CN211868687U - 一种长管类工件带式缠绕头及缠绕设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长管类工件带式缠绕头及缠绕设备，包括主框架，以及设置于主框架上的动力部、夹持部、张力控制部、导向部和压紧部；所述主框架包括两块平行相对设置的主框架连接板、主框架顶板和中间支撑钢管，所述两连接板上设置有多个圆孔用于连接各部分；所述两连接板之间由后至前依次设置有张力控制部分、导向部分。本实用新型所述带式缠绕头通过带抱闸伺服电机和减速机驱动，伺服电机力矩、转速实时可调，并且精度高、响应迅速，抱闸功能可在缠绕张力过大时紧急制动料卷，防止施加在料带上的力过大而抻断料带；所述夹持部分可在狭小的空间内方便迅速夹持、拆卸更换简单；压紧部各组件采用铰接连接，气缸运行稳定。

Description

一种长管类工件带式缠绕头及缠绕设备

技术领域

本实用新型属于复合材料缠绕成型设备技术领域，尤其涉及一种长管类工件带式缠绕头及缠绕设备。

背景技术

带缠绕工艺是复合材料的主要制造工艺之一，是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液，或者预先浸润好的固化的预浸带连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。缠绕的主要形式有三种：环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕，三种方法各有特点。根据缠绕时树脂基体所处的化学、物理状态的不同，缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种，其中，干法缠绕方式生产效率高、缠绕机清洁、产品的质量好。

然而，目前带式缠绕工艺依然有很多采用手工缠绕，手工缠绕不仅生产效率低下，而且产品质量的稳定性差；同时，手工缠绕采用人工凭借感觉控制缠绕张力以及缠绕速度，无法精确控制，使得缠绕成品存在内部凹槽等缺陷，大大增加了产品报废的风险。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种适用于干法、环向缠绕的长管类工件带式缠绕头，包括主框架，以及设置于主框架上的动力部、夹持部、张力控制部、导向部和压紧部；

所述主框架包括两块平行相对设置的主框架连接板、连接两块主框架连接板的主框架顶板和中间支撑钢管，所述两连接板上设置有多个圆孔用于连接主框架上各部；缠绕带依次经过夹持部、张力控制部、导向部和压紧部后输出。

所述动力部包括电机和减速机，所述电机的输出轴与减速机输入端连接；

所述夹持部包括夹持部卡盘、放料轴和夹紧套，所述夹持部卡盘连接减速机的输出轴和放料轴，所述夹紧套为锥形套；所述夹紧套用于夹持料卷，料卷上为缠绕带，料卷安装在放料轴上，通过在放料轴上旋转夹紧套实现不同宽度不同直径料卷的定位，通过锁紧螺母实现料卷的最终固定。

优选地，所述夹持部卡盘与放料轴接触的卡盘定位面为方形空腔，所述放料轴端部为方形杆，使得放料轴卡在夹持部卡盘上旋转时牢固地带动卡盘转动，避免滑脱。

所述张力控制部包括三个张力辊，所述三个张力辊呈等腰三角形布局，每个张力辊的滚轴转动连接在主框架上；

所述导向部包括两个导向辊，所述导向辊设置在张力辊的出料侧，且两个导向辊在同一垂直水平线上。

所述压紧部包括精密减压阀、电气比例阀、气缸安装座、气缸、摆动架、铰链座、压紧辊支架和压紧辊，所述精密减压阀、电气比例阀、气缸安装座和铰链座安装于主框架连接板上，所述气缸铰接于气缸安装座上，另一端与摆动架铰接，摆动架的另一端连接在铰接座上，所述压紧辊支架固定连接在摆动架上，所述压紧辊设置在导向辊的下方，所述压紧辊通过轴承可旋转地连接在压紧辊支架上；

优选地，所述电机为带抱闸伺服电机。

优选地，所述张力控制部的三个张力辊采用等腰三角形布局，张力传感器设置在中间张力辊上，保证缠绕带角度变化对张力传感器的合力方向不变，使得张力测量结果便于控制。

优选地，所述导向辊可以是鼓形辊，在缠绕过程中可以实现纠偏作用。

优选地，所述精密减压阀、电气比例阀连接在主框架上，电气比例阀的出气口与气缸进气口连接。

本实用新型还提供了一种长管类工件带式缠绕设备，包括卧式转台、水平滑轨、六轴机器人和所述缠绕头，所述长管类工件固定于卧式转台上，所述六轴机器人通过机器人底座在水平滑轨上横向滑动；所述六轴机器人和水平滑轨位于卧式转台的一侧；

