CN113097935B - 一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置。电缆剥皮自动化装置集成纵切、环切装置。该纵切装置和环切装置既可以独立运行，亦可以与底座的两套丝杠螺母机构配合使用。纵切装置与其中的一套丝杠螺母机构配合，可以实现纵向进给，通过纵切装置上的一对齿轮副，可以实现沿圆周方向多道纵向切割轨迹。环切装置与另一套丝杠螺母机构组合，可以实现螺旋形环切。底座两套丝杠螺母机构配置了手动和电动两种模式。纵切装置和环切装置，在大齿轮的两个端面的径向方向各自设计了三套小型丝杠螺母机构，以适应不同直径规格的电缆。纵切装置和环切装置，都设计了环形刀片，单独配置电机、控制器和电池。本发明提高了工作效率和剥皮的精准度。

Description

一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置

技术领域

本发明涉及一种可以兼顾110kV～220kV单芯和10kV～35kV多芯的电缆、且可以适用不同电缆直径的剥皮装置，具体涉及一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置。

背景技术

现有的电缆剥皮装置，或者为手动剥皮，存在效率低下、剥皮完表面粗糙度差的缺陷；或者为纵切、环切各自独立的半自动剥皮，存在切换工艺繁琐，行走轨迹需要工人操纵，难于控制等难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置。其设计思想：为了适应不同直径尺寸的电缆的径向方向的固定，在齿轮支撑基板和圆环底板的侧端面上，分别设计了三组小型丝杠螺母固定装置，在螺母的末端设计了内嵌式的双轴承支撑结构，这样在不增加大齿轮尺寸的前提下，增大了切割电缆直径。同时，为了将电缆纵切和环切功能集成于一个平台，开发了一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置。该装置包含六台步进/伺服电机、控制器及其上位机。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，包括纵切装置、环切装置和底座支撑装置三部分。纵切装置和环切装置设计有梯形挡块，且通过底座支撑装置的两套丝杠螺母机构实现纵向方向的进给运动。

纵切装置中的齿轮支撑基板的一侧端面设计有一对减速齿轮，一对减速齿轮包括小齿轮和大齿轮，小齿轮由步进或伺服电机驱动，大齿轮通过一个薄壁轴承与齿轮支撑基板构成相对旋转运动。大齿轮安装有圆环侧底板，圆环底板侧端面设计有四组小丝杠螺母机构，其中三组小丝杠螺母的末端安装有双支撑深沟球轴承，另一组小丝杠螺母的末端安装有圆形刀片和刀片驱动电机。齿轮支撑基板的另一侧端面设计有三组小丝杠螺母机构，且螺母的末端设计有双支撑深沟球轴承。双轴承的轴线与纵向进给方向垂直，刀片轴线亦与纵向进给方向垂直，以适应纵向进给。

环切装置的拓扑与纵切装置的拓扑一致，唯一的区别在于环切装置的双支撑轴承和刀片及其驱动电机相对纵切装置的位置旋转了90°，以适应圆周运动。

底座支撑装置设计有两组丝杠螺母机构，设计了电动和手动两种模式，电动模式通过步进或者伺服电机驱动，手动通过手轮转动。其中一套底座丝杠螺母机构的螺母与纵切装置的齿轮支撑基板固定，另一套底座丝杠螺母机构的螺母与环切装置的齿轮支撑基板固定，从而带动纵切装置和环切装置纵向移动。

环切装置的旋转刀片首先实现电缆的绝缘层和铠装层的圆周切割，圆周切割完成后，在底座其中一套丝杠螺母机构作用下，将环切装置移动到支撑底座末端；纵切装置在底座的另一套丝杠螺母机构以及减速齿轮旋转定位作用下，实现沿纵向、圆周方向的多道切割轨迹。

进一步地，大齿轮相对与齿轮支撑基板的相对旋转运动通过一个薄壁轴承实现，大齿轮的内圈与薄壁轴承的外圈过盈配合，薄壁轴承的内圈与轴承座过渡配合。薄壁轴承选型深沟球薄壁轴承。

本发明工作原理在于：设计了一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，在上位机的过程控制逻辑下，实现多个电机的协调控制。首先控制环切装置在底座的一套丝杠螺母机构驱动下，进入指定位置。环切装置上的圆环侧底板的驱动电机实现刀片的自转，同时，圆环侧底板固定在大齿轮侧端面上，通过小齿轮上的驱动电机，带动大齿轮和刀片实现公转，通过控制环切刀片电机的自转和公转以及底座丝杠机构的进给，实现螺旋形环切轨迹工序。环切工序完成之后，在底座丝杠螺母机构驱动下，移动到底座末端位置，进入纵切工序。纵切装置上的圆环侧底板的纵切刀片电机的自转与公转实现与环切装置的环切刀片运动方式相同，通过控制纵切刀片电机的自转和公转，实现多道纵切轨迹工序。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明底座双丝杠螺母机构实现了纵切与环切装置的纵向移动，在纵切装置、环切装置的两侧端面设计了手动的丝杠螺母机构和双轴承支撑，实现电缆沿圆周方向的多支点径向固定，同时圆形刀片在小丝杠螺母机构作用下，可以适应不同电缆直径以及切入电缆深度。

