专利名称：数控样箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船体复杂曲面外板成型对样检测设备，尤其涉及一种自动快速成型，并可循环使用的高精度数控样箱。
背景技术：
在船舶建造行业，对于有曲度的船体外板需根据其型线数据进行弯曲成型加工。为保证构件加工形状的准确性，对于可展外板，船厂当前通常采用铝制活络三角样板对样，也有部分船厂仍采用木制三角样板对样，测量板材成型与否。对于型线复杂且不能近似展开的船体外板，则通过木制样箱进行检验，样箱的外部曲面就是所加工船体外板的内表面，也就是船体理论表面的正加工部分。样板、样箱数据是通过专用软件进行计算机放样而得到的。木制三角样板，需要在放样间进行1:1实尺放样，制作周期冗长，需要消耗大量的木材而又不能重复使用，生产效率低下。活络样条虽取消1:1放样并且可以循环使用，但所需数量仍然很大，且人工调节成型时间长，存储占用空间大。木制样箱是目前进行复杂曲度船体外板检验的主要工具，但制作周期冗长，需要消耗大量的木材而又不能重复使用，生产效率低下，且对加工环境造成污染。中国专利公开号为CN 202024741 U的“数控样板”，采用多点自动成型技术避免了木制三角样板和活络样条的弊端，但尚未解决复杂曲度板材检验的问题。
发明内容为了解决现行船厂复杂曲度外板检测过程中，因使用木制样箱而产生的一系列问题，本实用新型旨在提供一种数控样箱，它可以直接利用计算机船舶建造系统所提供的船体外板数据，尤其是纵横向弯曲度较大的外板、艏柱艉柱板、轴壳包板等线型复杂不能近似展开的外板的数据，通过微机控制使数控样箱通过机械运动形成指定样箱曲面。数控样箱具有可循环使用、成型迅速、成型精度高、保留工人生产习惯等特点。为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为包括样箱框架、由一块固定电动样板、与多块移动电动样板组成的电动样板阵列和形成曲面包络网格的弹簧钢带。样箱框架包括长方形的上部骨架与下部骨架、四根斜支柱和两根立柱，由斜支柱与立柱上端与下端分别连接上部骨架和下部骨架构成梯形斗状结构；上部骨架包括偶数根撑杆与两根上部纵梁；下部骨架包括两根下部纵梁和两根横梁；下部骨架纵梁上开有供移动电动样板调节间距的导槽；在上部骨架两根纵梁的侧面与下部骨架的两个纵梁的顶面装有刻度尺，用以方便移动电动样板间距调整；组成电动样板阵列的固定电动样板与移动电动样板包括样板骨架、固定手抒、多个电动推杆；固定电动样板的样板骨架包括样板上梁与样板下梁、固定加强梁、两根加强立杆和各自的联结结构，左右对称布置的两根加强立杆下端通过T型螺栓固定样板下梁，上端穿过样板上梁紧固固定加强梁，构成固定电动推杆的样板骨架，多个电动推杆等距离布置在固定电动样板的样板骨架之间；一块固定电动样板固定安装在样箱框架的横向居中处，其上部靠固定加强梁上两两配对的四根翅杆直接通过固定螺钉固定在样箱框架的上部纵梁上，下部靠其样板下梁两端通过固定手拧直接固定在样箱框架下部纵梁中点；移动电动样板的样板骨架包括样板上梁与样板下梁、移动定加强梁、两根加强立杆和各自的联结结构。多块移动电动样板靠移动加强梁上安装的带吊装横杆的两根吊装立杆构成吊耳框吊装在样箱框架的上部纵梁上，并由固定螺钉锁定，其下部靠其样板下梁两端通过固定手拧锁紧在样箱框架下部纵梁的导槽内；多块移动电动样板等距离对称布置在居中位置的固定电动样板的两侧。所述的电动推杆包括行程控制组件、推杆本体和样条支撑头；行程控制组件包括固定块、电路板、光电开关和码盘；装有光电开关的电路板由固紧螺丝安装在固定块上，固定块套装在推杆本体基座上，再通过固紧螺丝锁紧在耳块下面；码盘由正反螺帽锁紧在耳块端的丝杆上，嵌入光电开关的U型口内，实现码盘功能。所述的推杆本体包括推杆本体基座、带变速箱的驱动电机、带丝杆的推杆和带上下限位开关的筒体；驱动电机接收到微电脑指令通过变速箱驱动丝杆带动推杆运动，推杆行程由安装于丝杆上端的码盘反馈给微电脑，按照微电脑指令执行推杆伸缩到指定长度。