所述缠绕头通过连接法兰连接至六轴机器人，随六轴机器人的移动对长管类工件进行带式缠绕。

所述卧式转台一端设置第一动力机构和传动机构，另一端设置工件尾座，工件卡盘连接至第一动力机构和传动机构，所述长管类工件一端采用工件卡盘夹持固定，另一端采用工件尾座顶紧，第一动力机构和传动机构带动工件卡盘旋转进而带动长管类工件旋转。

所述水平滑轨的中间和两端分别纵向布置有一根齿条和两根直线导轨，机器人底座的托板上设置第二动力机构和传动机构，所述第二动力机构和传动机构包括伺服电机、减速器和末端齿轮，第二动力机构和传动机构的伺服电机启动后带动末端齿轮旋转，末端齿轮与水平滑轨上的齿条啮合产生直线运动，从而使第二动力机构和传动机构连同机器人底座沿水平滑轨的直线导轨纵向运动。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型所述带式缠绕设备通过带抱闸伺服电机和减速机驱动，伺服电机力矩、转速实时可调，并且精度高、响应迅速，抱闸功能可在缠绕张力过大时紧急制动料卷，防止施加在料带上的力过大而抻断料带；

(2)本实用新型所述夹持部分采用夹紧套和锁紧螺母夹持、固定，可在狭小的空间内方便迅速夹持、拆卸更换简单；

(4)本实用新型所述张力控制部分采用三个张力辊等腰三角形排布保证了缠绕带角度变化对张力传感器的合力角度方向不变，测量结果便于控制；

(5)本实用新型设置的压紧装置由气缸驱动，有助于对不平整表面起到过滤作用；且结构设计成摆杆机构具备较高的柔性，同时通过精密减压阀、电气比例阀与气缸相配合，能够精确控制和准确地调节气缸的拉力，保证气缸实时地适应受到来自工件的不均匀外力，有助于气缸的稳定运行。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕设备的整体结构图一；

图2为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕设备的整体结构图二；

图3为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕设备的侧视图；

图4为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的整体结构示意图；

图5为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的俯视结构图；

图6为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的侧视结构图；

图7为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的压紧部结构图；

图8为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的夹持部结构图；

图9为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕头的主框架结构图；

图10为本实用新型提供的长管类工件带式缠绕设备的第二动力机构和传动机构结构示意图。

其中，1-卧式转台，2-水平滑轨，3-六轴机器人，4-缠绕头，5-缠绕带，10-长管类工件，11-第一动力机构和传动机构，21-第二动力机构和传动机构，22-齿条，23-直线导轨，31-连接法兰，32-机器人底座，41-动力部，42-夹持部，43-张力控制部，44-导向部，45-压紧部，46-主框架，51-料卷，101-工件尾座，102-工件卡盘，211-伺服电机，212-减速器，213-末端齿轮，411-电机，412-减速机，421-夹持部卡盘，422-放料轴，423-夹紧套，424-锁紧螺母，431-张力传感器，451-精密减压阀，452-电气比例阀，453-气缸安装座，454-气缸，455-摆动架，456-铰接座，457-压紧辊支架，458-压紧辊，461-主框架连接板，462-主框架顶板，463-中间支撑钢管，4211-卡盘定位面，4221-方形杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

实施例1：一种长管类工件带式缠绕头：

如图4所示，缠绕头4包括主框架46，以及设置于主框架46上的动力部41、夹持部42、张力控制部43、导向部44和压紧部45；

如图9所示，所述主框架46包括两块平行相对设置的主框架连接板461、连接两块主框架连接板的主框架顶板462和中间支撑钢管463，所述两连接板上设置有多个圆孔用于连接各部分；所述两连接板之间由后至前依次设置有张力控制部、导向部。

如图5所示，图5为缠绕头的俯视图，所述动力部41包括电机411和减速机412，所述电机的输出轴与减速机输入端连接；

所述夹持部42包括夹持部卡盘421、放料轴422和夹紧套423，所述夹持部卡盘421连接减速机的输出轴和放料轴422，所述夹紧套423为锥形套；由于料卷51的内腔孔径不一，锥形的夹紧套423的设置可适用不同孔径的料卷51，料卷51上为缠绕带5，料卷51安装在放料轴422上，通过在放料轴422上旋转夹紧套423实现不同宽度不同直径料卷的定位，通过锁紧螺母424实现料卷的最终固定。

优选地，如图8所示，所述夹持部卡盘与放料轴接触的卡盘定位面4211为方形空腔，所述放料轴端部为方形杆4221，使得放料轴卡在卡盘上旋转时牢固地带动卡盘转动，避免滑脱。

