CN101777817B

CN101777817B - 全自动数控转子线圈成型设备

Info

Publication number: CN101777817B
Application number: CN2009102156901A
Authority: CN
Inventors: 张传林; 胡乃琴; 陈江; 瞿亦峰; 万其; 王兴波; 陈亚峰
Original assignee: Shandong Qilu Motor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shandong Qilu Motor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN101777817A

Abstract

本发明涉及一种全自动数控转子线圈成型设备。它采用多点无模折弯技术，可对13.5万千瓦及更大功率的发电机硬化态管线进行全自动折弯成形，成形后转子线圈能满足发电机技术指标及性能要求，填补了国内空白，全面替代进口成形转子线圈，降低制造成本，其结构为：它包括一对折弯系统，两者间设有线管中心托架，线管穿过线管中心托架后两端安装在折弯系统内；所述折弯系统包括折弯成形装置和计算机控制装置，其中，折弯成形装置包括基座，在基座上设有X轴传动链，基座上安装有立柱，立柱上安装有Y轴传动链；在立柱上安装有横梁，横梁上安装有z轴传动链和工作转台，工作转台与Z轴传动链连接，同时在工作转台上还设有压头。

Description

全自动数控转子线圈成型设备

技术领域

本发明涉及一种全自动数控转子线圈成型设备，属于发电机管线成形设备

背景技术

目前，13.5万千瓦以及更大功率的发电机管线均采用专用设备进行折弯。国外厂家(如阿尔斯通(ALSTOM))采用的是硬化态无模折弯成形技术，这种成形技术只需一副通用的折弯模具，通过自动调整不同的折弯参数，来实现各种曲率的管材的折弯，具有适应性强、精度高的优点，但具体技术细节因严格保密，无法获知。国内厂家因技术所限，普遍采用有模折弯技术，每加工一种类型的管材，需要一种对应的模具。为了便于成形、控制回弹和精度，管线需退火后进行折弯，而退火后折弯成形的管线，其刚强度又不能满足使用要求。为了满足生产需要，国内厂家每年需要从国外进口大批成形管线。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种全自动数控转子线圈成型设备，它采用多点无模折弯技术，可以根据技术要求，对13.5万千瓦以及更大功率的发电机硬化态管线进行全自动折弯成形，成形后的管线能满足发电机的技术指标及性能要求，从而填补国内空白，全面替代进口成形管线，降低发电机制造成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种全自动数控转子线圈成型设备，它包括一对折弯系统，两者间设有线管中心托架，线管穿过线管中心托架后两端安装在折弯系统内；线管两端安装在折弯系统内；所述折弯系统包括折弯成形装置和计算机控制装置，其中，折弯成形装置包括基座，在基座上设有X轴传动链，基座上安装有立柱，立柱上安装有Y轴传动链；在立柱上安装有横梁，横梁上安装有z轴传动链和工作转台，工作转台与Z轴传动链连接，同时在工作转台上还设有压头。

所述基座两侧上设有滚动导轨，在基座底部设有多个调整垫铁。

所述X轴传动链包括伺服电机I，它通过减速机I与X轴丝杠连接，在X轴丝杠上设有丝杠螺母副I；同时在X轴丝杠的另一端设有位置编码器I，在X轴丝杠两端还设有安全限位装置，位置编码器I与计算机控制装置连接。

所述Y轴传动链包括伺服电机II，它通过减速机II与Y轴丝杠连接，在Y轴丝杠上设有丝杠螺母副II；同时在Y轴丝杠的另一端设有位置编码器II，位置编码器II与计算机控制装置连接；Y轴丝杠两侧还设有滚动导轨II。

所述Z轴传动链包括伺服电机III，它通过减速机III与Z轴丝杠连接，在Z轴丝杠上设有丝杠螺母副III；同时在Z轴丝杠的另一端设有位置编码器III，位置编码器III与计算机控制装置连接；Z轴丝杠两侧还设有滚动导轨III。

所述工作转台包括伺服电机IV，它与减速机IV连接，减速机IV与齿轮连接，齿轮与带外齿四点接触球轴承啮合；带外齿四点接触球轴承安装在工作台上，工作台上还设有位置编码器IV，位置编码器IV与计算机控制装置连接。

所述压头包括伺服电机V，它与减速机V连接，减速机V与压头丝杠连接，压头丝杠上设有丝杠螺母副IV；压头丝杠一端设有位置编码器V，在压头丝杠末端设有导向机构，同时还有激光测距传感器，位置编码器V和激光测距传感器分别与计算机控制装置连接。

