一种BIM+CAM在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用的制作方法

一种bim cam在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用
技术领域
1.本发明属于钢构件加工技术领域，尤其涉及一种bim cam在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用。


背景技术：

2.在工程建筑体系中，钢结构占据着很重要的地位，目前大部分的钢结构都是采用常规的箱、梁、柱以及其它的钢构件设计完成后，在工厂车间内加工完成，然后用于现场安装就可基本满足使用要求；但是对于一些特殊的建筑来说，如某工程建筑体型新颖，呈类圆、非线性、双曲面、大拇指形状，整体外框架为钢结构，钢结构设计复杂多变，外框圆柱作为造型和传力的载体，设计规格为d1000*50，沿高度方向为弧形布置，空间角度各异安装难度极大；主楼结构的南侧边庭结构，主体为弧形箱型构件和弧形组合水平桁架等组成，整体外形为向内靠拢，结构高度高，跨度大，安装过程中结构易产生变形失稳，同时该工程钢结构曲形设计部位复杂，异形构件数量多，门头结构为空间弯扭曲面拱形结构形式，通过板式结构形成封闭式箱体构造，边庭底部设置两条空间曲型坡道，坡道由中间箱型结构和两侧梯型结构组成，造型控制难度大，钢结构顶部设置双层内外不规则球形穹顶，净高 85m，最大跨度 33m，整体变形控制要求高。
3.该工程主体结构南侧和北侧各分布一座钢拱桥门头拱桥结构，为空间异型曲面拱形结构形式，所有板式结构均为空间弯扭，这种弯扭构件截面随着高度的增加在逐渐变宽；在边庭结构范围内，设置一条蛇形坡道，结构主体也由多个箱型和梯形式弯扭构件组成，这些空间弯扭结构的曲型构件加工制作有很大的难度，单独开模成本巨大，而且这些异形钢结构运输不便，运输时产生形变后难以按安装，影响后续施工。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种bim cam 在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用，通过将bim cam技术应用于钢结构加工中，使得钢构件的加工精度得到保证。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：一种bim cam 在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用，包括以下步骤：s1、深化设计根据钢结构构件的特点用使用bim 技术建立精准三维模型，然后根据模型数据分析及现场安装的实际条件，将空间异形弯扭结构的加工及安装进行分段划分；针对曲形构件在 bim 软件中进行二次深化设计，构件深化模型，深化模型包括外形及内部构造详细的定位和零件形式，通过软件反复进行尺寸校核，部分弯扭构件采用犀牛、cad 等软件进行再次建模确保构件的精确性；s2、构件制作阶段根据 fastcam 下料单，使用专用加工装置进行弯扭构件的壁板加工成型；壁板加
工成型后，曲面钢箱梁节段组装根据 bim 三维模型进行分段模拟安装，明确组装工艺流程，提高组装精度，确保曲型构件加工的精确性；针对弯扭构件加工过程，在bim 三维模型具体展示施工工艺重点部位控制措施，以确保车间构件加工及安装精度与坡口方向等；s3、构件运输阶段针对弯扭钢构件，利用 bim 技术模拟运输形式，提前制定固定装置及运输方案，确保途中构件的稳定性，保证构件精度。
6.进一步的，在步骤s2中，所述的专用加工装置包括冲压机、支撑台、下压板、上压板、塑形装置、定位装置、限位装置、固定板和限位装置，支撑台一端与冲压机相连接，支撑台设置在冲压机连杆的正下方，支撑台上方设有下压板，冲压机连杆的下端设有上压板，下压板的上方和上压板的下方上均设有塑形装置，各塑形装置上均设有定位装置，支撑台侧面设有固定板，固定板上设有限位装置。
