翻领式成型器的计算机辅助设计.pdf
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翻领式成型器的计算机辅助设计余群,吴志军(武汉工业学院,武汉430023)摘要:
根据翻领器交接曲线和边界曲线的数学模型,分析了在设计中存在的问题,提出了解决方法,并且用软件实现了翻领器设计的可视化和自动化,大大提高了翻领器设计的效率和质量。
关键词:
翻领式成型器;领口曲线;计算机辅助设计;放样图中图分类号:
TB48212;TP391172文献标识码:
A文章编号:
1001-3563(2005)05-0101-03收稿日期:
20050809作者简介:
余群(1976-),男,武汉人,武汉工业学院讲师,主要从事机械设计、工程图学的科研和教学。
Computer-aideddesignoflapelshaperYUQun,WUZhijun(WuhanPolytechnicUniversity,Wuhan430023,China)Abstract:
Baseonthemathematicalmodelofneckbandcurveandfringecurveofthelapelshaper,thispaperanalysedsomeexitingproblemintraditionaldesign,andgaveamethodtosolveit.Alsoitprovidedsoftwaretorealizethevisualizationandautomatizationofdesign.Andasaresult,itenhancestheefficiencyandqualityofthelapelshaperdesign.Keywords:
lapelshaper,neckbandcurve,CAD,loftinggraph在常见的制袋%充填%封口的多功能包装机中,翻领成型器是一个关键部件。
它是利用其内外成型表面,使薄膜在输送过程中强迫成型的原理而设计的一种制袋成型器。
翻领式成型器的设计方法有多种,其过程一般都是求取并作出领口交接曲线,以该曲线作为依据,在生产中进行放样、下料,并校验所制成翻领式成型器1。
因而设计翻领成型器的主要工作量就集中在如何快捷地计算出大量的轨迹点,然后通过试验、比较,优选出合适的翻领曲线4,其关键就是领口交接曲线的计算和绘制。
然而交接曲线数学模型的复杂决定了曲线计算和绘制的复杂性,同时在实际设计中,由于曲面干涉等问题的存在,有时虽然能够计算并绘制出翻领器的放样图,然而却形成不了一个有效的翻领器曲面,这无形中就大大延长了成型器的设计周期。
因此快速、精确、有效的设计和绘制领口曲线就显得十分必要了。
1领口曲线的数学模型由于很多书籍(见文献12)对领口曲线的数学模型都作了比较详尽的论述,本文就不加详述了,只给出几个主要的数学公式并作必要的推导,相关参数见图1、2。
成型器领口交接曲线上某点P在xoy平面上的投影为Q,令弧长NQ=u,P点的高即为交接曲线,P点的直角坐标值为xp=rcos,yp=rsin,zp=()
(1)图1翻领器结构参数计算图图2翻领器展开图示意图Fig.1TheviewofdesignparameterFig.2Theexpandedofthelapelshaperviewofthelapelshaper其中:
()=h-etanu-rsin+r(ecos-r)(1-cos)+12u2e(1+sin)
(2)u=r101余群等翻领式成型器的计算机辅助设计e=22-2r2h(1+sin)-atan-2rcos(3)因此,交接曲线SCS平面展开图的参数方程为(N点作为原点):
x=ry=()0和x=-ry=()0(4)在设计时,有2a=2r,并通常使b=h,翻领后倾角的范围为-6060;其中e的通常取值范围为:
0e4acos+cos+atan1+sin又当取b=h时有:
tan=ab=ah得:
hh1=(a4+r)cos+(a4+r)2cos2+42(1+sin)2(1+sin)(6)h通常在h1附近取整数值。
由以上各公式可见,设计中只要先确定料管半径r,后倾角,和最大高度h,就可以做出领口交接曲线和翻领器曲面的展开图。
然而在实际设计中,由于翻领器的边界曲线AS和BS同样与r、a、h以及公式
