CN112123744B - 一种带材缠绕装置、带材缠绕方法以及数控缠绕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料自动化成型技术领域内的一种带材缠绕装置，包括芯轴、测速器、牵引组件、压辊、宽度传感器以及放卷轴；所述牵引组件包括第一牵引辊和第二牵引辊，所述芯轴、所述第一牵引辊、所述第二牵引辊以及所述放卷轴依次排列设置；所述测速器与所述芯轴相接触，所述宽度传感器设置于所述第一牵引辊和所述第二牵引辊之间，所述芯轴、所述第一牵引辊以及所述第二牵引辊分别配置有所述压辊。本发明还提供了一种带材缠绕方法及其数控缠绕机。本发明带材缠绕装置通过于带材缠绕芯轴的近端设置宽度传感器以及牵引组件，对变形的带材进行调整后即进入芯轴，可大大减少带材中间传输路线的监控措施，简化装置，提高效率。

Description

一种带材缠绕装置、带材缠绕方法以及数控缠绕机

技术领域

本发明涉及复合材料自动化成型技术领域，具体涉及一种带材缠绕装置、带材缠绕方法以及数控缠绕机。

背景技术

由于复合材料具有高的比模量比强度，同时因其结构的设计与制造一体化的优势，使得复合材料在航空航天领域得到广泛应用。随着航空航天领域复合材料产品结构的可靠性及质量要求不断地提高，并且复合材料成型工艺技术不断地进步，对于复合材料成型中间环节的复合材料预制品的性能、可靠性、稳定性的要求越来越苛刻。布带缠绕绝热层作为火箭发动机重要零部件，是影响火箭动力性能的关键。

布带缠绕绝热层是采用编织布增强树脂基复合材料预浸料通过布带缠绕成型制备而成的。目前，编织布增强树脂基复合材料预浸料布带缠绕已采用数控设备缠绕，例如中国发明专利公开号为CN108327310A，公开了一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法，该项发明涉及的自动缠绕设备只具备控张力缠绕，无法实现布带变形量稳定控制，导致缠绕制品表观不美观，制品厚度不均匀等问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带材缠绕装置、带材缠绕方法以及数控缠绕机。

根据本发明提供的一种带材缠绕装置，包括芯轴、测速器、牵引组件、压辊、宽度传感器以及放卷轴；

所述牵引组件包括第一牵引辊和第二牵引辊，所述芯轴、所述第一牵引辊、所述第二牵引辊以及所述放卷轴依次排列设置；

所述测速器与所述芯轴相接触，所述宽度传感器设置于所述第一牵引辊和所述第二牵引辊之间，所述芯轴、所述第一牵引辊以及所述第二牵引辊分别配置有所述压辊。

一些实施方式中，所述第一牵引辊与所述芯轴的线速度保持同步，所述第二牵引辊的线速度根据所述宽度传感器时时采集的带材宽度数据调低或保持一致。

一些实施方式中，所述第二牵引辊的线速度与所述第一牵引辊线速度的差值小于等于所述第一牵引辊线速度的20％。

一些实施方式中，所述第一牵引辊与所述第二牵引辊之间的间距为5～25mm。

一些实施方式中，还包括张力传感器，所述张力传感器设置于所述放卷轴与所述第二牵引辊之间，所述张力传感器用于调整所述放卷轴的制动器阻力。

本发明还提供了一种数控缠绕机，包括所述的带材缠绕装置。

本发明还提供了一种带材缠绕方法，采用所述的数控缠绕机，包括如下步骤：

S1，选取带材，预设带材缠绕参数，启动运行程序；

S2，线速度的测量与保持：通过所述测速器获取带材线速度，调整所述第一牵引辊和所述第二牵引辊的转速保持与带材线速度一致；

S3，带材形变量的控制：根据所述宽度传感器时时采集的带材宽度数据调整所述第二牵引辊的转速，根据所述张力传感器时时采集的带材张力数据调整所述放卷轴制动器阻力；

S4，缠绕作业结束，实现带材均匀缠绕于所述芯轴上。

8、根据权利要求7所述的带材缠绕方法，其特征在于，所述步骤S1中，预设带材缠绕参数包括缠绕张力、主轴转速、带材变形量最大限值、带材宽度最小偏差响应值以及所述第一牵引辊与所述第二牵引辊线速度差值。

一些实施方式中，所述带材宽度最小偏差响应值为1～3mm。

一些实施方式中，所述第二牵引辊的线速度与所述第一牵引辊线速度差值小于等于所述第一牵引辊线速度的20％。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明带材缠绕装置通过在带材缠绕芯轴的近端设置宽度传感器以及牵引组件，在带材缠绕于芯轴之前对变形的带材进行调整，减少了带材中间传输路线的监控措施，简化缠绕装置的结构，提高生产效率。