所述计算机控制装置包括工业控制计算机和多功能板卡，多功能板卡设有至少一个CAN接口，工业控制计算机与触摸屏和激光测距传感器连接，触摸屏和激光测距传感器分别与低压电源和配电及安全控制系统连接，同时工业控制计算机也与低压电源和配电及安全控制系统连接；CAN接口与位置编码器I、位置编码器II、位置编码器III、位置编码器IV连接，位置编码器I、位置编码器II、位置编码器III、位置编码器IV与低压电源和配电及安全控制系统连接；CAN接口还与伺服电机驱动器和安全限位装置连接，伺服电机驱动器与配电及安全控制系统连接，安全限位装置与低压电源连接。

本发明涉及的全自动数控转子线圈成型设备采用多点无模折弯技术，通过将管线折弯成一条连续的折线来拟合所需要的理论曲线。折线的内接圆与外切圆的半径差，就是理论上的折弯误差，如果折线的边足够多，即折弯的点数足够多，则折线与理论曲线的逼近误差就能够满足用户折弯精度要求。根据管线折弯精度要求，计算出折线的边数(即需要折弯的点数)，进而转换成每次折弯动作的空间坐标和步距。

由于管线的回弹、机床的各种误差累积，每次折弯的角度会在理论角度附近变动，这种变动如果不修正，会影响管线的折弯精度。因此，在压头附近设置了高精度的传感器，用于实时测量每次折弯的实际角度，并根据该角度来修正下一个压点的位置，从而确保管线的折弯误差小于折弯精度要求。

本发明的有益效果：

a)采用先进的多点无模折弯技术，通过多段折线拟合理论曲线，使系统具有较好的柔性和适应性。

b)采用高精度激光测距传感器，非接触式测量折弯误差、并动态修正，精度高，可靠性好。

c)采用多圈编码器作为X、Y、Z轴及压头的位置编码器，全封闭结构，易防护，成本低、可靠性高。

d)采用电动压头，噪音低、功耗低、控制精度高。

e)全部动作采用交流伺服系统驱动，体积小。

f)良好的人机交互界面，折弯特征数据、折弯曲线实时显示。

g)自动化程度高，管线装夹完毕，由系统自动控制完成全部加工过程。

h)良好的安全保护措施，系统能够对加工过程进行监测，出现异常自动实施相关保护并提供故障信息。

i)节省大量模具费用。本发明采用无模折弯技术，只需一副通用模具，即可进行各种规格参数管线的折弯成形，特别适合单件小批生产。

j)具有良好的人机交互界面，自动化程度高。本发明采用了先进的计算机控制技术，自动化程度高。用户只需通过触摸屏输入相关参数、人工完成管线装夹后，管线成形、检测由系统自动完成，折弯特征参数、曲线实时显示。

k)成形精度高，并且管线无需退火。

为了控制管线回弹、提高精度，便于管线成形，有模折弯成形的管线需要先退火，而退火后的管线，刚强度无法满足使用要求。本发明采用非接触式激光测距传感器，可实时检测管线的折弯回弹数据，并进行动态修正，管线成形无需退火，并且回弹量实时可控，因而折弯精度更高。采用本发明技术的管线，其面轮廓度可小于0.5mm。

l)可全面替代进口成形管线

采用本发明设备生产的成形管线，其精度、表面光洁度等指标均达到进口管线的技术标准，完全能够替代进口产品。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为折弯成形装置结构图；

图3为X轴传动链结构图；

图4为Y轴传动链结构图；

图5为Z轴传动链结构图；

图6为工作台结构示意图；

图7为压头接头示意图；

图8为计算机控制装置结构图。

其中，1.基座，2.X轴传动链，3.立柱，4.Y轴传动链，5.横梁，6.Z轴传动链，7.工作转台，8.压头，9.线管固定架，10.线管中心托架，11.调整垫铁，12.管线，13.伺服电机I，14.减速机I，15.丝杠螺母副I，16.滚动导轨I，17.位置编码器I，18.安全限位装置，19.带外齿四点接触球轴承，20.伺服电机IV，21.减速机IV，22.位置编码器II，23.工作台，24.伺服电机V，25.减速机V，26.丝杠螺母副II，27.导向机构，28.位置编码器IV，29.激光测距传感器，30.工业控制计算机，31.多功能板卡，32.CAN接口，33.位置编码器III，34.伺服电机驱动器，35.低压电源，36.配电及安全控制系统，37.触摸屏，38.伺服电机II，39.减速机II，40.丝杠螺母副II，41.滚动导轨II，42.位置编码器II，43.伺服电机III，44.减速机III，45.丝杠螺母副III，46.滚动导轨III。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，它包括两套折弯系统，管线12通过线管中心托架10安装在两套折弯系统之间。所述折弯系统如图2所示，它包括折弯成形装置和计算机控制装置，其中折弯成形装置包括基座1，在基座1上设有X轴传动链2，基座1的一端设有立柱3，立柱3上安装有Y轴传动链4；在立柱3上安装有横梁5，横梁5上设有工作转台7，工作转台7与Z轴传动链6连接，同时在工作转台7上还设有压头8。基座1两侧上设有滚动导轨116，在基座1底部设有多个调整垫铁11。

