CN104690809B - 一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺，属于建筑三维曲面制品的快速柔性制造领域。本发明首先通过读取曲面数字模型并生成三维坐标数据组；然后根据坐标数据调整支撑定位单元体阵列的空间位置，进而对其上方的弹性曲面模板进行曲面调型；接着将水泥浆料直接连续地喷射到已经调型好的弹性曲面模板上；最后支撑定位单元体阵列回位，使凝固的曲面水泥制品预构件与弹性曲面模板分离。本发明大大地减少目前建筑曲面水泥制品预构件的手工操作，极大地改善了建筑工程师的工作环境，并省去了传统的笨重工装和模型模具，实现了建筑曲面设计和建造的数字化和自动化。

Description

一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺
技术领域
本发明属于建筑行业增强水泥复合材料(非金属)三维曲面板加工技术领域，具体涉及一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺。
背景技术
在现代新式建筑中，为了增加建筑美感、加强建筑空间的特殊功能，各种采用新兴材料的三维曲面板已经凭借先进的计算机造型软件应运而生，并应用于建筑外墙和屋顶的设计和建造上(如澳大力亚悉尼歌剧院的三组巨大贝壳形屋顶，上海东方明珠电视塔品字形排列的圆筒体和双球体结构)。然而，三维曲面板制品的建造技术(如外幕墙装饰，内墙体装饰装修)在现有的实际建筑工程中却很落后。尤其是三维曲面水泥浇筑类板制品的制造，还仍就采用手工作业(如涂抹成型)，大部分采用木模型(如浇筑成型)或工装模具(如浇模成型)的制作方法,带来了施工生产效率低(如需要长时间设计以及机加大量的的固定木模型或金属模具)，工程建造成本高(如一次性使用的木模型或机械加工的金属模具只能浇筑特定的一种形状件)，制品表面质量粗糙(如水泥浆料流量控制不准)，制品形状精度不好(如凝固缩尺依靠估计只能浇筑出近似的曲面)，劳动强度大(如大量的铺抹等手工操作),施工环境差(如操作工人直接接触粉尘和泥浆)等一系列的缺点和问题，无法满足现代建筑的原始设计要求和建造施工进度。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺，以实现建筑用曲面水泥制品预构件设计和制造的数字化和自动化。具体技术方案如下：
一种建筑用曲面水泥制品预构件制造装置,其特征在于：该装置包括均匀分布的能够调整高度位置的的支撑定位单元阵列4，活动安装在各支撑定位单元上方的触头体结构3，安装连接在支撑定位单元阵列4下方的三维坐标数据控制接口5以及弹性曲面模板2；
所述曲面模板2通过机械式滑动孔槽安装在触头体结构3上方，所述三维坐标数据控制接口5控制各支撑定位单元的高度位置，在支撑定位单元阵列4的作用下,弹性曲面模板2形成与曲面水泥制品预构件1相匹配的曲面模型。
所述弹性曲面模板2为高弹性的易弯曲金属板条或易伸缩的聚氨脂类橡塑板。
所述触头体结构3为半球头体结构或端部为多边形的球形铰。
所述支撑定位单元阵列4为单面布置的机械式制动器阵列或电动式缸体阵列。
所述三维坐标数据控制接口5包括数据传送硬件电路和软件模块。
一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺，其特征在于：使用所述一种建筑用曲面水泥制品预构件制造装置进行柔性快速喷筑，具体步骤如下：
a.读入三维曲面模型，为支撑定位单元阵列4生成离散的三维坐标数据；
b.按照计算出三维坐标数据，调节各支撑定位单元阵列4，并带动触头体结构3和弹性曲面模板2，构造符合计算要求的弹性曲面模板2；
c.将水泥浆料直接连续喷射到构造好的曲面模板2上；
d.待水泥浆料凝固、硬化，筑成曲面水泥制品预构件1。
本发明的有益效果在于：
(1)柔性快速喷筑,将实现高效率数控式施工；
(2)节省大量的木模和金属模具资源,工程建造成本将大大降低；
(3)构造的曲面模板型准确，水泥制品预构件保真度高；
(4)改善工作环境,将极大提高生产的安全性。
附图说明
图1a-图1d为现有的采用手工浇筑模腔的方法制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺流程。
其中：
图1a为步骤一：预备木质/金属坯料；
图1b为步骤二：铣削机加工模型腔；
图1c为步骤三：手工浇筑铺抹水泥浆料；
图1d为步骤四：脱模修整成品。
图2a-图2d为采用本发明的装置及方法制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺流程。
其中：