(2)本发明纵切装置和环切装置各自设计了一对大小齿轮传动，在圆形底板上的纵切刀片和环切刀片本身设计了驱动电机，可以纵切刀片和环切刀片自转和公转圆周运动。设计齿轮传动，一方面降低刀片驱动装置公转圆周速度，从而实现；另一方面可以按电缆的最大直径设计齿轮减速比，从而兼顾不同直径系列的电缆的剥皮。

(3)本发明纵切装置和环切装置结合底座各自驱动的丝杠螺母机构，分别实现多道纵切轨迹和螺旋形环切轨迹。通过单向交流电220V整流24V直流电源或者直接采用24V蓄电池供电，给步进/伺服电机的控制器供电，在PLC上位机的运动过程控制逻辑规划下，可以编制多种工作运动模式，包括控制刀片旋转速度、刀片切入电缆深度、圆形底板公转速度、纵切装置和环切装置纵向进给速度等，显著提高切割剥皮效率、提高切割质量。

附图说明

图1为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的总体结构图，其中，1为纵切装置，2为环切装置，3为底座双丝杠螺母机构平台。

图2为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的纵切装置正面轴测图，其中，1为纵切装置，10a,10b,10c为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，10d为带旋转刀片的小丝杠螺母机构，101为圆环底板。

图3为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的的纵切装置背面轴测图，其中，10e,10f,10g为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，107为齿轮基板，108为手柄，109为小齿轮驱动电机。

图4为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的纵切装置剖面图，其中，1为纵切装置，103为大齿轮，105为大轴承座，106为薄壁轴承，107为齿轮支撑基板，108为手柄，109为小齿轮驱动电机。

图5为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的纵切装置爆炸图，其中，101为环形底板，101a为倒梯形槽，102为小齿轮，103为大齿轮，104为大法兰螺母，105为大轴承座，106为薄壁轴承，107为齿轮支撑基板，107a为倒T型槽，108为手柄，109为小齿轮驱动电机，110a和110b为筋板，111a和111b为滑块，112、113、116、119、120为螺钉，114、117为平垫圈，118为螺钉，115为螺母。10a、10b、10c、10e、10f、10g为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，10d为带旋转刀片的小丝杠螺母机构。

图6为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的带双轴承支撑的小丝杠螺母机构爆炸图，其中，10a为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，401为小手轮，402a、402b为深沟球轴承，403为小轴承座，404、406为螺钉，405为小丝杠，407为小法兰螺母，408为小法兰螺母基板，408a为基板止口，408b为基板通孔，408c为轴孔，409a、409b为深沟球轴承，410为小轮轴。

图7为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的带旋转刀片的小丝杠螺母机构爆炸图，其中，10d为旋转刀片的小丝杠螺母机构，501为小手轮，502a、502b为深沟球轴承，503为小轴承座，504、506为螺钉，505为小丝杠，507为小法兰螺母，508为纵切刀片支撑滑块，508a为滑块止口，508b为滑块通孔，508c为滑块轴孔，509为刀片旋转电机，510为轴套，511为圆形刀片，512为螺母。

图8为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的环切装置正面轴测图，其中，201为环形底板，20a,20b,20c为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，20d为带旋转刀片的小丝杠螺母机构。

图9为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的环切装置反面轴测图，其中，20e,20f,20g为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，207为齿轮支撑基板，208为手柄，209为小齿轮驱动电机。

图10为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的环切装置剖面图，其中，203为大齿轮，205为大轴承座，206为薄壁轴承，207为齿轮支撑基板，208为手柄，209为小齿轮驱动电机。

图11为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的环切装置爆炸图，其中，201为环形底板，201a为倒梯形槽，202为小齿轮，203为大齿轮，204为大法兰螺母，205为大轴承座，206为薄壁轴承，207为齿轮支撑基板，207a为倒T型槽，208为手柄，209为小齿轮驱动电机，210a和210b为筋板，211a和211b为滑块，212、213、214、217、219、220、221为螺钉，215、218为平垫圈，216为螺母。20a、20b、20c、20e、2f、20g为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，20d为带旋转刀片的小丝杠螺母机构。

