基于solidworks的热轧生产线三维实体参数化设计

基于solidworks的热轧生产线三维实体参数化设计

1设备三维建模金属丝绸机是批成本的小产品，生产方法在生产之间没有重复。即使同一规格的加热线的配置也不同。在设计每个炎热生产线时，都会完成一次新的工作。但是,生产线内部的单台设备具有相似性,不同规格的生产线根据要求可以采用结构相同、尺寸不同的单机设备来进行配置。同时,热轧设备复杂、零部件多、设计难度大,容易出现结构不合理、干涉等现象,还具有零部件质量大、价格成本高等特点,如果由于设计原因造成报废,企业损失太大。传统的二维工程图纸设计方法设计效率相对较低,对复杂零部件很难进行联装及干涉检查。随着三维实体建模技术的广泛应用,基于三维实体模型的冶金设备设计已经成为发展趋势,该设计方法在国外已经得到广泛应用。本文以某热轧生产线轧机区设备的设计为例,按功能对设备进行了分解。采用三维设计软件SolidWorks,根据其强大的三维建模功能,对设备各个功能组件进行了三维实体参数化建模设计。根据三维实体模型,直接生成二维平面施工图纸。该设计方法大大节省了设计时间,提高了设计准确性和设计效率。2辊辊机主要装配成分配装置在结构和功能上,该轧机区主要分入、出口工作辊道及推床、机架辊、四辊轧机机架装配、工作辊支承辊装配、换辊及标高调整装置、压下装置、导卫除鳞装置、主传动及平衡装置、支承辊平衡装置、换辊机、轧机平台等部分。根据各个部分的结构特点,分别对其进行了功能描述及建模设计。2.1口推床的参数化设计入、出口工作辊道主要功能是将轧件运输到四辊轧机进行轧制,其结构主要包括电机、联轴器、辊子装配、辊道架、电机底座等。入、出口推床的作用是将轧件对中于轧制中心线,其主要包括推板、传动装置、液压缸等。在参数化建模设计时,首先根据功能将入、出口辊道及推床中各个独立的零件作为基本单元进行零件建模,然后进行模型装配。考虑入、出口辊道、推床结构的相似性,尽量采用借用的方式进行零部件的操作,以节省系统资源。考虑辊道和推床之间的紧密关系,通过对两台设备的联装,进行结构检查。整体结构如图1所示。2.2u3000辊体与成辊装置机架辊的用途是配合四辊轧机对轧件的咬入以进行轧制。机架辊分为入口、出口机架辊,主要由辊体、传动装置及锁紧装置组成。辊体包括辊身、轴承、轴承座、密封等;传动装置包括电机、联轴器等;锁紧装置为门式结构,将轴承座锁紧固定在轧机机架内。建模时采用了零件独立参数化建模,相同零件互相借用的方法,总体结构如图2所示。2.3部件装置部分设计如图3所示,机架装配由操作侧机架、传动侧机架、地脚板上、下横梁、工作辊平衡、耐磨衬板、固定轨道、主传动轴定位装置、轴端卡板等组成。根据功能的不同,各个部分又由相应的子部件组成。设计该部分结构时,根据机架零部件结构复杂、相互配合部分多的特点,采用了自顶向下的设计方法,先建立总体模型文件,再建立机架的模型,然后根据机架模型作为参考建立其它相关零件和部件装置的模型。这样,通过互相参考和配合,提高了设计的准确性和效率。2.4轴承辊装配模型如图4所示,工作辊装配由工作辊、轴承座、轴承、工作辊护板、衬板等组成,工作辊轴承座内部有轴承、密封、轴套等零件。如图5所示,支承辊装配由支承辊、轴承座、油膜轴承、耐磨衬板等组成,上下辊系之间有换辊托架用于换辊。该部件中八个轴承座的结构最复杂,两两具有相似性,根据参数化设计,建立其中四个模型,然后可通过参数输入及修改生成另外四个轴承座。滑板等的设计采用参数化设计生成比较方便。2.5下无明显差异的承载机装置如图6所示,换辊及标高调整装置由横移液压缸、步进板、滑架、固定架和提升缸等组成。