鋼筋切斷機由于工作可靠、效率高等，是鋼筋加工必不可少的設備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、隧道、電站、水利等工程中對鋼筋的切斷，應用十分廣泛。各生產廠家為提高自己產品的技術性能、增加產品的競爭優勢，不斷優化結構，努力降低生產成本，并不斷開發新的品種。對鋼筋切斷機的理論研究也不斷深入。
目前，國內的鋼筋切斷機多以機械輪剪式切斷為主，圖1為這些鋼筋切斷機的基本結構。其工作過程基本為：電動機輸出動力經過皮帶傳動和三級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中做往復直線運動，使動刀片和定刀片相錯而切斷鋼筋。其閉式的鋼筋切斷機的構造基本雷同。包含GQ32、GQ40、GQ50、GQ70型均如此。
圖1 基本結構
在目前的市場上，以GQ40型鋼筋切斷機的產量最大，也有部分廠家生產GQ32及GQ50型鋼筋切斷機，而生產GQ70型鋼筋切斷機的廠家還很少。
本文作者在文獻中，對國產鋼筋切斷機的生產及技術現狀進行了討論，包含：機體減型，配用電機，采用一次性結構等問題。并就改良與發展方向進行了探討，提出結構改進，采用有限元技術對機體進行輕量化設計，對傳動系統的齒輪傳動優化，發展新的品種，改良涂裝質量等。
最近兩年來，我國在鋼筋切斷機技術裝備方面的進步不明顯，產品的技術水平與國外先進水平相比，尚有一定的差距。其主要表現為：品種尚不夠豐富，外形結構雷同，同等功率條件下，切割效率低。從鋼筋切斷機的發展趨勢看，隨著建筑設計與建筑施工技術的規范化，建筑工程設計與應用鋼筋必將進入商品化供應時代。即根據建筑配筋表采購鋼筋，在鋼筋使用現場轉化成可用鋼筋，采用商品化供應鋼筋。這類鋼筋的一體化生產與供應要求鋼筋切斷機有更高的性能，更豐富的品種。
開發新的切斷機品種是各生產廠家的重點工作，比如現有的鋼筋切斷機在切口部分對鋼筋形成擠壓，使鋼筋在切斷處有一段近似半橢圓或者不規則的變形，此處的鋼筋就不能直接用于工程建筑上的套絲連接。由于國內生產廠家的設計手段還比較落后，主要采用AutoCAD設計軟件，產品的設計及改良過程比較緩慢，設計中的運動仿真及干涉檢查功能欠缺。本文介紹了基于Inventor，對鋼筋切斷機的通用結構進行建模分析的技術，為快速進行產品設計改良奠定了基礎。
1 Autodesk Inventor軟件介紹
Autodesk Inventor軟件是美國AutoDesk公司推出的三維可視化實體模擬軟件。它包含三維建模、信息管理、協同工作和技術支持等各種特征。使用Autodesk Inventor可以創建三維模型和二維制造工程圖、可以創建自適應的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件，它的“連接到網絡”工具可以使工作組人員協同工作，方便數據共享和同事之間設計理念的溝通。Inventor在用戶界面簡單，三維運算速度和著色功能方面有突破的進展。它是建立在ACIS三維實體模擬核心之上，設計人員能夠簡單迅速地獲得零件和裝配體的真實感，這樣就縮短了用戶設計意圖的產生與系統反應時間的距離，從而最小限度的影響設計人員的創意和發揮。
2 使用Autodesk Inventor 2011進行三維建模
2.1 主要零件的設計及建模
典型的鋼筋切斷機的結構基本相同，共有一百多個零件。GQ32、GQ40、GQ50、GQ70切斷機的零件結構相同，主要是尺寸大小變化。其中主要的零件有：機體，小帶輪，大帶輪，各個齒輪軸及大齒輪，曲軸，連桿，刀座及刀片。在此，以機體的建模設計過程為例說明，其他零件的設計建模過程可參照機體的設計。完成整體設計后，其結構如圖3所示。
圖2 機體整體輪廓草圖
圖3 機體整體結構圖
2.2 鋼筋切斷機的裝配
在Inventor2011中，可以將主軸箱的三維實體零件或部件按照一定的裝配約束條件裝配成一個部件，同時這個部件也可以作為子部件裝配到其他的部件中去，最后零件和子部件構成一個符合設計構思的整體部件。完成裝配后的效果圖如圖4，其透明視圖如圖5。
圖4 裝配效果圖
圖5 透明視圖
2.3 應用Inventor軟件進行干涉檢查
