三維造型技術在錨舾裝件放樣的應用

摘" " 要：本文主要介紹三維造型技術在大型錨臺、錨唇及復雜錨穴放樣中的應用。利用三維空間放樣原理完成理論模型構(gòu)建，采用特殊的三維投影放樣方法完成錨臺、錨穴與船體外板相貫線放樣，確定錨唇位置，求取錨唇、錨臺及錨鏈筒的相切夾角，構(gòu)造錨舾裝件曲面，完成錨臺、錨穴及錨唇放樣工作，解決各類型船舶錨臺及錨穴放樣效率低、精度差問題，為現(xiàn)場提供精確的下料、加工及裝配定位數(shù)據(jù)，簡化現(xiàn)場打樣、調(diào)校工作，提高錨臺、錨穴及錨唇安裝效率及精度。

關鍵詞：錨穴；錨唇；錨臺

中圖分類號：U674.34 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Application of 3D Modeling Technology in Lofting of Anchor Fittings

YIN Ruifang，" HE Huangsheng，" ZHANG Yu

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited，" Guangzhou 510715，" China ）

Abstract： This article mainly introduces the application of 3D modeling technology in the lofting of large anchor chocks， anchor lips and complex anchor pockets. By utilizing the principle of 3D spatial lofting to complete the construction of theoretical models， a special 3D projection lofting method is used to complete the intersection line between the anchor chock， anchor pocket and hull outer plate， determine the position of the anchor lip， calculate the tangent angle between the anchor lip， anchor chock and hawse pipe， construct the surface of the anchor fittings， and complete the lofting work of the anchor chock， anchor pocket and anchor lip. This solves the problem of low efficiency and poor precision in the lofting of various types of ship anchor chocks and anchor pockets， provides accurate material cutting， processing and equipment positioning data on site， simplifies the field sampling and calibration work， and improves the installation efficiency and precision of the anchor chock， anchor pocket and anchor lip.

Key words： anchor pocket;" anchor lip;" anchor chock

1" " "引言

船舶錨泊設備（裝置）一般采用錨臺或錨穴的設計形式。散貨船、半潛船、工程船、海工產(chǎn)品及公務船等大型船舶為了解決拋錨碰撞外板問題一般采用錨臺設計形式。該類船舶錨臺與錨唇結(jié)構(gòu)尺寸大、重量重，常規(guī)的SPD三維建模軟件無法解決該類舾裝件建模精度及準確性問題；采用傳統(tǒng)的二維平面放樣技術，工藝方法復雜、精度差、效率低，為了滿足現(xiàn)場制作及安裝需求，零件放樣后需要加放較多余量及制作樣板、樣箱給現(xiàn)場打樣、調(diào)校，現(xiàn)場安裝、調(diào)校及打樣難度大，制作及安裝效率低。公務船及特種船舶為了提高船體整潔、美觀性，一般采用箱型錨穴設計形式，航行狀態(tài)時將邊錨回收后藏在錨穴中。特裝船舶設計時一般有快速性要求，通常將首部型線設計為深V型，為了保證邊錨收放使用時不碰撞船體外板，一般要將錨穴在外板開口處設計成菱形。由于首部外板曲面變化大，各端點位置跨度長，導致該類型錨穴放樣難點大，現(xiàn)有放樣技術無法解決各端點在同一平面問題，無法保證錨穴板與船體外板的相貫線的準確性，零件下料時需要加放余量給現(xiàn)場打樣調(diào)整，導致現(xiàn)場安裝難度大、精度差。

為了解決系錨舾裝件放樣精度及效率問題，本文利用機械版AUTOCAD三維曲面造型功能與數(shù)學放樣原理相結(jié)合的工藝技術方法解決錨臺、錨穴及錨唇放樣效率低、精度差問題，通過放樣方法的改進，可為現(xiàn)場提供精確的下料、加工及裝配定位數(shù)據(jù)，取消加工樣板、樣箱制作要求，簡化現(xiàn)場打樣、調(diào)校工作，提高錨臺及錨唇安裝效率及精度。