7.所述下压板的下部面与支撑台的上部面相连接，下压板的上部面均匀且平行分布若干下插口，各下插口结构相同，各下插口的内壁上均匀且平行分布有下环形槽，各下环形槽结构相同，各下插口的一端均设有下填充孔，下填充孔贯穿下压板的侧面与下插口的内壁面，各下填充孔内均设有密封塞，各下填充孔的上方均设有下固定孔，下固定孔设置在下插口的两端，下插口两端的下固定孔对称设置，下固定孔贯穿下压板的侧面与下插口的内壁面，两对应的下固定孔内设有固定栓，固定栓穿过两下固定孔。
8.所述上压板的上部面与冲压机连杆的下端相连接，上压板的下部面均匀且平行分布若干上插口，各上插口结构相同，各上插口的内壁上均匀且平行分布有上环形槽，各上环形槽结构相同，各上插口的一端均设有上填充孔，上填充孔贯穿上压板的侧面与上插口的内壁面，各上填充孔内均设有密封塞，各上填充孔的上方均设有上固定孔，上固定孔设置在上插口的两端，上插口两端的上固定孔对称设置，上固定孔贯穿上压板的侧面与上插口的内壁面，两对应的上固定孔内设有固定栓，固定栓穿过两上固定孔。
9.所述塑形装置由压模板、连接块和连接板构成，压模板一侧对称设有两个结构相同的连接块，两连接块上均设有卡槽，两连接块一端与压模板相连接，两连接块的另一端设有连接板，连接板与压模板平行设置，两连接块之间的压模板上设有穿孔，穿孔贯穿压模板，穿孔上设有滑槽，穿孔的侧面与滑槽的内壁向连通，穿孔上设有定位装置，定位装置由连接轴、定位环和定位翅片构成，连接轴的下端设置在穿孔内，连接轴在穿孔内一端的侧面设有定位环，定位环侧内壁与连接轴的侧面相连接，定位环设置在滑槽内，连接轴另一端设置在两连接块之间，连接轴在两连接块之间一端的侧面设有至少两个定位翅片，两定位翅片结构相同，定位翅片的一端与连接轴的侧面相连接，对应的两定位翅片的设置在同一水平面上，两侧定位翅片之间设有定位槽，定位槽轴向贯穿连接轴。
10.所述固定板一侧与支撑台的侧面相连接，固定板的上部面设有t型槽，t型槽内设有两个限位装置，限位装置由丝杠、卡环、卡块和固定环构成，丝杠下端设置在t型槽内，丝杠下底面设有卡块，卡块的上部面与丝杠的下底面相连接，卡块的上方设有固定环，固定环的内壁设有内螺纹，固定环的内螺纹与丝杠的外螺纹相互螺纹连接，固定环设置在固定板上方，丝杠的上端设有卡环，卡环套在丝杠上，卡环与丝杠之间通过轴承连接，轴承的外侧面与卡环的内壁面相连接，轴承的内壁面与丝杠的侧面相连接，卡环的侧面环形设有固定
槽。
11.进一步的，在步骤s3中，所述的固定装置包括底板、第一夹板、第二夹板、固定杆、伸缩杆、限位板、紧固装置和气囊，底板为长方形结构，底板的两侧对称设有第一夹板和第二夹板，第一夹板的一侧面与底板的一侧面铰接，第二夹板的一侧面与底板的另一侧面铰接，底板上方设有伸缩杆和紧固装置，第一夹板和第二夹板上均设有固定杆、限位板和气囊。
12.所述底板上部面一侧设有两个固定螺栓，底板上部面另一侧设有两个固定螺栓，底板两侧的固定螺栓对称设置，底板两侧的固定螺栓上均设有紧固装置，底板两侧的固定螺栓之间对称设有第一限位槽和第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽之间均匀分布有伸缩杆，紧固装置由滑板和挡板构成，滑板上对称设有两个限位孔，两限位孔均贯穿滑板的上部面与下部面，滑板上部面的一侧设有挡板，挡板与滑板呈l型设置，挡板的下部面与滑板的上部面相连接。
13.所述第一夹板上部面均匀分布有连接孔，各连接孔的内壁上均设有内螺纹，连接孔内均设有固定杆，固定杆为圆柱形结构，固定杆的下端设置在连接孔内，固定杆下端的侧面设有外螺纹，固定杆的外螺纹与第一夹板连接孔的内螺纹相互螺纹连接，第一夹板的两端均设有限位螺栓，第一夹板靠近第二夹板一侧均匀分布有气囊。
14.所述第二夹板与第一夹板结构相同，第二夹板上部面均匀分布有连接孔，第二夹板各连接孔的内壁上均设有内螺纹，第二夹板连接孔内均设有固定杆，固定杆的外螺纹与第二夹板连接孔的内螺纹相互螺纹连接，第二夹板的两端均设有限位螺栓，第二夹板和第一夹板之间通过限位板连接，第二夹板和第一夹板两侧均设有限位板，限位板上对称式设有两个安装孔，限位板的两安装孔分别套在第一夹板和第二夹板同侧的两个限位螺栓上，第二夹板靠近第一夹板一侧均匀分布有气囊。