所述的样条支撑头包括支撑座、滚轮与托片；支撑座是一个中间掏空的斗状，斗底中心通过螺丝固定在伸缩杆端部，滚轮通过滚轮轴固定在斗内，托片两端套装在支撑座上，用螺栓紧固，使托片能以滚轮轴为圆心做适当角度转动，托片U型开口与横向弹簧钢带长度方向一致，使托片直接托起横向弹簧钢带，且横向弹簧钢带可沿自身长度方向与下面托片、上面纵向弹簧钢带相对滑动；在托片壁面开有托片窗，窗口宽度和高度适当，让纵向弹簧钢带通过左窗口入穿过横向弹簧钢带上面、滚轮下面从右窗口出，滚轮随纵向弹簧钢带移动而转动，并与横向弹簧钢带相对滑动；样条支撑头通过紧固螺丝安装在电动推杆本体端部，托起并限制纵向弹簧钢带与横向弹簧钢带并随受微电脑控制的电动推杆上下移动，使横向弹簧钢带和纵向弹簧钢带按照造船系统提供的样箱数据形成于光顺的四边形网状样箱曲面。本实用新型利用计算机所提供的船体外板数据，精确、迅速成型，保留了工人使用样箱对具有复杂曲面的船体外板进行检验的习惯，与此同时又可以反复使用，避免了制作木制样箱所需要消耗的大量木材，节省资源，实现数字化绿色造船，缩短建造周期并在一定程度上降低了造船成本。
图1为本实用新型立体结构示意图。图2为本实用新型样箱框架立体结构示意图。图3为本实用新型固定电动样板结构示意图。图4为本实用新型移动电动样板结构示意图。图5为本实用新型电动推杆结构示意图。图6为本实用新型行程控制组件立体结构示意图。图7为本实用新型样条支撑头结构正视示意图。图8为本实用新型样条支撑头结构侧视示意图。[0020]图9为本实用新型样条支撑头立体结构示意图。图中1.样箱框架,2a.固定电动样板,2b移动电动样板,3.弹簧钢带,3a.纵向弹簧钢带，3b.横向向弹簧钢带，4.船体加工曲板，11上部纵梁，12上部撑杆，13刻度尺，14下部纵梁，14a导向槽，15下部横梁，16斜支柱，17立柱，21a.样板上梁，21b.样板下梁，21cl.固定加强梁，21c2.移动加强梁，21d.加强立杆，21e.手拧固定块，21f.翅杆，21g.吊装立杆，21h.吊装横杆，22.固定手拧，23.电动推杆，23a.行程控制组件，23b.推杆本体，23c.样条支撑头，23al.固定块，23a2.电路板，23a3.光电开关，23a4.码盘，23b.电动推杆本体，23bl.推杆本体基座，23b2丝杆，23b3伸缩杆，23b4.耳块，23cl.支撑座，23c2.滚轮，23c3.托片，23c4连接螺丝，23c5滚轮轴，23c6. U型开口，23c7.托片窗，23c8.螺栓。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括样箱框架1、电动样板阵列和弹簧钢带3。如图2所示，样箱框架I包括长方形的上部骨架与下部骨架、四根斜支柱16和两根立柱17，斜支柱16和立柱17上端与下端分别连接上部骨架和上部骨架，构成梯形斗状结构。上部骨架包括偶数根上部撑杆12与两根上部纵梁11，承负着固定电动样板2a和移动电动样板2b所有重量。下部骨架包括两根下部纵梁14和两根横梁15，起固定电动样板的作用。其纵梁14为U型截面，在纵梁长度方向上安装移动电动样板2b的区间内开有供可移动电动样板调节间距的导槽14a，导槽14a长度依各移动电动样板安装位置与移动距离不同而不同。样箱框架I选材为工业铝型材，相互之间的连接用螺钉紧固。电动样板阵列包括一块固定电动样板2a如图3所不,和2M (M取值的取决于待测量板材长度)块移动电动样板2b如图4所示。固定电动样板2A的样板骨架包括样板上梁21a与样板下梁21b、固定加强梁21cl、两根加强立杆21d和各自的联结结构，左右对称布置的两根加强立杆21d下端通过T型螺栓固定样板下梁21b，上端穿过样板上梁21a紧固固定加强梁21cl，构成固定电动推杆23的样板骨架，多个电动推杆等距离布置在固定电动样板2a的样板骨架之间；一块固定电动样板2a固定安装在样箱框架I的横向居中处，其上部靠加强梁21c上两两配对的四根翅杆21f直接通过固定螺钉固定在样箱框架I的上部纵梁11上，下部靠其样板下梁21b两端通过固定手拧22直接固定在样箱框架I下部纵梁14中点；移动电动样板2b的样板骨架包括样板上梁21a与样板下梁21b、移动定加强梁21c2、两根加强立杆21d和各自的联结结构。