图3中，X轴传动链2包括伺服电机I13，它通过减速机I14与X轴丝杠连接，在X轴丝杠上设有丝杠螺母副I15；同时在X轴丝杠的另一端设有位置编码器I17，在X轴丝杠两端还设有安全限位装置18，位置编码器I17与计算机控制装置连接。X轴传动链2采用梯形X轴丝杠传动，在X轴向运动到位后、管线12成形过程中，能反向自锁和位置保持。

图4中，Y轴传动链4包括伺服电机II 38，它通过减速机II 39与Y轴丝杠连接，在Y轴丝杠上设有丝杠螺母副II 40；同时在Y轴丝杠的另一端设有位置编码器II 42，位置编码器II42与计算机控制装置连接。Y轴传动链4采用带预紧的FFZL型滚珠丝杠螺母副传动，位置保持依靠电机抱闸。Y轴导向采用2根直线滚动导轨II41。

图5中，Z轴传动链包括6包括伺服电机III 43，它通过减速机III44与Z轴丝杠连接，在Z轴丝杠上设有丝杠螺母副III45；同时在Z轴丝杠的另一端设有位置编码器III33，位置编码器II 33与计算机控制装置连接。Z轴传动链包括6采用带预紧的FFZL型滚珠丝杠螺母副传动，位置保持依靠电机抱闸。Z轴导向采用2根直线滚动导轨III46。

图6中，工作转台7包括伺服电机IV20，它与减速机IV21连接，减速机IV21与齿轮连接，齿轮与带外齿四点接触球轴承19啮合；带外齿四点接触球轴承19安装在工作台23上，工作台23上还设有位置编码器II 22，位置编码器II 22与计算机控制装置连接。

图7中，压头8包括伺服电机V24，它与减速机V25连接，减速机V25与压头丝杠连接，压头丝杠上设有丝杠螺母副IV26；压头丝杠一端设有位置编码器IV28，在压头丝杠末端设有导向机构27，同时还有激光测距传感器29，位置编码器IV28和激光测距传感器29分别与计算机控制装置连接。激光测距传感器29的测量范围为80±15mm，精度0.01mm，用于实时测量每次折弯动作后的管线变形，通过与理论曲线比对，来修正下一步压头折弯的位置。

图8中，计算机控制装置包括工业控制计算机30和多功能板卡31，多功能板卡31设有至少一个CAN接口32，工业控制计算机30与触摸屏37和激光测距传感器29连接，触摸屏37和激光测距传感器29分别与低压电源35和配电及安全控制系统36连接，同时工业控制计算机30也与低压电源35和配电及安全控制系统36连接；CAN接口32与位置编码器I17、位置编码器II 42、位置编码器III33、位置编码器IV28连接，位置编码器I17、位置编码器II42、位置编码器III33、位置编码器IV28与低压电源35和配电及安全控制系统36连接；CAN接口32还与伺服电机驱动器34和安全限位装置18连接，伺服电机驱动器34与配电及安全控制系统36连接，安全限位装置18与低压电源35连接。

本发明的全自动数控转子线圈成型设备由两套完全相同的折弯系统组成，可同时对发电机管线两端进行不同曲线的独立折弯。使用时，用户只需输入管线的编号(或技术参数)并完成管线的装夹固定，其余的折弯、检测工作均由本设备自动完成。

每套折弯装置均可实现5轴运动，分别是：X、Y、Z平动，绕X轴工作台的转动，以及压头伸缩动作。通过这5个运动，可完成Y、Z平面内指定范围内任意曲线的弯曲成形。座标系的定义如附图1所示。

X向运动用于实现对不同长度管线的折弯；Y向和Z向平动以及绕X轴的旋转运动，主要是用于调节压头的折弯位置和角度。

X、Y、Z轴传动链结构基本相同，可实现三轴的直线运动。各位置编码器与相应丝杠同轴安装，用于代替通常的感应同步尺，检测各轴位置等参数。

绕X轴的工作转台7采用带外齿四点接触球轴承19作为回转支承，传动链主要由伺服电机IV20、减速机IV21、齿轮、位置编码器II 22组成。位置编码器II 22安装于工作转台7中心，用于转角测量。齿轮与带外齿四点接触球轴承19采用了一体化结构，以使结构更紧凑。

在工作转台7上安装有管线折弯压头8，由于液压系统存在耗油、耗电(空载时油泵电机仍运转)，噪音大(通常达70dB以上)的缺点，本设备舍弃了通常的液压压头方案，而采用了电动压头方案。压头8由伺服电机V24、减速机V25、丝杠螺母副II 26、导向机构27、位置编码器IV 28组成，可以实现一维的伸缩动作。与压头丝杠同轴安装的位置编码器IV 28用于检测压头8位置、控制压头8的行程。此外，在工作转台7上、压头8附近设置了非接触式的激光测距传感器29，用于实时测量每次折弯动作后的管线变形，通过与理论曲线比对，来修正下一步压头折弯的位置。