15.本发明所述的一种bim cam 在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用，通过将bim cam技术应用于钢结构加工中，使得钢构件的加工精度得到保证；本发明实用性强，使用起来非常的方便，不但可以使用bim cam方法设计计算空间异形曲面钢结构，使得钢架构加工符合设计要求，而且降低空间异形曲面钢结构在后期运输中产生形变的纪律，便于后期施工。
附图说明
16.图1为本发明的专用加工装置立体结构示意图；图2为本发明的下压板截面图；图3为本发明的上压板截面图；图4为本发明的塑形装置立体结构示意图；图5为本发明的定位装置立体结构示意图；图6为本发明的固定板截面图；图7为本发明的限位装置立体结构示意图；图8为本发明的固定装置立体结构示意图；图9为本发明的底板俯视图；图10为本发明的紧固装置立体结构示意图；
图11为本发明的第一夹板截面图；图12为本发明的第一夹板与气囊连接示意图；图13为本发明的第一夹板与气囊连接示意图；图中：1、冲压机；2、支撑台；3、固定板；4、卡环；5、下压板；6、上压板；7、固定栓；8、密封塞；9、下插口；10、下填充孔；11、下固定孔；12、下环形槽；13、上插口；14、上填充孔；15、上固定孔；16、上环形槽；17、压模板；18、连接块；19、连接板；20、卡槽；21、穿孔；22、滑槽；23、连接轴；24、定位环；25、定位槽；26、定位翅片；27、t型槽；28、固定槽；29、丝杠；30、卡块；31、固定环；32、底板；33、第一夹板；34、第二夹板；35、固定杆；36、限位板；37、第一限位槽；38、第二限位槽；39、固定螺栓；40、伸缩杆；41、滑板；42、限位孔；43、挡板；44、限位螺栓；45、连接孔；46、气囊；47、安装孔。
具体实施方式
17.通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
18.结合附图1~13，一种bim cam 在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用，包括以下步骤：s1、深化设计根据钢结构构件的特点用使用bim 技术建立精准三维模型，然后根据模型数据分析及现场安装的实际条件，将空间异形弯扭结构的加工及安装进行分段划分；针对曲形构件在 bim 软件中进行二次深化设计，构件深化模型，深化模型包括外形及内部构造详细的定位和零件形式，通过软件反复进行尺寸校核，部分弯扭构件采用犀牛、cad 等软件进行再次建模确保构件的精确性；s2、构件制作阶段根据 fastcam 下料单，使用专用加工装置进行弯扭构件的壁板加工成型；壁板加工成型后，曲面钢箱梁节段组装根据 bim 三维模型进行分段模拟安装，明确组装工艺流程，提高组装精度，确保曲型构件加工的精确性；针对弯扭构件加工过程，在bim 三维模型具体展示施工工艺重点部位控制措施，以确保车间构件加工及安装精度与坡口方向等；s3、构件运输阶段针对弯扭钢构件，利用 bim 技术模拟运输形式，提前制定固定装置及运输方案，确保途中构件的稳定性，保证构件精度。
19.在步骤s2中，所述专用加工装置包括冲压机1、支撑台2、下压板5、上压板6、塑形装置、定位装置、限位装置、固定板3和限位装置，支撑台2一端与冲压机1相连接，支撑台2设置在冲压机1连杆的正下方，支撑台2上方设有下压板5，冲压机1连杆的下端设有上压板6，下压板5的上方和上压板6的下方上均设有塑形装置，各塑形装置上均设有定位装置，支撑台2侧面设有固定板3，固定板3上设有限位装置。
20.所述下压板5的下部面与支撑台2的上部面相连接，下压板5的上部面均匀且平行分布若干下插口9，各下插口9结构相同，各下插口9的内壁上均匀且平行分布有下环形槽12，各下环形槽12结构相同，各下插口9的一端均设有下填充孔10，下填充孔10贯穿下压板5