2M块移动电动样板2b靠移动加强梁21c2上安装的带吊装横杆21h的两根吊装立杆21g构成吊耳框吊装在样箱框架I的上部纵梁11上，并由固定螺钉锁定，其下部靠其样板下梁21b两端通过固定手拧22锁紧在样箱框架I下部纵梁14的导槽14a内；2M块移动电动样板2b等距离对称布置在居中位置的固定电动样板2a的两侧。如图5所示，电动推杆23包括行程控制组件23a、推杆本体23b和样条支撑头23c。每块移动电动样板2b与固定电动样板2a的电动推杆23的数量相等，均为(2N+1) (N取值的取决于待测量板材宽度)个，电动推杆23沿电动样板宽度方向的间距相等，其间距大小按照船舶建造系统所提供的数据而定。如图6所示，行程控制组件23a，它包括固定块23al、电路板23a2、光电开关23a3和码盘23a4。装有光电开关23a3的电路板23a2由固紧螺丝安装在固定块23al上，固定块23al套装在推杆本体基座23bl上，再通过固紧螺丝锁紧在耳块23b4下面；码盘23a4由正反螺帽锁紧在伸出推杆本体基座耳块23b4端的丝杆23b2上，嵌入光电开关23a3的U型口内，实现码盘功能。光电开关23a3接收由电动推杆23直线位移量转换为角位移量，将机械位移转换成电脉冲系列，由微电脑计数为与推杆直线位移量相对应的脉冲数。推杆本体23b包括推杆本体基座23b1、带变速箱的驱动电机、带丝杆23b2的推杆和带上下限位开关的筒体；驱动电机接收到微电脑指令通过变速箱驱动丝杆23b2带动推杆运动，推杆行程由安装于丝杆23b2上端的码盘23a4反馈给微电脑，按照微电脑指令执行推杆伸缩到指定长度。如图7、图8、图9所示，每一组电动推杆末端都安装了一个样条支撑头23c，样条支撑头23c[ (2N+DX (2M+1)个]实现托起纵横交错的弹簧钢带功能。它包括支撑座23cl、滚轮23c2与托片23c3。支撑座23cl是一个中间掏空的斗状，斗底中心通过螺丝固定在伸缩杆23b3端部，滚轮23c2通过滚轮轴23c5固定在斗内；托片23c3两端套装在支撑座23cl上，用螺栓23c8紧固，使托片23c3能以滚轮轴23c8为圆心做适当角度转动，托片23c3的U型开口 23c6与横向弹簧钢带3b长度方向一致，使托片23c3直接托起横向弹簧钢带3b，且横向弹簧钢带3b可沿自身长度方向与下面托片23c3上面纵向弹簧钢带3a相对滑动；在托片23c3壁面开托片窗23c7，托片窗23c7宽度和高度适当，让纵向弹簧钢带3a通过左窗口入穿过横向弹簧钢带3b上面滚轮23c2下面从右窗口出，滚轮23c2随纵向弹簧钢带3a移动而转动，并与横向弹簧钢带3b相对滑动。样条支撑头23c托起并限制纵向弹簧钢带3a与横向弹簧钢带3b在宽度方向上移动，弹簧钢带3随样条支撑头23c上下移动而移动，最终横向弹簧3a和纵向弹簧钢带3b按照样箱数据分别形成光顺曲线，并共同构成四边形网状曲面，也就是船体加工曲板4所需的曲面。最终按照“点一线一面”原理成形的曲面就是数控样箱用于对复杂曲面进行检验的样箱面。
权利要求1.. 一种数控样箱，其特征在于包括样箱框架(I)、由一块固定电动样板(2a)、与多块移动电动样板(2b)组成的电动样板阵列和弹簧钢带(3)； 样箱框架(I)包括长方形的上部骨架与下部骨架、四根斜支柱(16)和两根立柱(17)，由斜支柱(16)与立柱(17)上端与下端分别连接上部骨架和下部骨架构成梯形斗状结构；上部骨架包括偶数根撑杆(12)与两根上部纵梁(11);下部骨架包括两根下部纵梁(14)和两根横梁(15);下部骨架纵梁(14)上开有供移动电动样板(2b)调节间距的导槽(14a);在上部骨架两根纵梁(11)的侧面与下部骨架的两个纵梁(14)的顶面装有刻度尺(13)，用以方便移动电动样板(2b)间距调整； 组成电动样板阵列的固定电动样板(2a)与移动电动样板(2b)包括样板骨架、固定手抒(22)、多个电动推杆(23);固定电动样板(2a)的样板骨架包括样板上梁(21a)与样板下梁(21b)、固定加强梁(21cl)、两根加强立杆(21d)和各自的联结结构，左右对称布置的两根加强立杆(21d)下端通过T型螺栓固定样板下梁(21b)，上端穿过样板上梁(21a)紧固固定加强梁(21c