2、本发明通过增设张力传感器对带材的放卷张力进行监控并纠正，不仅很好地满足带材在缠绕过程中的张力需求，而且与位于尾部的宽度控制器、牵引组件形成首尾呼应，确保带材的缠绕质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为带材缠绕装置示意图；

图2为带材缠绕装置控制方法流程示意图；

其中，图中所对应的附图标记为：

1-芯轴，2-测速器，3-牵引组件，31-第一牵引辊，32-第二牵引辊，4-压辊，5-宽度传感器，6-张力传感器，7-放卷轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供了一种基于数控缠绕机的缠绕装置，包括芯轴1、测速器2、牵引组件3、压辊4、宽度传感器5以及放卷轴7。芯轴1作为缠绕动力轴，通过其规律的转动使得带材被缠绕其上。测速器2用于测量带材的线速度。牵引组件3作为主动牵引装置，用于调整带材的线速度，实现对带材形变的调整，主要是带材宽度的调整。压辊4与芯轴1、牵引组件3配合使用，同时带材缠绕传输路线中的其他部位也设置有压辊4。宽度传感器5用于测量采集带材的时时宽度。放卷轴7用以供应带材。具体地：

牵引组件3包括第一牵引辊31和第二牵引辊32，第一牵引辊31和第二牵引辊32分别配置有压辊4。芯轴1、第一牵引辊31、第二牵引辊32以及放卷轴7依次排列设置。测速器2与芯轴1相接触，测速器2随带材的转动而转动。宽度传感器5设置于第一牵引辊31和第二牵引辊32之间。

本发明装置对带材缠绕变形量的控制过程阐述如下：

带材缠绕作业启动后，通过测速器2与芯轴1中带材的接触转动，测算出带材的线速度，进而通过系统调整第一牵引辊31和第二牵引辊32的转速，使第一牵引辊31和第二牵引辊32的转速与芯轴1保持同步。带材缠绕过程中，通过宽度传感器5对带材的宽度进行时时测量，当检测到带材的宽度值大于预设值后，系统可瞬时降低第二牵引辊32的转速，进而通过第二牵引辊32的转速慢于第一牵引辊31的转速而增大带材的张力，缩小带材的宽度，使其达到预设值，进而确保带材的宽度值能够保持基本一致。当宽度传感器5检测到缠绕带材的宽度值变回预设宽度值范围内时，则通过信号传递给牵引装置，进而增大第二牵引辊32的转速至与第一牵引辊31的转速相同。本发明带材缠绕装置通过于带材缠绕芯轴1的近端设置宽度传感器以及牵引组件，在带材缠绕于芯轴之前对变形的带材进行调整，减少了带材中间传输路线的监控措施，简化缠绕装置的结构，提高生产效率。

优选的实施方式中，当宽度传感器5检测到带材的宽度大于预设值后，调慢第二牵引辊32的转速，此时，第二牵引辊32的转速的降幅在20％以内，即第二牵引辊32的转速与第一牵引辊31的转速的差值控制在20％以内，可对带材产生较好的形变。如差值超过20％，将使得变形量过大，带材的宽度会趋向过窄的方向变化。

优选的实施方式中，第一牵引辊31与第二牵引辊32之间的距离设置为5～25mm。第一牵引辊31与第二牵引辊32之间的间距影响调整带材变形的精度。通过两牵引辊相对运动来调整牵引辊之间的带材变形量，其两者的间距越小控制精度越高，但考虑到设备响应时间，距离也不能太短。

优选的实施方式中，在带才缠绕传输路线上，于放卷盘7与第二牵引辊32之间设置有张力传感器6，张力传感器6用于采集带材的放卷张力。当张力传感器6采集带材的放卷张力小于预设值时，系统将控制增大放卷盘7的制动器阻力，增大带材的放卷张力。反之，则减小放卷盘7的制动器阻力，降低带材的放卷张力。通过增设张力传感器对带材的放卷张力进行监控并纠正，不仅很好地满足带材在缠绕过程中的张力需求，而且与位于尾部的宽度控制器、牵引组件形成首尾呼应，确保带材的缠绕质量。

实施例2

如图1-2所示，本实施例2是在实施例1的基础上形成的一种基于数控缠绕机的带材缠绕方法，具体包括如下步骤：

S1，选取带材，预设带材缠绕参数，启动运行程序。其带材缠绕参数包括缠绕张力、主轴转速、带材变形量、带材宽度最小偏差响应值以及第一牵引辊31与第二牵引辊32转速差值。其中优选的，带材宽度最小偏差响应值为1-3mm,特别优选的为2mm。