的侧面与下插口9的内壁面，各下填充孔10内均设有密封塞8，各下填充孔10的上方均设有下固定孔11，下固定孔11设置在下插口9的两端，下插口9两端的下固定孔11对称设置，下固定孔11贯穿下压板5的侧面与下插口9的内壁面，两对应的下固定孔11内设有固定栓7，固定栓7穿过两下固定孔11。
21.所述上压板6的上部面与冲压机1连杆的下端相连接，上压板6的下部面均匀且平行分布若干上插口13，各上插口13结构相同，各上插口13的内壁上均匀且平行分布有上环形槽16，各上环形槽16结构相同，各上插口13的一端均设有上填充孔14，上填充孔14贯穿上压板6的侧面与上插口13的内壁面，各上填充孔14内均设有密封塞8，各上填充孔14的上方均设有上固定孔15，上固定孔15设置在上插口13的两端，上插口13两端的上固定孔15对称设置，上固定孔15贯穿上压板6的侧面与上插口13的内壁面，两对应的上固定孔15内设有固定栓7，固定栓7穿过两上固定孔15。
22.所述塑形装置由压模板17、连接块18和连接板19构成，压模板17一侧对称设有两个结构相同的连接块18，两连接块18上均设有卡槽20，两连接块18一端与压模板17相连接，两连接块18的另一端设有连接板19，连接板19与压模板17平行设置，两连接块18之间的压模板17上设有穿孔21，穿孔21贯穿压模板17，穿孔21上设有滑槽22，穿孔21的侧面与滑槽22的内壁向连通，穿孔21上设有定位装置，定位装置由连接轴23、定位环24和定位翅片26构成，连接轴23的下端设置在穿孔21内，连接轴23在穿孔21内一端的侧面设有定位环24，定位环24侧内壁与连接轴23的侧面相连接，定位环24设置在滑槽22内，连接轴23另一端设置在两连接块18之间，连接轴23在两连接块18之间一端的侧面设有至少两个定位翅片26，两定位翅片26结构相同，定位翅片26的一端与连接轴23的侧面相连接，对应的两定位翅片26的设置在同一水平面上，两侧定位翅片26之间设有定位槽25，定位槽25轴向贯穿连接轴23。
23.所述固定板3一侧与支撑台2的侧面相连接，固定板3的上部面设有t型槽27，t型槽27内设有两个限位装置，限位装置由丝杠29、卡环4、卡块30和固定环31构成，丝杠29下端设置在t型槽27内，丝杠29下底面设有卡块30，卡块30的上部面与丝杠29的下底面相连接，卡块30的上方设有固定环31，固定环31的内壁设有内螺纹，固定环31的内螺纹与丝杠29的外螺纹相互螺纹连接，固定环31设置在固定板3上方，丝杠29的上端设有卡环4，卡环4套在丝杠29上，卡环4与丝杠29之间通过轴承连接，轴承的外侧面与卡环4的内壁面相连接，轴承的内壁面与丝杠29的侧面相连接，卡环4的侧面环形设有固定槽28。
24.所述固定装置包括底板32、第一夹板33、第二夹板34、固定杆35、伸缩杆40、限位板36、紧固装置和气囊46，底板32为长方形结构，底板32的两侧对称设有第一夹板33和第二夹板34，第一夹板33的一侧面与底板32的一侧面铰接，第二夹板34的一侧面与底板32的另一侧面铰接，底板32上方设有伸缩杆40和紧固装置，第一夹板33和第二夹板34上均设有固定杆35、限位板36和气囊46。
25.所述底板32上部面一侧设有两个固定螺栓39，底板32上部面另一侧设有两个固定螺栓39，底板32两侧的固定螺栓39对称设置，底板32两侧的固定螺栓39上均设有紧固装置，底板32两侧的固定螺栓39之间对称设有第一限位槽37和第二限位槽38，第一限位槽37和第二限位槽38之间均匀分布有伸缩杆40，紧固装置由滑板41和挡板43构成，滑板41上对称设有两个限位孔42，两限位孔42均贯穿滑板41的上部面与下部面，滑板41上部面的一侧设有挡板43，挡板43与滑板41呈l型设置，挡板43的下部面与滑板41的上部面相连接。
26.所述第一夹板33上部面均匀分布有连接孔45，各连接孔45的内壁上均设有内螺纹，连接孔45内均设有固定杆35，固定杆35为圆柱形结构，固定杆35的下端设置在连接孔45内，固定杆35下端的侧面设有外螺纹，固定杆35的外螺纹与第一夹板33连接孔45的内螺纹相互螺纹连接，第一夹板33的两端均设有限位螺栓44，第一夹板33靠近第二夹板34一侧均匀分布有气囊46。