在部件中，兩個或多個零部件不能同時占用相同的空間。要檢測這樣的錯誤，可以檢查部件中的干涉。在零部件交疊處，干涉部分臨時顯示為實體。另外，Inventor2011還可以檢查子部件中零部件之間或所選的一組零部件或兩組零部件之間的干涉。
檢查出干涉之后，干涉體積顯示為實體。干涉報告列出干涉的零件或子部件，給出干涉體積形心的x、y、z坐標，列出干涉的體積。根據檢查，可以編輯零部件以刪除干涉。
應該注意的是：使用Inventor 2011設計的螺紋，為了提高運行效率，并不是真實地切削加工來把螺紋表達出來，而是在表面貼一層涂層，給人以真實螺紋的感覺。因此在進行螺紋裝配時，本來是正確的裝配關系，進行干涉檢查時，系統會提示有干涉，如果干涉部分是指螺紋處，可以不予理睬。因為那是系統本身的錯誤。
普通零件干涉檢查及解決方案的過程和方法都是一樣的，在此以連桿和連桿銅瓦的干涉檢查為例說明。
(1)選擇【檢驗】面板中的【過盈分析】選項，打開【干涉檢查】對話框；
(2)點擊【定義選擇集1】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿；點擊【定義選擇集2】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿銅瓦。點擊【確定】按鈕顯示檢查結果；
(3)如果檢查不到任何的干涉存在，則打開對話框顯示【沒有干涉檢查】，則說明部件中沒有干涉存在。否則會打開【檢查到過盈】對話框。如圖6；
圖6 連桿與連桿銅瓦干涉檢查
2.4 繪制各主要零件的工程圖
與AutoCAD相比，Inventor的二維繪圖功能更加強大和智能：
(1)Inventor可以自動由三維零部件生產二維工程圖；
(2)由實體生產的二維圖也是參數化，二維三維雙向關聯，如果更改了三維零部件的尺寸參數，那么它的工程圖的對應尺寸參數自動更新；也可以通過直接修改工程圖上的零件尺寸而對三維零件的特征進行修改；
(3)用Inventor2011可以直接創建standard.dwg格式的工程圖，與AutoCAD創建的圖紙格式完全互通，通用性、交流性沒有任何障礙。圖7為生成連桿工程圖。
圖7 連桿工程圖
2.5 傳動結構的運動仿真
為了檢驗設計效果，需要進行運動仿真。為了表示的更加清晰，在這里的運動仿真中，僅取設計的傳動部分，即三級減速器及曲柄滑塊機構。在運動仿真之前，其裝配結構是不完全約束的，保留了各個齒輪嚙合運動中繞軸旋轉的自由度。運動仿真主要步驟為：
(1)進入【環境】面板，選擇【運動仿真】模塊；
(2)當仿真播放器已自動打開后，需要打開【構造模式】，選中菜單中的【插入運動約束】，選擇運動模式為【傳動：外齒輪嚙合運動】，然后【零部件1】選擇軸I的分度圓，【零部件2】選擇Ⅱ軸大齒輪的分度圓，點擊【確定】。如圖8所示；
圖8 運動仿真設置
(3)按上述方法，依次確定各個齒輪間的運動鏈接類型；
(4)在運動仿真樹結構中，選擇I軸與Ⅱ軸大齒輪的鏈接，右鍵單擊選擇【特性】，加入驅動【轉矩】和驅動【速度】；
(5)點擊【仿真播放器】上的【播放】按鈕，即可清晰的觀察到傳動機構按真實傳動比速度下的運動情況。并且可以在【輸出圖示器】中觀察到各個齒輪的運動速度及轉矩等各項參數。如圖9所示。
根據仿真分析結果，我們可以對上述的設計結果進行更改，直到獲得滿意的設計方案與結構。
3 結語
鋼筋切斷機屬于生產量巨大，技術較為成熟的產品。對其進一步進行改良才可以提高產品的性價比，增強產品的市場競爭力。
圖9 運動仿真參數
本文介紹了使用三維設計軟件Inventor 2011進行鋼筋切斷機三維建模與運動仿真的技術。由于該軟件中，由實體生產的二維圖也是參數化的，且二維三維圖雙向關聯，如果更改了三維零部件的尺寸參數，那么它的工程圖的對應尺寸參數自動更新；也可以通過直接修改工程圖上的零件尺寸而對三維零件的特征進行修改。
本設計可以大幅降低鋼筋切斷機的研發周期及成本，從而提高產品的市場競爭力和企業的經濟效益。本文等技術手段與方法對設計同類產品，如鋼筋彎曲機、鋼筋調直機、鋼筋彎箍機等有一定的參考意義。
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本文標題：基于Inventor的鋼筋切斷機的三維建模與運動仿真
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