CN109868473B - 一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置 - Google Patents

Abstract

一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，由机架组、驱动组、止端夹持组及动端夹持组4个组块组合而成；机架组用于搭建驱动组和止端夹持组，确定驱动组和止端夹持组的位置和运动情况，并有夹持金属棒材的作用；驱动组通过滑块和导轨的配合，丝杠螺母和丝杠的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，并且自身内部能够旋转，为缠绕金属管线提供驱动力；止端夹持组通过滑块和导轨的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，用于夹持金属管线的固定端；动端夹持组套装在驱动组上，能相对驱动组做平移运动，并能固定在驱动组的特定位置，主要用于拉紧金属管线的活动端，为缠绕金属管线提供足够的拉力。

Description

一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置

技术领域

本发明属于自动缠线装置领域，具体地，涉及一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，用于对金属棒材进行高频感应熔覆之前的自动化缠绕冷却管线的预处理操作。

背景技术

近年来，随着高频感应熔覆加工技术的不断发展，对需要实施感应熔覆进行加工的金属棒材的预先处理在效率和效果方面有着更大的需求。对金属棒材的预先处理过程中，在棒材的表面缠绕一层多圈的空心金属冷却管线是必不可少的一步。由于金属空心冷却管线的韧性大，所以在手工缠绕的过程中易产生回弹。目前，国内外在金属棒材表面缠绕金属空心管线主要采取人为手工缠绕的方式，自动化程度低，工作效率低，缠绕效果不佳，对进行后续的感应熔覆加工过程会产生不利影响。

西安交通大学设计的一种多功能布料纺织用线缠线装置，可以实现均匀地缠线，但由于面对的对象不同，无法对韧性大的金属管线进行缠绕；常州工学院设计的新型直线电机定子线圈绕线机，实现了对金属线材的缠绕，但对于韧性较大的金属管线会破坏其内部的空心结构，并且容易产生回弹的现象。目前国内现有的缠线装置大多用于布料用线，实心金属线等，且缠线的速度较快，不利于韧性大的线材定型，未有针对韧性大的空心金属管线的缠线装置。

发明内容

为了解决现有技术所存在的不足，本发明提供一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，自动化控制，适用于空心金属管线，管线缠绕后不易回弹，缠线效果远大于手工处理，且操作方便，极大地缩短了感应熔覆的预处理时间。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，由四个组块组合而成，包括：机架组、驱动组、止端夹持组及动端夹持组；机架组用于确定驱动组和止端夹持组的位置，并有夹持金属棒材的作用；驱动组通过滑块和丝杠螺母装配在机架组的导轨和丝杠上，用于为缠绕金属管线提供驱动力；止端夹持组仅通过滑块装配在机架组的导轨上，和驱动组相互独立，用于固定金属管线的一端；动端夹持组装配在驱动组上，主要用于拉紧金属管线的活动端，在送出金属管线的同时，为缠绕金属管线提供足够的拉力。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：采用上述结构的缠线装置在金属棒材上缠绕冷却管线，可以有效避免管线的回弹现象，管线最终成型效果好，有利于后续的高频感应熔覆加工过程的进行；该缠线装置进行缠线工作时，由步进电机控制缠绕金属管线的疏密和缠绕速度的快慢，操作方便，自动化程度高；该装置进行缠线的工作效率高，节省人力，安全可靠。