计算机控制部分如附图6所示，工业控制计算机30主要完成系统总体控制，包括加工过程控制、传感器数据采集、数据人工交互及存储等功能；触摸屏37主要完成加工过程人工交互；多功能板卡31完成工业控制计算机30与外部数据交互；伺服电机驱动器34完成对各伺服电机的控制；各位置编码器实现对各轴位置的精确检测；激光测距传感器29作为折弯过程中对加工精度的检测，并实时传递到工业控制计算机30进行修正；低压电源35提供系统控制部分的低压电源；配电及安全控制系统36负责系统的配电和安全运行。

Claims

1.一种全自动数控转子线圈成型设备，其特征是，它包括一对折弯系统，两者间设有线管中心托架(10)，线管(12)穿过线管中心托架(10)后两端安装在折弯系统内；所述折弯系统包括折弯成形装置和计算机控制装置，其中，折弯成形装置包括基座(1)，在基座(1)上设有X轴传动链(2)，基座(1)上安装有立柱(3)，立柱(3)上安装有Y轴传动链(4)；在立柱(3)上安装有横梁(5)，横梁(5)上安装有z轴传动链(6)和工作转台(7)，工作转台(7)与Z轴传动链(6)连接，同时在工作转台(7)上还设有压头(8)；

所述X轴传动链(2)包括伺服电机I(13)，它通过减速机I(14)与X轴丝杠连接，在X轴丝杠上设有丝杠螺母副I(15)；同时在X轴丝杠的另一端设有位置编码器I(17)，在X轴丝杠两端还设有安全限位装置(18)，位置编码器I(17)与计算机控制装置连接；

所述Y轴传动链(4)包括伺服电机II(38)，它通过减速机II(39)与Y轴丝杠连接，在Y轴丝杠上设有丝杠螺母副II(40)；同时在Y轴丝杠的另一端设有位置编码器II(42)，位置编码器II(42)与计算机控制装置连接；Y轴丝杠两侧还设有滚动导轨II(41)；

所述Z轴传动链(6)包括伺服电机III(43)，它通过减速机III(44)与Z轴丝杠连接，在Z轴丝杠上设有丝杠螺母副III(45)；同时在Z轴丝杠的另一端设有位置编码器III(33)，位置编码器III(33)与计算机控制装置连接；Z轴丝杠两侧还设有滚动导轨III(46)；

所述压头(8)包括伺服电机V(24)，它与减速机V(25)连接，减速机V(25)与压头丝杠连接，压头丝杠上设有丝杠螺母副IV(26)；压头丝杠一端设有位置编码器V(28)，在压头丝杠末端设有导向机构(27)，同时还有激光测距传感器(29)，位置编码器V(28)和激光测距传感器(29)分别与计算机控制装置连接。

2.如权利要求1所述的全自动数控转子线圈成型设备，其特征是，所述基座(1)两侧上设有滚动导轨I(16)，在基座(1)底部设有多个调整垫铁(11)。

3.如权利要求1所述的全自动数控转子线圈成型设备，其特征是，所述工作转台(7)包括伺服电机Ⅳ(20)，它与减速机Ⅳ(21)连接，减速机Ⅳ(21)与齿轮连接，齿轮与带外齿四点接触球轴承(19)啮合；带外齿四点接触球轴承(19)安装在工作台(23)上，工作台(23)上还设有位置编码器Ⅳ(22)，位置编码器Ⅳ(22)与计算机控制装置连接。

4.如权利要求1或3所述的全自动数控转子线圈成型设备，其特征是，所述计算机控制装置包括工业控制计算机(30)和多功能板卡(31)，多功能板卡(31)设有至少一个CAN接口(32)，工业控制计算机(30)与触摸屏(37)和激光测距传感器(29)连接，触摸屏(37)和激光测距传感器(29)分别与低压电源(35)和配电及安全控制系统(36)连接，同时工业控制计算机(30)也与低压电源(35)和配电及安全控制系统(36)连接；CAN接口(32)与位置编码器I(17)、位置编码器II(42)、位置编码器III(33)、位置编码器IV(28)连接，位置编码器I(17)、位置编码器II(42)、位置编码器III(33)、位置编码器IV(28)与低压电源(35)和配电及安全控制系统(36)连接；CAN接口(32)还与伺服电机驱动器(34)和安全限位装置(18)连接，伺服电机驱动器(34)与配电及安全控制系统(36)连接，安全限位装置(18)与低压电源(35)连接。