图2a为步骤一：初始设置支撑定位单元阵列；
图2b为步骤二：调整弹性曲面模板模型；
图2c为步骤三：数控喷嘴直接连续喷射水泥浆料在构型好的弹性曲面模板上；
图2d为步骤四：检测成品曲面的水泥制品形状并分离模板和回位支撑定位单元阵列。
图中：
1-曲面水泥制品预构件，2-弹性曲面模板，3-触头体结构，4-支撑定位单元阵列，5-三维坐标数据控制接口，6-木质/金属模具。
具体实施方式
本发明提供了一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺，结合说明书附图具体实施方式介绍如下：
如图1a-图1d所示，传统的建筑用弯曲面水泥板制品均采用木模型或机加金属模具手工浇筑的方法制作，该方法具体制作步骤如下：
如图1a所示，步骤一：预备木质/金属坯料；
如图1b所示，步骤二：铣削机加工模型腔，形成木质/金属模具6；
如图1c所示，步骤三：在木质/金属模具6中手工浇筑铺抹水泥浆料；
如图1d所示，步骤四：脱模修整成品。
对上述建筑用弯曲面水泥板制品传统的制作工艺存在的缺点，本发明提供了一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺。
如图2c所示，本发明的装置包括支撑定位单元阵列4、触头体结构3、三维坐标数据控制接口5以及弹性曲面模板2。
所述支撑定位单元阵列4由多个支撑定位单元依次排布组成，且该支撑定位单元阵列4可选用单面布置的机械式制动器阵列或电动式缸体阵列。
所述三维坐标数据控制接口5与支撑定位单元阵列4的下部安装连接，并控制支撑定位单元阵列4中各支撑定位单元的高度，各支撑定位单元的高度在三维坐标数据控制接口5的控制下可进行调整。
触头体结构3活动安装在各个支撑定位单元顶部，并可以自由转动，触头体结构3选用半球头体结构或端部为多边形的球形铰。
弹性曲面模板2通过机械式滑动孔槽安装在触头体结构3上方，弹性曲面模板2选用高弹性的易弯曲金属板条或易伸缩的聚氨脂类橡塑板材。
所述三维坐标数据控制接口5包括数据传送硬件电路和软件模块。(图中未显示)
如图2a-2d所示，本发明提供的一种建筑用曲面水泥制品预构件制造装置的制造方法如下：
如图2a所示，步骤一：读入整个或分块三维曲面模型，为支撑定位单元阵列4计算并生成离散的三维坐标数据,初始设置支撑定位单元阵列；
如图2b所示，步骤二：按照计算出三维坐标数据，通过三维坐标数据控制接口5，逐个调节各支撑定位单元，并带动触头体结构3和弹性曲面模板2，构造符合计算要求的曲面模板2，调整弹性曲面模板2型面；
如图2c所示，步骤三：启动水泥浆料输入装置，驱动水泥浆料喷嘴，按照计算出的行走轨迹和曲面板厚度数据，逐点直接喷射水泥浆料到已经调型构造好的弹性曲面模板2上；
如图2d所示，步骤四：待水泥浆料凝固、硬化，形成曲面水泥制品预构件1，支撑定位单元阵列4恢复初始位置，弹性曲面模板2恢复形变，分离弹性曲面模板2和成品曲面水泥制品预构件1，对最终喷筑成曲面水泥制品预构件1形状进行检测或切边和剥离。
此时，即完成一个完整曲面水泥制品预构件的制作。由于可变的曲面模板2具有高弹性，可以被动地恢复形变，保证了继续进行下一个曲面水泥制品预构件(可以是不同形状)的快速制作，如此往复循环，增加了对弹性曲面模板及柔性装置的重复利用率和曲面水泥制品预构件建造效率。

Claims (1)

1.一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的工艺，使用一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置，所述装置包括均匀分布的能够调整高度位置的支撑定位单元阵列(4)，活动安装在各支撑定位单元上方的触头体结构(3)，安装连接在支撑定位单元阵列(4)下方的三维坐标数据控制接口(5)以及弹性曲面模板(2)；所述弹性曲面模板(2)通过机械式滑动孔槽安装在触头体结构(3)上方，所述三维坐标数据控制接口(5)控制各支撑定位单元的高度位置，在支撑定位单元阵列(4)的作用下,弹性曲面模板(2)形成与曲面水泥制品预构件(1)相匹配的曲面模型；其特征在于：该工艺使用所述装置进行柔性快速喷筑，具体步骤如下：
a.读入三维曲面模型，为支撑定位单元阵列(4)生成离散的三维坐标数据；
b.按照计算出三维坐标数据，调节各支撑定位单元阵列(4)，并带动触头体结构(3)和弹性曲面模板(2)，构造符合计算要求的弹性曲面模板(2)；
c.将水泥浆料直接连续喷射到构造好的曲面模板(2)上；
d.待水泥浆料凝固、硬化，筑成曲面水泥制品预构件(1)。
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