2" " 大型錨臺及錨唇三維造型技術應用

2.1" "大型錨臺及錨唇設計要求

大型錨臺及錨唇結(jié)構(gòu)設計形式如圖1所示。

2.2" "大型錨臺及錨唇放樣技術難點及要點

1）錨臺基面及錨鏈筒中心線三維空間位置的定位。

2）錨臺內(nèi)口空間位置確定及與船體外板相貫線求取。

3）錨臺內(nèi)部加強肘板空間位置確定及放樣截面數(shù)據(jù)求取。

4）錨唇內(nèi)口型線輪廓樣的求取，錨唇鑄鋼件與錨臺及錨鏈筒相切角度數(shù)據(jù)的求取。

5）垂直錨臺安裝基面的錨唇截面放樣圖形數(shù)據(jù)的切取。

2.3" "錨臺及錨唇三維放樣技術解決方案

1）根據(jù)肋骨型線圖及肋骨間距構(gòu)建錨唇部位船體外殼三維曲面，并根據(jù)錨鏈筒平面圖定位數(shù)據(jù)及錨鏈筒與船體中線面夾角繪制錨鏈筒中心線在水平面（與船體基線面平行）的投影線。

2）根據(jù)投影線在水平面剖切船體外板三維曲面求出錨鏈筒中心線與船體外板相貫線（也即A-A剖切線），調(diào)整三維坐標系定義A-A剖面為當前平面，根據(jù)設計數(shù)據(jù)繪制錨鏈筒中心線及錨臺截面圖形，如圖2所示。

3）在水平視圖上過錨鏈筒軸中心線下端點作錨鏈筒軸中心線垂線，確定錨臺基面，調(diào)整三維坐標系定義錨臺基面為當前繪圖平面，根據(jù)錨臺設計數(shù)據(jù)繪制錨臺外輪廓線，如圖3所示。

4）過錨鏈筒軸中心線與外板面相交點作平行于錨臺面的輔助基面，將平面坐標定義在輔助基面上，根據(jù)設計圖數(shù)據(jù)繪制錨臺下口與外板相貫線在輔助基面上的投影圖，并過中心點作圓周16等分線，如圖4所示。

5）將輔助基面上的投影圖及輔助線垂直于錨臺面投影到船體外板曲面上，求取錨臺內(nèi)口與船體外板曲面的相貫線，構(gòu)造錨臺外形下口三維輪廓線，如圖5所示。

6）過錨鏈筒中心線上端點作垂直錨鏈筒中心線的基面，在基面上繪制錨鏈筒截面圖，以錨鏈筒中心線為軌跡拉伸錨鏈筒截面，生成錨鏈筒實體造型。以錨臺面為基準剖切錨鏈筒實體，求出錨鏈筒在錨臺面的輪廓線。

7）根據(jù)錨臺四周輪廓線構(gòu)造錨臺曲面，依據(jù)相關截面定位數(shù)據(jù)剖切錨臺曲面及錨鏈筒實體，求取錨唇與錨臺及錨鏈筒相切角度，并繪制錨唇截面輪廓，通過錨唇四周輪廓線構(gòu)造錨唇三維曲面，完成錨鏈筒、錨臺及錨唇三維放樣工作，如圖6所示。

2.4" "錨臺三維造型技術應用成果

質(zhì)量及效率比見表1。

3" " "復雜錨穴及錨唇三維造型技術

3.1" "復雜錨穴及錨唇設計要求

復雜錨穴及錨唇結(jié)構(gòu)設計形式如圖7所示。

3.2" "錨穴及錨臺放樣技術難點及要點

1）在放樣過程中要保證錨穴外口與外板相貫點5、6、7、8點要落在船體外板曲面上。

2）為了保證錨裝置安裝角度及設計意圖，錨穴放樣過程盡量保證錨穴底板平面（錨唇安裝基準面）與錨鏈筒中心線所構(gòu)成的空間角度。

3）從錨穴下料、加工及制作工藝考慮，在不改變設計狀態(tài)（保證錨唇安裝基準面與錨鏈筒中心線角度不變）的前提下，放樣時通過修正內(nèi)口頂點（1、2、3、4點）三維坐標數(shù)據(jù)，確保錨穴首、尾側(cè)板，上、下側(cè)板及底板都為平面板架，由于錨穴板任意三個夾角面位于一個端點，因此如何通過修正一個端點確保相鄰三個夾角面都為平面板架是該類型錨穴放樣的核心技術。

4）錨唇放樣時要確保內(nèi)口四周與錨鏈筒角度匹配，連接要光順合理，外緣最高點要在同一斜平面上，確保錨爪與錨唇外緣頂點的貼合性。

3.3" "錨穴及錨臺三維放樣技術解決方案

1）根據(jù)肋骨型線圖及肋骨間距構(gòu)建船體肋骨三維線框，構(gòu)造錨穴部位船體外板三維曲面，并根據(jù)需求切取定位錨穴位置需要的輔助水線。

2）根據(jù)設計圖紙要求及相關定位數(shù)據(jù)在船體外板三維曲面上繪制錨鏈筒上、下端點，并將上、下端點投影到對應甲板曲面及外板曲面上，確定錨鏈筒中心線在船體外板曲面上的三維空間位置。