27.所述第二夹板34与第一夹板33结构相同，第二夹板34上部面均匀分布有连接孔45，第二夹板34各连接孔45的内壁上均设有内螺纹，第二夹板34连接孔45内均设有固定杆35，固定杆35的外螺纹与第二夹板34连接孔45的内螺纹相互螺纹连接，第二夹板34的两端均设有限位螺栓44，第二夹板34和第一夹板33之间通过限位板36连接，第二夹板34和第一夹板33两侧均设有限位板36，限位板36上对称式设有两个安装孔47，限位板36的两安装孔47分别套在第一夹板33和第二夹板34同侧的两个限位螺栓44上，第二夹板34靠近第一夹板33一侧均匀分布有气囊46。
28.实施例1，所述的一种bim cam在空间异形曲面钢结构数字化加工中的应用，第一步先根据钢结构构件的特点用使用bim 技术建立精准三维模型，然后根据模型数据分析及现场安装的实际条件，将空间异形弯扭结构的加工及安装进行分段划分；针对曲形构件在 bim 软件中进行二次深化设计，构件深化模型，深化模型包括外形及内部构造详细的定位和零件形式，通过软件反复进行尺寸校核，部分弯扭构件采用犀牛、cad 等软件进行再次建模确保构件的精确性；第二步构件制作阶段，先根据bim cam设计的要求调节下压板5上各个塑形装置的高度，调节时先将下压板5上各个固定栓7与密封塞8取下，然后逐一调整各个压模板17的高度使其符合设计要求，调整完毕后转动穿孔21内的连接轴23，将连接轴23上的两个定位翅片26转至对应高度的两个下环形槽12内，从而将压模板17位置固定在预设高度，然后将固定栓7插入对应的下固定孔11，并将固定栓7穿过连接块18的卡槽20和连接轴23的定位槽25，防止连接轴23在冲压时转动，然后同样方法调节下压板5上各个压模板17的高度，然后向下压板5的各个下填充孔10内注入金属粉末等填充物，将各个下插口9内壁与连接板19之间填满并压实，使得填充物对下插口9内的塑形装置进行支撑，然后同样方法将上压板6上的各个塑形装置安装在上插口内13，并使得上压板6的各个塑形装置与下压板5的各个塑形装置一一对应，然后测量待加工钢板的宽度，调节两限位装置之间的距离，使之适应钢板的宽度，调节两限位装置的位置和高度，使得两限位装置设置在下压板5两侧，并使得两固定槽28高度与下压板5上塑形装置的最高点位置相同，将待加工钢板插入两固定槽28内并向下压板5方向推动，待加工钢板平铺在下压板5与上压板6之间，冲压机1工作将钢板冲压成设计形状及规格，然后取下钢构件进行检测，如符合设计要求即可进行下一步操作，如不符合规格，根据bim cam设计数据进行比对，找出问题部位后在对应的下压板5和上压板6上进行微调即可；第三步构件运输阶段，先将钢构件放置在底板32上方，使得钢构件凹面朝下，钢构件的两端分别置于第一限位槽37与第二限位槽38内，然后将紧固装置安装在钢构件两侧的固定螺栓39上，调整两个紧固装置的位置，使得两紧固装置的挡板43将钢构件卡在底板32上，防止钢构件前后滑动，然后用螺母将紧固装置固定在固定螺栓39上，然后调整钢构件下方的伸缩杆40，使得伸缩杆40的上端顶在钢构件的下部面上，然后固定各个伸缩杆40，使得伸缩杆40顶在钢构件的下方，避免运输过程中钢构件产生的形变，然后将第一夹板33和第二夹板34向上翻起，将钢构件卡在第一夹板33和第二夹板34之间，第一
夹板33与第二夹板34上的各个气囊46包裹在钢构件的侧面进行缓冲，减小运输过程中钢构件晃动磕碰，将固定第一夹板33与第二夹板34的限位板36安装在限位螺栓44上并用螺母进行固定，然后将各个固定杆35安装在第一夹板33与第二夹板34上，再用软绳等物品将固定杆35与钢构件相互缠绕固定，既能保持钢构件在底板32上方稳定不变形，各个部件的组合的框架也能全方位对钢构件外部进行防护，避免钢构件在运输过程中产生磕碰等意外，便于后期现场的施工需要。
29.本发明未详述部分为现有技术，尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，具体实现该技术方案方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。