错杆5与错唇3下口、错杆5与错链筒1下 口，错唇3与错冠(座)6之间充分接触。
[0055] (4.2)各起错状态下进行反复拉错动作，实现错冠(座)6相对错唇3的内翻顺时针 贴合、内翻逆时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态。
[0056] (4.3)根据实际设计要求满足横倾1度、纵倾2度;横倾3度、纵倾1度两种实际海况。 调整错唇3的错链筒1位置到极限位置再进行拉错动作，完成所有拉错状态后，再进行展成 运动对错唇3曲面进行光顺。
[0057] (5)、利用等高线错唇3截面型线定义法表示错唇3各截面形状，包括W下步骤：
[0058] (5.1)错唇3截面等高线划分:测量错唇3截面最高值850mm，相邻两等高线之间距 离50mm，等份成17份，则错唇3最高点离最近等高线距离Si = 43.65mm, S2 = 35.63mm。
[0059] (5.2)错唇3截面宽度表示:过错唇3最高点作垂线，将错唇3分为左右两部分。测其 离错链筒1和错唇3中屯、点之间距离分别为Ti = 332.19mm;T2 = 411.71mm;各错唇3截面总宽 度为^ = 547.01臟;L2 = 1057. OCtoim;错唇3内口距错链筒1中屯、距离为Bi = B2 = 145.00讓。其 中，错唇3通过错台2和错链筒1固定。
[0060] (5.3)截面型线拟合:等高线位置错唇3截面宽度分别为Xpq(pG0，l，2...;qGl，2， 3...);Ypq(pG0，l，2...;qGl，2,3...)。通过样条曲线拟合各型值点即错唇3截面最终型 线，其中Xpq、Ypq具体数值如表1、表2所示。
[0061] 表1(单位:mm)
[0062]
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【主权项】
1. 一种边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于:依次包括以下步骤： (1) 根据拉锚运动过程中锚杆、锚冠与锚唇面接触类型，将锚唇分为四个单元：左锚尖 扫掠单元、右锚尖扫掠单元、锚杆翻转单元和锚冠移动覆盖单元； (2) 参照锚杆和锚冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具； (3) 进行反复拉、放锚动作，利用成型刀具进行粗坯展成加工，初步形成锚唇曲面形状； (4) 改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇曲面的光顺设计； (5) 利用等高线锚唇截面型线定义法表示锚唇各截面形状。2. 根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于:所述步骤（1)包 括以下步骤： (1.1) 将锚唇分为8个截面，逆时针方向分别为第一截面至第八截面，锚唇各个截面之 间夹角为Xi(l$i彡8，ieN*); (1.2) 以水平、竖直线为基准，将锚唇八个截面之间角度重新定义为乃（l<j<13，je N*)，其中 Xi = Y1+Y13; X3 = Y3+Y4 ; X4 = Y5+Y6 ; X5 = Y7+Y8 ; X7 = YlQ+Yl 1; (1.3) 以锚唇的第四截面为基准，逆时针旋转Y5做一条边界线，则左锚尖扫掠单元为锚冠移动覆盖单元为&锚尖扫掠单元为锚杆翻转单元〉3. 根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于:所述步骤(2)包 括以下步骤： (2.1) 根据船型设计需求，确定与之相配合的锚杆、锚冠类型，确定锚杆、锚冠（座）（6) 的外形尺寸及三维形状； (2.2) 根据实船拉锚动作中的锚杆和锚冠模型，进行1:1成型刀具的定制。4. 根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于:所述步骤(4)包 括以下步骤： (4.1) 改变不同起锚状态，保证展成加工时锚杆与锚唇下口、锚杆与锚链筒下口以及锚 唇与锚冠之间发生相对移动、翻转时所有可能发生接触的区域充分接触； (4.2) 各起锚状态下进行反复拉锚动作，实现锚冠相对锚唇的内翻顺时针贴合、内翻逆 时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态； (4.3) 结合实际海况中船体因为外界风浪等因素发生的±5°的横倾和±3°的纵倾现象 进行极限位置拉锚动作并对锚唇曲面进行光顺。5. 根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于:所述步骤(5)包 括以下步骤： (5.1) 锚唇截面等高线划分:测量锚唇截面最高值H，相邻两等高线之间距离h，等分成m 份，则错唇最1?点尚最近等1?线距i^Sk(k=l，2...)满足以下关系： H=m*h，其中m e N* 且 5， 锚唇总高度H+Sk=m*h+Sk，其中meN*且m彡5;k=l，2...; (5.2) 锚唇截面宽度表示:过锚唇最高点作垂线，将锚唇分为左右两部分，测其离锚链 筒锚唇中心点之间距离为Tk(k=l，2...) ;各锚唇截面总宽度为Lk(k=l，2...);锚唇内口距 锚链筒中心距离为Bk(k=l，2...); (5.3)截面型线拟合：等高线位置锚唇截面宽度分别为XPq(pe〇，l，2. . . ;qei，2， 3...);YPq(pe〇，l，2...;qei，2,3...)，通过等高线标注方式确定锚唇截面上点，并用样条 曲线链接各型值点形成一条光滑的拟合曲线即锚唇截面最终型线。
【文档编号】G06T17/20GK105956217SQ201610237990
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】刘志强, 纪飞飞, 奚浩, 孙琦, 钱兴达
【申请人】江苏科技大学