S2，线速度的测量与保持：通过测速器2获取带材线速度，调整第一牵引辊31与第二牵引辊32的转速与带材线速度保持一致。

S3，带材形变量的控制：根据宽度传感器5采集的带材宽度数据调整第二牵引辊32的转速，根据张力传感器6采集的带材张力数据调整放卷轴7制动器阻力。

S4，缠绕作业结束，实现带材均匀缠绕于芯轴1上。

例如，一种基于数控缠绕机的带材恒变形量缠绕装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、选取带材宽度为35mm，设定缠绕张力为10N，主轴转速为120r/min，带材变形量为10mm，带宽最小偏差响应为2mm，牵引辊转速差最大为20％，开启程序自动运行。

S2、测速器2采集到时时的带材线速度，并换算成牵引辊的转速，使第一牵引辊31和第二牵引辊32的转速与芯轴1的速度保持一致，即与带材的线速度保持一致。

S3、宽度传感器5采集到带材实际宽度，若带材宽度大于27mm，则通过控制系统，将第二牵引辊32的转速迅速降低20％，以增大带材变形量。待带材的宽度恢复至25mm时，提高第二牵引辊32的转速至与第一牵引辊31的转速相同，即与芯轴1的转速保持同步。张力传感器6采集到带材的放卷张力小于10N时，则通过控制系统增大放卷盘的制动器阻力，提高带材的放卷张力至10N。

S4、步骤2、3自动循环运行，实现带材均匀缠绕于芯轴1上。

综上所述，本发明带材缠绕装置通过于带材缠绕芯轴1的近端设置宽度传感器以及牵引组件，对变形的带材进行调整后即进入芯轴，可大大减少带材中间传输路线的监控措施，简化装置，提高效率；2、本发明通过增设张力传感器对带材的放卷张力进行监控并纠正，不仅减小带材缠绕过程中张力的变化，而且与位于尾部的宽度控制器、牵引组件形成首尾呼应，最大程度的确保带材的缠绕质量。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种带材缠绕装置，其特征在于，包括芯轴（1）、测速器（2）、牵引组件（3）、压辊（4）、宽度传感器（5）以及放卷轴（7）；

所述牵引组件（3）包括第一牵引辊（31）和第二牵引辊（32），所述芯轴（1）、所述第一牵引辊（31）、所述第二牵引辊（32）以及所述放卷轴（7）依次排列设置；

所述测速器（2）与所述芯轴（1）相接触，所述宽度传感器（5）设置于所述第一牵引辊（31）和所述第二牵引辊（32）之间，所述芯轴（1）、所述第一牵引辊（31）以及所述第二牵引辊（32）分别配置有所述压辊（4）；

所述第一牵引辊（31）与所述芯轴（1）的线速度保持同步，所述第二牵引辊（32）的线速度根据所述宽度传感器（5）实时采集的带材宽度数据调低或保持一致；

所述第二牵引辊（32）的线速度与所述第一牵引辊（31）线速度的差值小于等于所述第一牵引辊（31）线速度的20%；

所述第一牵引辊（31）与所述第二牵引辊（32）之间的间距为5~25mm；

还包括张力传感器（6），所述张力传感器（6）设置于所述放卷轴（7）与所述第二牵引辊（32）之间，所述张力传感器（6）用于调整所述放卷轴（7）的制动器阻力。

2.一种数控缠绕机，其特征在于，包括如权利要求1所述的带材缠绕装置。

3.一种带材缠绕方法，其特征在于，采用权利要求2所述的数控缠绕机，包括如下步骤：

S1，选取带材，预设带材缠绕参数，启动运行程序；

S2，线速度的测量与保持：通过所述测速器（2）获取带材线速度，调整所述第一牵引辊（31）和所述第二牵引辊（32）的转速保持与带材线速度一致；

S3，带材形变量的控制：根据所述宽度传感器（5）实时采集的带材宽度数据调整所述第二牵引辊（32）的转速，根据所述张力传感器（6）实时采集的带材张力数据调整所述放卷轴（7）制动器阻力；

S4，缠绕作业结束，实现带材均匀缠绕于所述芯轴（1）上。

4.根据权利要求3所述的带材缠绕方法，其特征在于，所述步骤S1中，预设带材缠绕参数包括缠绕张力、主轴转速、带材变形量最大限值、带材宽度最小偏差响应值以及所述第一牵引辊（31）与所述第二牵引辊（32）线速度差值。

5.根据权利要求3所述的带材缠绕方法，其特征在于，所述带材宽度最小偏差响应值为1~3mm。

6.根据权利要求3所述的带材缠绕方法，其特征在于，所述第二牵引辊（32）的线速度与所述第一牵引辊（31）线速度差值小于等于所述第一牵引辊（31）线速度的20%。

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