附图说明

图1a是基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置的立体图；

图1b是基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置的后视图；

图2是机架组的立体图；

图3a是驱动组的左视图；

图3b是驱动组的正面剖视图；

图4是止端夹持组的正视图；

图5a是动端夹持组的左视图；

图5b是动端夹持组的仰视图；

图6是零件卡环的立体图；

图7是零件支撑顶持件的立体图。

图中：1、试验棒材，2、试验冷却管线，3、三爪卡盘，4、平移步进电机，5、固定架，6、平移长导轨，7、平移丝杠，8、大蜗轮，9、轴承压盖，10、角接触球轴承，11、支撑顶持件，12、旋转步进电机，13、旋转步进电机支架，14、蜗杆，15、管线定位环，16、大蜗轮固定螺钉，17、管线引导轮，18、传导棒，19、连接件，20、平移远端滑台，21、平移近端滑台，22、管线压紧螺杆，23、管线压紧螺母，24、止端压紧滑动块，25、止端压紧固定块，26、管线止端滑台，27、管线压紧导轨，28、管线压紧滑块，29、管线止端锁紧螺钉，30、卡环锁紧把手，31、卡环，32、卡环摩擦垫，33、楔形块移动销轴，34、锁紧把手螺钉，35、楔形块滑块导轨，36、楔形块滑块，37、小楔形压块，38、强力弹性带，39、固定压块，40、大楔形压块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1a、1b所示，一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，由机架组、驱动组、止端夹持组及动端夹持组4个组块组合而成；机架组用于搭建驱动组和止端夹持组，确定驱动组和止端夹持组的位置和运动情况，并有夹持试验棒材1的作用；驱动组通过滑块和导轨的配合，丝杠螺母和丝杠的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，并且自身内部能够旋转，为缠绕金属管线提供驱动力；止端夹持组通过滑块和导轨的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，用于夹持金属管线的固定端；动端夹持组套装在驱动组上，能相对驱动组做平移运动，并能固定在驱动组的特定位置，主要用于拉紧金属管线的活动端，为缠绕金属管线提供足够的拉力；试验棒材1和试验冷却管线2分别用于演示金属棒材和金属空心冷却管线在该装置运行时的状态，试验棒材1显示金属棒材所处的位置，试验冷却管线2显示缠绕金属空心冷却管线时所经过的路径。

如图2所示，机架组包括：三爪卡盘3、平移步进电机4、固定架5、平移长导轨6、平移丝杠7；机架组起到连接驱动组和止端夹持组的作用，以确定驱动组和止端夹持组的位置和运动情况。

三爪卡盘3连接在固定架5上，用于夹持试验棒材1；平移步进电机4通过电机座固定在固定架5上；平移长导轨6共有两条，通过螺钉固定在固定架5上，用于直接搭建驱动组和止端夹持组；平移丝杠7直接与平移步进电机4的出轴相连，起到传递平移步进电机4转矩的作用。

如图3a、3b、7所示，驱动组包括：大蜗轮8、轴承压盖9、角接触球轴承10、支撑顶持件11、旋转步进电机12、旋转步进电机支架13、蜗杆14、管线定位环15、大蜗轮固定螺钉16、管线引导轮17、传导棒18、连接件19、平移远端滑台20、平移近端滑台21；驱动组搭建在机架组之上，为缠绕管线提供轴向和切向的位移。

大蜗轮8通过内圈上的矩形切槽和传导棒18上的小切槽相互对应装配，确定大蜗轮8确切位置，再通过大蜗轮固定螺钉16将大蜗轮8固定在传导棒18上；轴承压盖9与角接触球轴承10外圈配合；支撑顶持件11与角接触球轴承10内圈配合，确保轴承压盖9和支撑顶持件11之间的旋转关系，通过螺钉固定在平移远端滑台20上；旋转步进电机12通过螺钉固定在旋转步进电机支架13上；旋转步进电机支架13通过螺钉固定在平移近端滑台21上；蜗杆14通过过盈配合固定在旋转步进电机12的出轴上，和大蜗轮8配合，将旋转步进电机12的输出扭矩传递到大蜗轮8上，使大蜗轮8旋转；管线定位环15固定在传导棒18上，随大蜗轮8一起转动，牵引金属管线以确定进行缠绕的位置；管线引导轮17固定在传导棒18上，用于引导金属管线，防止和金属棒材发生干扰；传导棒18通过螺钉固定在连接件19上，用于承载动端夹持组，固定金属管线的引导件，以及连接起到旋转功能的大蜗轮8和起到承载功能的轴承压盖9；连接件19通过螺钉固定在轴承压盖9上，用于连接传导棒18和轴承压盖9，解决传导棒18和轴承压盖9之间的高度差问题；平移远端滑台20和平移近端滑台21的下表面均固定有一组滑块和一个丝杠螺母，滑块和丝杠螺母分别与机架组中的平移长导轨6和平移丝杠7配合，起到传递机架组中平移丝杠7的转矩的作用。

如图4所示，止端夹持组包括：管线压紧螺杆22、管线压紧螺母23、止端压紧滑动块24、止端压紧固定块25、管线止端滑台26、管线压紧导轨27、管线压紧滑块28、管线止端锁紧螺钉29；止端夹持组搭建在机架组之上，用于固定管线的一端，为缠绕管线提供初始的起点。