图12为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的的带双轴承支撑的小丝杠螺母机构爆炸图，其中，20a为双轴承支撑的小丝杠螺母机构，601为小手轮，602a、602b为深沟球轴承，603为小轴承座，604、606为螺钉，605为小丝杠，607为小法兰螺母，608为小法兰螺母基板，608a为基板止口，608b为基板通孔，608c为轴孔，609a、609b为深沟球轴承，610为小轮轴。

图13为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的带旋转刀片的小丝杠螺母机构爆炸图，其中，20d为旋转刀片的小丝杠螺母机构，701为小手轮，702a、702b为深沟球轴承，703为小轴承座，704、706为螺钉，705为小丝杠，707为小法兰螺母，708为小法兰螺母基板，708a为基板止口，708b为基板通孔，708c为轴孔，709为刀片旋转电机，710为轴套，711为圆形刀片，712为螺母。

图14为本发明集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置的底座双丝杠螺母机构平台结构图，其中，301为支撑底座，301a为矩形槽，301b为梯形槽，302a、302b为大驱动电机，303为电机法兰底座，304a、304b为膜片联轴器，305a、305b为前端轴承座，306a、306b为大丝杠，307a、307b为后端轴承座，308a、308b为大手轮，309、310为螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置主要有三个组件构成：纵切装置1、环切装置2和底座双丝杠螺母机构3，如图1所示。纵切装置1位于底座双丝杠螺母机构3的电机驱动端，两者之间通过倒T型滑块111a连接限位，倒T型滑块111a固定到齿轮基板107(具体见图5)，限位在滑道内移动，纵切装置1通过底座双丝杠螺母机构3上的大步进/伺服驱动电机302b或者大手轮308b(具体见图14)，实现纵向方向的移动。环切装置2位于底座双丝杠螺母机构3的电机非驱动端，其与底座双丝杠螺母机构3的相对运动关系与纵切装置1一致。两者之间通过倒T型滑块111b连接限位，倒T型滑块111b固定到齿轮基板107(具体见图11)，限位在滑道内移动，环切装置1通过底座双丝杠螺母机构3上的大步进/伺服驱动电机302a或者大手轮308a(具体见图14)，实现纵向方向的移动。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的纵切装置1，为了更好的固定压紧电缆，其正面的圆环底板101上设计了四套小丝杠螺母机构，用于径向压紧电缆的双轴承支撑的小丝杠螺母机构10a,10b,10c和带旋转刀片的小丝杠螺母机构10d，如图2所示；在齿轮基板107的背面设计了三套双轴承支撑的小丝杠螺母机构10e,10f,10g，以及手柄108和小齿轮驱动电机109，如图3所示。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的纵切装置1，大轴承座105通过螺钉与齿轮支撑基板107固定，大齿轮103与齿轮支撑基板107的相对旋转运动，通过薄壁轴承106实现。在齿轮支撑基板107的两端安装有手柄108和小齿轮驱动电机109，纵切装置1的剖面图，如图4所示。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的纵切装置1，双轴承支撑的小丝杠螺母机构10a,10b,10c和带旋转刀片的小丝杠螺母机构10d放置在圆环底板101上的倒T型槽101a构成径向滑道里。圆环底板101通过螺钉112固定到大齿轮103上。小齿轮102与驱动电机109相连接，与大齿轮103啮合构成减速机构。大齿轮103与薄壁轴承106通过过盈配合实现薄壁轴承106的外圈旋转，轴向方向的限位通过螺钉113、平垫114和螺母115实现。薄壁轴承106通过过渡配合与大轴承座105安装，实现薄壁轴承106内圈的固定。大轴承座105通过螺钉116、平垫117固定到齿轮支撑基板107。手柄108固定到齿轮支撑基板107上，筋板110a、110b通过螺钉119固定到齿轮支撑基板107上，倒T型滑块111a、111b通过螺钉120固定到齿轮支撑基板107上。双轴承支撑的小丝杠螺母机构10e、10f、10g放置在齿轮支撑基板107上的倒T型槽107a构成径向滑道里。大法兰螺母104通过螺钉118固定到齿轮支撑基板107上，用于推动齿轮支撑基板107纵向移动。纵切装置1的爆炸图，如图5所示。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的纵切装置1中的双轴承支撑的小丝杠螺母机构10a包含小轴承座403、纵切轴承支撑滑块408、小丝杠405和小法兰螺母407。手轮401通过销钉固定到小丝杠405上。在小丝杠405的端部使用深沟球轴承402a、402b支撑，这两个轴承通过小轴承座403的止口和轴用挡圈限位。纵切轴承支撑滑块408设计有倒T型凸台408a、通孔408b、轮轴孔408c。小法兰螺母407插入纵切轴承支撑滑块408的通孔408b中，通过螺钉406固定。小轮轴410套入纵切轴承支撑滑块408的轮轴孔408c中，两侧安装有双深沟球轴承409a、409b，如图6所示。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的纵切装置1中的带旋转刀片的小丝杠螺母机构10d包含小轴承座503、纵切刀片支撑滑块508、小丝杠505和小法兰螺母507。手轮501通过销钉固定到小丝杠505上。在小丝杠505的端部使用深沟球轴承502a、502b支撑，这两个轴承通过小轴承座503的止口和轴用挡圈限位。纵切轴承支撑滑块508设计有倒T型凸台508a、通孔508b、轮轴孔508c。小法兰螺母507插入纵切刀片支撑滑块508的通孔508b中，通过螺钉506固定。刀片驱动电机509固定到纵切刀片支撑滑块508上，通过轴套510来限位圆形刀片511，并使用螺母512固定圆形刀片511，如图7所示。