(2)有关3;同时出于试验的需要,有时在设计时要根据需要,不断地调整各个参数的数值,通过比较优选出合适的翻领器,例如b和h的值就可能作适当调整从而并不相等,这些都可能会导致:
根据上述数学模型设计出来的翻领器可能会产生内外曲面的干涉现象而不能构成理想的翻领曲面,因此有必要进一步的讨论。
2边界曲线的数学模型参考文献3给出了边界曲线的三维空间曲线的数学模型,本文只给出必要的公式。
边界曲线的参数方程为:
x=r-ecos+(rcos-r+ecos)u()y=-etan+(rsin+etan)u()z=esin+h+()-esin-h)u()0(7)u()=(b+e)tansin+()(rcos-r+ecos)2+(rsin+etan)2+()-esin-h2()=arccosf2()+(e/cos)2-h-()2-(r)22(e/cos)f();f2()=(etan+r)2+()-(h-e)23干涉问题的讨论上文已经提到,由于各种因素的存在,即使设计满足领口曲线和边界曲线数学模型,也还是会有可能出现曲面干涉现象。
为了不发生曲面间的干涉,必须使边界曲线AS和BS的俯视图上的任一点P到圆心O的距离不小于料管半径r(见图3),OPr,即x2+y2r2,并在点S处(=)取等号,其中x,y由式(7)确定。
图4则是一个在F点就开始发生干涉的俯视图。
如果发生干涉,就必须调整参数,这样才能保证翻领器设计的有效性。
图3边界曲线俯视图图4干涉示意图Fig.3TheplanformFig.4Thesketchmapofthefringecurveofinterference4软件的设计由上文可以看出,翻领器领口曲线的计算是相当繁琐的,特别是干涉的检查,用人工进行计算几乎使不可取的,必须借助计算机来实现。
为了更加方便、快速、有效且直观的设计翻领器,一个友好的人机界面是必不可少的,由于VC+6.0具有强大的图形绘制和打印功能,因此运用VC+6.0作为开发工具。
图5输入界面
(1)Fig.5Theinputinterface
(1)201包装工程PACKAGINGENGINEERINGVol.26No.62005.12本软件能够根据用户输入的参数(r、)自动计算出满足成型条件(即不发生干涉)的其它各种参数(如h、b等)或者让用户参考已算出的参数自行输入各个参数,大大增强了设计的灵活性;能够直观的显示翻领器的平面展开图,并且还能够通过图形的方式反映出是否发生曲面干涉,保证了设计的有效性。
图5是软件的参数输入界面,用户只需要输入料管半径r和后倾角,就可以计算出相应的h值和b值,同时用户还可以根据这个值自行输入h和b的值(见图6)。
图6输入界面
(2)Fig.6Theinputinterface
(2)本文给出了一个算例,r=50mm,=45,通过软件计算得出h=b=165mm,图7是视图的输出界面,清楚直观地显示了展开图形和俯视图。
如果为了使成型器结构紧凑,将b调整为150mm时,就发生了干涉现象,并且弹出对话框以显示一些干涉信息(见图8):
当=179.80时,即接近S点处就开始发生干涉现象,此时OP=49.994mm。
(S和OP见图3)图7输出界面
(1)Fig.7Theoutputinterface
(1)同时,本软件还具有打印预览(见图9)和打印功能,这样就可以根据打印出来的放样图直接铺在材料上描点,避免了用人工进行测量描点的繁琐性、低效性和不精确性,大大的提高了放样和下料的效率和精度,从而提高了翻领器的设计效率和质量,有很强的实用价值。
图8输出界面
(2)Fig.8Theoutputinterface
(2)图9打印预览界面Fig.9Theprintpreviewinterface5结语文中通过讨论翻领器交接曲线和边界曲线的数学模型,分析了在设计中存在的一些问题,提出了解决方法,并且用软件实现了翻领器设计的可视化和自动化,大大提高了翻领器设计的效率和质量。
参考文献:
1许林成,彭国勋,等.包装机械M.高等院校试用教材(余不详)2许林成,等.包装机械原理与设计M.上海:
上海科学技术出版社,19883周一届,储志俊,等.翻领成型器曲面研究J.包装工程,2004,25
(1):
18-264伍冬生.翻领成型器交接曲线研究的现状与进展J.包装工程,1999,20(3):
45-49301余群等翻领式成型器的计算机辅助设计
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