位于下支承辊的下面,主要用于轧辊磨损后的轧制线标高补偿和更换支承辊。该装置有两种液压缸,产生横移和抬升两种运动,建模时主要考虑装置可以实现这两种运动。部分零部件的建模用机架装置来进行参照以保证相互的配合关系。2.6维建模设计压下装置主要包括压下减速机、电机、离合器、球面垫装置、压下螺丝螺母、AGC液压缸等部分。如图7所示,压下装置安装在轧机机架上面,其运动传递为两台电机通过蜗轮减速机、压下螺丝和螺母将旋转运动转变成上下直线运动。三维模型设计时,蜗轮和蜗杆齿面啮合是模型最复杂的部分,通过SolidWorks的扫描切除和阵列功能可以实现。压下运动的模拟则可以在装配模型中实现。2.7集管装置设计导卫除鳞装置安装在轧机机架内,通过提升缸挂在支承辊平衡梁上,可随平衡装置一起升降。如图8所示,导卫装置主要包括导卫架、提升缸、工作辊冷却、支承辊冷却、高压水除鳞、吹扫等集管装置。以焊接件和管件为主,虽然结构比较复杂,但建模方法简单。2.8横向平衡装置如图9所示,主传动装置由万向接轴、平衡装置组成。万向接轴用于传递主电机的动力,带动工作辊转动。平衡装置则用于平衡万向接轴的重量。万向接轴结构为滑块式接轴,平衡装置由焊接底座、液压缸、连杆等结构件组成。模型设计时,分别对传动和平衡进行零件设计,然后进行模型联装,调整位置,并进行检查。2.9平衡各部件引起的间隙支承辊平衡由平衡缸、横梁及连接梁等组成,用来平衡上支承辊、液压AGC缸等部件的重量,消除压下螺丝和螺母、上轴承座与AGC缸之间的间隙。如图10所示,该装置主要结构为焊接件,建模容易。2.10这个平台是一个重型机枪平台轧机平台(图11)安装在轧机顶部,用于行人、检修等操作。主要包括平台和扶梯两部分。该部分结构以焊接件为主。2.11工作辊推拉缸来辊换辊机包括工作辊换辊机和支承辊换辊机,如图12所示。工作辊换辊机用于更换四辊可逆轧机的工作辊,由推拉液压缸、固定盖板两大部分构成。固定盖板为焊接结构,推拉缸用于将工作辊拉出、推入机架内。支承辊换辊机由轨道、换辊车组成,轨道是整体焊接结构件,换辊车由焊接结构的车体、电机和蜗轮减速机等部件组成。该部分模型的蜗轮减速机建模比较复杂,与压下减速机建模方法相同。3统一装配顺序和方法根据对前述各个独立部件进行的三维模型设计,将所有部分的模型进行整体装配,得到了整个轧机区的三维实体模型。如图13所示。由于轧机区模型结构复杂、子部件数量多,使用三维实体模型进行设计可以方便的进行装配分析。根据实体模型的直观性,可以方便地确定部件内部各零件的装配顺序和部件间的装配顺序,组成总体模型。例如,轧机机架装配由机架、地脚板、上下横梁等多个部件和零件组成。根据实体模型,可以很顺利地确定各个零部件的装配顺序。同时,在确定装配顺序和方法时,还可以检验结构设计是否合理。如下横梁是在两片机架就位后再装配的,由于该零件安装在牌坊内侧的底部,安装时下横梁能否顺利放置进去,根据实体模型可以很清晰地确定放置时是否与牌坊干涉。根据实体模型十分方便地进行干涉检查。设计时,部件内部零件的干涉和结构不合理比较容易发现,但是部件之间是否存在干涉或结构的不合理则较难发现。采用三维模型进行虚拟装配,将所有的部件全部安装成虚拟机械系统,通过三维模型软件的干涉检查模块,可以方便地确定模型系统是否存在干涉现象,避免设计错误。4维设计软件的应用三维实体模型的最重要优点就是可以将立体模型转化成二维工程图纸,几乎所有的三维设计软件都具有该功能。根据二维图纸,通过添加相应的制造信息,就可以得到最终的施工图纸。该方法不但方便快捷、而且准确无误。同时,使用该方