管线压紧螺杆22穿过止端压紧滑动块24和止端压紧固定块25，螺杆头部嵌在止端压紧固定块25右表面上的凹槽内，使螺杆不能转动；管线压紧螺母23配合在管线压紧螺杆22上，通过螺纹配合压紧止端压紧滑动块24的左表面；止端压紧滑动块24通过左表面上管线压紧螺母23的压紧作用，向右夹紧金属管线；止端压紧固定块25通过螺钉固定在管线止端滑台26上，和止端压紧滑动块24一起完成夹紧固定金属管线的作用；管线止端滑台26下表面固定有一组滑块，滑块和机架组中的平移长导轨6配合，使管线止端滑台26能在平移长导轨6上移动；管线压紧导轨27通过螺钉固定在管线止端滑台26上表面；管线压紧滑块28固定在止端压紧滑动块24下表面，并与管线压紧导轨27配合，用于确定止端压紧滑动块24的移动方向；管线止端锁紧螺钉29通过螺纹配合在管线止端滑台26上，通过下端压紧在机架组中的平移长导轨6上，使止端夹持组静止不动，确定止端夹持组在平移长导轨6上的具体位置。

如图5a、5b、6所示，动端夹持组包括：卡环锁紧把手30、卡环31、卡环摩擦垫32、楔形块移动销轴33、锁紧把手螺钉34、楔形块滑块导轨35、楔形块滑块36、小楔形压块37、强力弹性带38、固定压块39、大楔形压块40；动端夹持组搭建在驱动组之上，主要用于拉紧管线的活动端，以确保有足够的拉力进行管线的缠绕。

卡环锁紧把手30通过螺纹配合在锁紧把手螺钉34上，用于夹紧卡环31的开口位置，增大卡环摩擦垫32和驱动组中传导棒18侧表面之间的摩擦力；卡环31是动端夹持组的主体部分，使用销钉穿过卡环31上表面的通孔并和驱动组中传导棒18上表面的凹槽配合，起到限定卡环31的位置的作用；卡环摩擦垫32共有两块，通过螺钉固定在卡环31的内表面，用于增大摩擦力，压紧后固定动端夹持组；楔形块移动销轴33共有两个，穿过卡环31侧表面的通孔，用于确定固定压块39和大楔形压块40的移动方向；锁紧把手螺钉34穿过卡环31侧表面的通孔，螺钉头部嵌在卡环31侧表面的凹槽内，使锁紧把手螺钉34不能转动；楔形块滑块导轨35通过螺钉固定在卡环31的内表面；楔形块滑块36和楔形块滑块导轨35配合，用于确定小楔形压块37的移动方向；小楔形压块37通过螺钉固定在楔形块滑块36上；强力弹性带38一端固定在小楔形压块37上，另一端固定一个金属插销，金属插销插入卡环31侧表面的槽口，起到拉紧强力弹性带38的作用；固定压块39固定在卡环31的内表面；大楔形压块40和楔形块移动销轴33配合，确保大楔形压块40的移动方向，并且大楔形压块40的楔形面和小楔形压块37的楔形面相互挤压，内表面的凹槽和固定压块39内表面的凹槽相互配合，用于适当压紧金属管线，提供缠绕金属管线的拉力。

整体工作原理

使用三爪卡盘3将试验棒材1固定，调整止端夹持组在平移长导轨6上的位置，使止端压紧固定块25的左表面和试验棒材1上需要进行感应熔覆的区域边界相对应，拧紧管线止端锁紧螺钉29将止端夹持组固定；运行平移步进电机4，驱动组整体平移，当管线定位环15和止端压紧固定块25的左表面相对应时，停止平移步进电机4；将试验冷却管线2的一端放入止端压紧滑动块24和止端压紧固定块25之间的空隙，拧紧管线压紧螺母23确保试验冷却管线2的一端固定不动之后将试验冷却管线2的另一端依次穿过管线定位环15，管线引导轮17，固定压块39和大楔形压块40之间的凹槽，最终穿过支撑顶持件11上的通孔，从而完成缠绕冷却管线的准备工作；为避免动端夹持组在后续的运动中和试验棒材1发生干涉，在传导棒18上选取适于试验棒材1长度的凹槽，通过卡环31上表面的螺钉确保动端夹持组在传导棒18上选定凹槽的位置，扭转卡环锁紧把手30将动端夹持组固定；根据试验冷却管线2的外直径选取卡环31侧表面上的槽口，将强力弹性带38一端的金属插销插入卡环31侧表面上选定的槽口内，确保固定压块39和大楔形压块40之间的凹槽可以适当夹紧试验冷却管线2；根据所需试验冷却管线2缠绕的疏密程度，调整平移步进电机4和旋转步进电机12的速度比例，并确保旋转步进电机12的旋转速度较慢，满足使试验冷却管线2充分定型的效果；同时运行平移步进电机4和旋转步进电机12，平移步进电机4的输出通过平移丝杠7与平移远端滑台20和平移近端滑台21下表面固定的丝杠螺母的配合关系，带动驱动组的直线平移，实现缠绕试验冷却管线2的轴向位移，旋转步进电机12通过大蜗轮8与蜗杆14的配合关系，带动大蜗轮8和轴承压盖9之间所有固定连接零部件的转动，实现缠绕试验冷却管线2的切向位移；当试验棒材1上需要进行感应熔覆的区域完成了缠线工作后，关闭平移步进电机4和旋转步进电机12；静止一段时间后，试验冷却管线2充分定型，再从管线定位环15处剪断试验冷却管线2，单独运行平移步进电机4，当大蜗轮8超出试验棒材1端面后，关闭平移步进电机4；拧松管线压紧螺母23，将缠好试验冷却管线2的试验棒材1从三爪卡盘3中取出，从而实现了对金属棒材自动化缠绕冷却管线的目的。