I )，构成固定电动推杆(23 )的样板骨架，多个电动推杆等距离布置在固定电动样板(2a)的样板骨架之间；一块固定电动样板(2a)固定安装在样箱框架I的横向居中处，其上部靠固定加强梁(21cl)上两两配对的四根翅杆(21f)直接通过固定螺钉固定在样箱框架(I)的上部纵梁(11)上，下部靠其样板下梁(21b)两端通过固定手拧(22)直接固定在样箱框架(I)下部纵梁(14)中点；移动电动样板(2b )的样板骨架包括样板上梁(2Ia)与样板下梁(21b)、移动定加强梁(21c2)、两根加强立杆(21d)和各自的联结结构。
2.多块移动电动样板(2b)靠移动加强梁(21c2)上安装的带吊装横杆(21h)的两根吊装立杆(21g)构成吊耳框吊装在样箱框架(I)的上部纵梁(11)上，并由固定螺钉锁定，其下部靠其样板下梁(21b)两端通过固定手拧(22)锁紧在样箱框架(I)下部纵梁(14)的导槽(14a)内；多块移动电动样板(2b)等距离对称布置在居中位置的固定电动样板(2a)的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种数控样箱，其特征在于所述的推杆本体(23b)包括推杆本体基座(23bl)、带变速箱的驱动电机、带丝杆(23b2)的推杆和带上下限位开关的筒体；驱动电机接收到微电脑指令通过变速箱驱动丝杆(23b2)带动推杆运动，推杆行程由安装于丝杆(23b2)上端的码盘(23a4)反馈给微电脑，按照微电脑指令执行推杆伸缩到指定长度。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种数控样箱，其特征在于所述的样条支撑头(23c)包括支撑座(23cl)、滚轮23c2)与托片(23c3);支撑座(23cl)是一个中间掏空的斗状，斗底中心通过螺丝固定在伸缩杆(23b3 )端部，滚轮(23c2)通过滚轮轴(23c5)固定在斗内；托片(23c3)两端套装在支撑座(23cl)上，用螺栓(23c8)紧固，使托片(23c3)能以滚轮轴(23c5)为圆心做适当角度转动，托片(23c3)的U型开口(23c6)与横向弹簧钢带(3b)长度方向一致，使托片(23c3)直接托起横向弹簧钢带(3b)，且横向弹簧钢带(3b)可沿自身长度方向与下面托片(23c3)上面纵向弹簧钢带(3a)相对滑动；在托片(23c3)壁面开托片窗(23c7)，窗口宽度和高度适当，让纵向弹簧钢带(3a)通过左窗口入穿过横向弹簧钢带(3b )上面滚轮(23c2 )下面从右窗口出，滚轮(23c2 )随纵向弹簧钢带(3a)移动而转动，并与横向弹簧钢带(3b)相对滑动；样条支撑头(23c)通过紧固螺丝安装在电动推杆本体(23b)端部，托起并限制纵向弹簧钢带(3a)与横向弹簧钢带(3b)并随受微电脑控制的电动推杆.(23)上下移动，使横向弹簧钢带(3b)和纵向弹簧钢带(3a)按照造船系统提供的样箱数据形成于光顺的四边形网状样箱曲面。
专利摘要本实用新型提供了一种数控样箱，包括样箱框架、电动样板阵列和形成曲面包络网格的弹簧钢带。电动样板阵列的(2N+1)×(2M+1)个样条支撑头托起并带动横向和纵向弹簧钢带随受微电脑控制的电动推杆上下移动，使弹簧钢带按照船体外板数据和“点—线—面”原理形成于光顺的四边形网状样箱曲面。它直接利用计算机船舶建造系统提供的船体外板数据，通过微机控制机械装置形成于指定样箱曲面，可解决现行船厂复杂曲度外板检测时使用木样箱制作周期冗长、消耗大量木材却不能重复使用且对加工环境造成污染的一系列问题。成型快、精度高、不使用木材、保留工人操作习惯，可替代木样箱用于船体复杂曲面外板的成型检测，适用于船舶的建造。
文档编号G01B5/20GK202903105SQ20122052692
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者郑绍春, 赵彬 申请人:武汉理工大学