为了避免赘述，对于环切装置2，在此只描述与纵切装置1的不同之处。环切装置2与纵切装置1在结构拓扑上一致，唯一不同的是环切装置2中的双轴承支撑的小丝杠螺母机构20a、20b、20c、20e、20g、20f的轴承安装方向相对于纵切装置1中的双轴承支撑的小丝杠螺母机构10a、10b、10c、10e、10g、10f轴承安装方向，旋转了90°。环切装置2中的带旋转刀片的小丝杠螺母机构20d的刀片安装方向相对于纵切装置1中的带旋转刀片的小丝杠螺母机构10d的刀片安装方向，旋转了90°。具体零件与特征编号，如图8～图13所示。

所述的集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置中的底座双丝杠螺母机构3包含支撑底座301和大丝杠306a、306b。为了减重和导向作用，支撑底座301分别设计有矩形槽301a和梯形槽301b。大丝杠306a、306b的两端由含有轴承的前端轴承座305a、305b，后端轴承座307a、307b支撑，末端安装有大手轮308a、308b，前端轴承座305a、305b和后端轴承座307a、307b通过螺钉309、310固定到支撑底座301上。大丝杠306a、306b通过膜片联轴器304a、304b与大驱动电机302a、302b相连接。其中大步进/伺服驱动电机302a、302b通过电机法兰底座303固定到支撑底座301上，具体零件与特征编号，如图14所示。

Claims (4)

1.一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，其特征在于：包括纵切装置、环切装置和底座支撑装置三部分；纵切装置和环切装置设计有梯形挡块，且通过底座支撑装置的两套丝杠螺母机构实现纵向方向的进给运动；

所述的纵切装置中的齿轮支撑基板的一侧端面设计有一对减速齿轮，一对减速齿轮包括小齿轮和大齿轮，小齿轮由步进或伺服电机驱动，大齿轮通过一个薄壁轴承与大轴承座构成相对旋转运动，且大轴承座与齿轮支撑基板通过螺钉固定；大齿轮的两个端面安装有双平垫，用于薄壁轴承的轴向限位；大齿轮安装有圆环底板，圆环底板侧端面设计有四组小丝杠螺母机构，其中三组小丝杠螺母的末端安装有双支撑深沟球轴承，另一组小丝杠螺母的末端安装有圆形刀片和刀片驱动电机；齿轮支撑基板的另一侧端面设计有三组小丝杠螺母机构，且螺母的末端设计有双支撑深沟球轴承；双轴承的轴线与纵向进给方向垂直，刀片轴线亦与纵向进给方向垂直，以适应纵向进给；

所述的环切装置的拓扑与纵切装置的拓扑一致，唯一的区别在于环切装置的双支撑轴承和刀片及其驱动电机相对纵切装置的位置旋转了90°以适应圆周运动。

2.根据权利要求1所述的一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，其特征在于：所述的底座支撑装置设计有两组丝杠螺母机构，底座两套丝杠螺母设计电动和手动两种模式，电动模式通过步进或者伺服电机驱动，手动通过手轮转动；其中一套底座丝杠螺母机构的螺母与纵切装置的齿轮支撑基板固定，另一套底座丝杠螺母机构的螺母与环切装置的齿轮支撑基板固定，从而带动纵切装置和环切装置纵向移动。

3.根据权利要求1所述的一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，其特征在于：环切装置的旋转刀片首先实现电缆的绝缘层和铠装层的圆周切割，圆周切割完成后，在底座其中一套丝杠螺母机构作用下，将环切装置移动到支撑底座末端；纵切装置在底座的另一套丝杠螺母机构以及减速齿轮旋转定位作用下，实现沿纵向、圆周方向的多道切割轨迹。

4.根据权利要求1所述的一种集成纵切环切的电缆剥皮自动化装置，其特征在于：大齿轮相对与齿轮支撑基板的相对旋转运动通过一个薄壁轴承实现，大齿轮的内圈与薄壁轴承的外圈过盈配合，薄壁轴承的内圈与轴承座过渡配合，薄壁轴承选型深沟球薄壁轴承。