Claims (1)

1.一种基于高频感应熔覆的自动缠绕冷却管线装置，由机架组、驱动组、止端夹持组及动端夹持组4个组块组合而成；机架组用于搭建驱动组和止端夹持组，确定驱动组和止端夹持组的位置和运动情况，并有夹持试验棒材的作用；驱动组通过滑块和导轨的配合，丝杠螺母和丝杠的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，并且自身内部能够旋转，为缠绕金属管线提供驱动力；止端夹持组通过滑块和导轨的配合搭建在机架组上，能相对机架组做平移运动，用于夹持金属管线的固定端；动端夹持组套装在驱动组上，能相对驱动组做平移运动，并能固定在驱动组的特定位置；机架组包括：三爪卡盘、平移步进电机、固定架、平移长导轨、平移丝杠；驱动组包括：大蜗轮、轴承压盖、角接触球轴承、支撑顶持件、旋转步进电机、旋转步进电机支架、蜗杆、管线定位环、大蜗轮固定螺钉、管线引导轮、传导棒、连接件、平移远端滑台、平移近端滑台；止端夹持组包括：管线压紧螺杆、管线压紧螺母、止端压紧滑动块、止端压紧固定块、管线止端滑台、管线压紧导轨、管线压紧滑块、管线止端锁紧螺钉；动端夹持组包括：卡环锁紧把手、卡环、卡环摩擦垫、楔形块移动销轴、锁紧把手螺钉、楔形块滑块导轨、楔形块滑块、小楔形压块、强力弹性带、固定压块、大楔形压块；使用三爪卡盘将试验棒材固定，调整止端夹持组在平移长导轨上的位置，使止端压紧固定块的左表面和试验棒材上需要进行感应熔覆的区域边界相对应，拧紧管线止端锁紧螺钉将止端夹持组固定；运行平移步进电机，驱动组整体平移，当管线定位环和止端压紧固定块的左表面相对应时，停止平移步进电机；将试验冷却管线的一端放入止端压紧滑动块和止端压紧固定块之间的空隙，拧紧管线压紧螺母确保试验冷却管线的一端固定不动之后将试验冷却管线的另一端依次穿过管线定位环，管线引导轮，固定压块和大楔形压块之间的凹槽，最终穿过支撑顶持件上的通孔，从而完成缠绕冷却管线的准备工作；为避免动端夹持组在后续的运动中和试验棒材发生干涉，在传导棒上选取适于试验棒材长度的凹槽，通过卡环上表面的螺钉确保动端夹持组在传导棒上选定凹槽的位置，扭转卡环锁紧把手将动端夹持组固定；根据试验冷却管线的外直径选取卡环侧表面上的槽口，将强力弹性带一端的金属插销插入卡环侧表面上选定的槽口内，确保固定压块和大楔形压块之间的凹槽夹紧试验冷却管线；根据所需试验冷却管线缠绕的疏密程度，调整平移步进电机和旋转步进电机的速度比例，并确保旋转步进电机的旋转速度较慢，满足使试验冷却管线充分定型的效果；同时运行平移步进电机和旋转步进电机，平移步进电机的输出通过平移丝杠与平移远端滑台和平移近端滑台下表面固定的丝杠螺母的配合关系，带动驱动组的直线平移，实现缠绕试验冷却管线的轴向位移，旋转步进电机通过大蜗轮与蜗杆的配合关系，带动大蜗轮和轴承压盖之间所有固定连接零部件的转动，实现缠绕试验冷却管线的切向位移；当试验棒材上需要进行感应熔覆的区域完成了缠线工作后，关闭平移步进电机和旋转步进电机；静止一段时间后，试验冷却管线充分定型，再从管线定位环处剪断试验冷却管线，单独运行平移步进电机，当大蜗轮超出试验棒材端面后，关闭平移步进电机；拧松管线压紧螺母，将缠好试验冷却管线的试验棒材从三爪卡盘中取出，从而实现了对金属棒材自动化缠绕冷却管线的目的。