3）過錨鏈筒中心線下端點作垂直錨鏈筒中心線的輔助基面，通過三維坐標系將輔助基面定義成當前坐標平面（與X/Y軸坐標系平面平行），過下端點作錨鏈筒剖面，并沿錨鏈筒中心線拉伸錨鏈筒橫截面，構(gòu)造錨鏈筒三維實體，如圖8所示。

4）根據(jù)錨穴設計型值繪制錨穴控制端點，并將與船體外板相貫的端點（5、6、7、8頂點）投影到外板上，修正錨穴端點設計數(shù)據(jù)，用直線連接各控制端點構(gòu)造錨穴組成面，如圖9所示。

5）以錨穴頂板的任意3個端點為基準，用三維坐標系將這3個端點定義成當前平面坐標系，復查第4個端點是否在當前平面坐標系中（Z值是否為0），并對其進行修正，確保頂板4個端點（1、2、3、4端點）都落在當前平面坐標系中（Z值都為0）。

6）以端點1、7、8為基準點構(gòu)造錨穴下側(cè)板基準平面，調(diào)整三維坐標投影關系，求取錨穴底板平面與下側(cè)板平面相交線，將錨底板邊緣線（由2、4端點連接邊）延伸到相交線上，確定端點2修正后位置，通過第一次修正端點2后，可以確保錨穴底板和下側(cè)板都為平面板架，如圖10所示。

7）以端點4、6、8為基準點構(gòu)造錨穴首側(cè)板基準平面，調(diào)整三維坐標投影關系，求取錨穴底板平面與首側(cè)板平面相交線，將相交線延伸到底板下口線相交，確定端點2修正后位置，通過第二次修正端點2后，可以確保錨穴底板、下側(cè)板及首側(cè)板都為平面板架，如圖11所示，其他端點修正方法相似。

8）在各端點修正完成后，通過調(diào)整三維坐標系分別求取上側(cè)板、下側(cè)板、首側(cè)板及尾側(cè)板平面與船體外板曲面相貫線，完成錨穴結(jié)構(gòu)三維放樣工作。

9）以錨穴底板為剖切平面剖切錨鏈筒實體，求取錨鏈筒與錨穴底板相貫線，作為錨唇放樣內(nèi)口線，根據(jù)錨唇設計圖繪制外口線及錨唇上、下剖切面型線，確保錨唇出口線型與錨鏈筒相切光順，如圖12所示。

10）利用CAD三維曲面造型工具構(gòu)造錨唇輪廓線，構(gòu)造錨唇三維曲面，將三維坐標系定義法向垂直錨穴底板，剖切錨唇三維曲面，求取錨唇各等分剖切圖型，完成錨唇三維放樣工作，如圖13所示。

3.4" "錨穴三維造型技術應用成果

質(zhì)量及效率比見表2。

4" " 結(jié)語

在錨唇生產(chǎn)設計過程應用三維曲面造型及數(shù)學放樣原理，可快速提高復雜大型錨臺及錨唇放樣效率、放樣精度，解決現(xiàn)有放樣技術無法保證錨臺圍板放樣精準度，需要增加余量現(xiàn)場打樣切割問題。同時也解決了現(xiàn)有放樣技術無法求取法向加工數(shù)據(jù)，需要制作加工樣箱進行圍板加工問題，可為現(xiàn)場錨臺制作、安裝提供精準定位數(shù)據(jù)，減少空間角度樣板、樣箱制作，可大幅度提高錨臺制作及安裝效率。

錨穴生產(chǎn)設計過程應用三維曲面造型及數(shù)學放樣原理，在保證錨唇安裝基準面和錨鏈筒中心線角度不變的前提下，通過調(diào)整錨穴外側(cè)四個端點與船體外板曲面交點及相貫曲線，修正錨穴內(nèi)側(cè)四個端點的空間位置，解決了復雜箱型錨穴各端點共面及現(xiàn)有放樣技術無法保證錨穴與船體外板相貫線精度問題，從而可快速提高箱型錨穴的放樣質(zhì)量及效率，同時為箱型錨穴的下料、加工、制作及安裝提供準確的數(shù)據(jù)。