如图6所示，所述张力控制部43包括三个张力辊，所述三个张力辊呈等腰三角形布局，每个张力辊的滚轴转动连接在主框架上；

所述导向部44包括两个导向辊，所述导向辊设置在张力辊的出料侧，且两个导向辊在同一垂直线上。

如图6和图7所示，所述压紧部45包括精密减压阀451、电气比例阀452、气缸安装座453、气缸454、摆动架455、铰链座456、压紧辊支架457和压紧辊458，所述精密减压阀451、电气比例阀452、气缸安装座453和铰链座456安装于主框架连接板461上，所述气缸454铰接于气缸安装座453上，另一端与摆动架455铰接，摆动架455的另一端连接在铰接座456上，所述压紧辊支架457固定连接在摆动架455上，所述压紧辊458设置在导向辊的下方，所述压紧辊458通过轴承可旋转地连接在压紧辊支架457上；

优选地，所述电机411为带抱闸伺服电机。

所述料卷上的缠绕带可以是预浸带、橡胶带等。

优选地，所述张力控制部43的三个张力辊采用等腰三角形布局，张力传感器431设置在中间张力辊上，保证缠绕带角度变化对张力传感器的合力方向不变，使得张力测量结果便于控制。

优选地，所述导向辊可以是鼓形辊，在缠绕过程中可以实现纠偏作用。

优选地，所述精密减压阀451、电气比例阀452连接在主框架上，电气比例阀的出气口与气缸进气口连接。

实施例2：一种长管类工件带式缠绕设备：

在实施例1的基础上，本实用新型提供了包含缠绕头的缠绕设备，如图1～图3所示，包括卧式转台1、水平滑轨2、六轴机器人3和实施例1所述缠绕头4，所述长管类工件10固定于卧式转台上，所述六轴机器人3通过机器人底座32在水平滑轨2上横向滑动；所述六轴机器人和水平滑轨位于卧式转台1的一侧；

所述缠绕头4通过连接法兰31连接至六轴机器人3，随六轴机器人3的移动对长管类工件10进行带式缠绕。

所述卧式转台1上一端设置第一动力机构和传动机构11，另一端设置工件尾座102，工件卡盘102连接至第一动力机构和传动机构11，所述长管类工件一端采用工件卡盘102夹持固定，另一端采用工件尾座101顶紧，第一动力机构和传动机构11带动工件卡盘102旋转进而带动长管类工件旋转。所述工件尾座101前端为锥形顶尖，顶紧至长管类工件的端面上。

如图10所示，所述水平滑轨2的中间和两端分别纵向布置有一根齿条22和两根直线导轨23，机器人底座的托板上设置第二动力机构和传动机构21，所述第二动力机构和传动机构21包括伺服电机211、减速器212和末端齿轮213，第二动力机构和传动机构21的伺服电机启动后带动末端齿轮旋转，末端齿轮与水平滑轨上的齿条啮合产生直线运动，从而使第二动力机构和传动机构21连同机器人底座沿水平滑轨的直线导轨纵向运动。

所述第一动力机构和传动机构和第二动力机构和传动机构均采用现有技术中的动力和传动结构，作为本领域技术人员来说为常用技术，此处不再赘述。

本实用新型所述缠绕设备的工作原理：

在进行缠绕时，首先利用所述夹持部的放料轴、夹紧套和锁紧螺母将料卷固定，具体固定方法是先将料卷穿入放料轴中间位置，将两个夹紧套分别向中间旋转，直至锥面与料卷端面贴合，确定位置后再用锁紧螺母把夹紧套锁定在当前位置。

然后将料卷上的缠绕带拉出一定长度，然后按照图示将缠绕带依次穿过张力控制部，经导向部引导至压紧辊，最后固定在工件表面，打开伺服电机、减速机，伺服电机旋转带动夹持部分旋转，从而实现料卷的放卷、收卷。开动卧式转台，卧式转台传动机构带动长管类工件开始旋转；开动水平滑轨，六轴机器人及机器人底座连同缠绕头在水平滑轨上通过水平滑轨转动机构移动，对旋转的工件从一端至另一端按照缠绕工艺进行自动工作。

本实用新型提供的缠绕设备通过控制器控制运转，所述控制器与张力传感器、伺服电机分别连接，所述张力传感器输出张力数据并反馈给控制器，控制器通过调整电机带动料卷实现收卷或放卷，以使张力调整为目标值。本实施例中所述张力传感器用的是日本三菱公司的LX-015TD，所述控制器用的是日本三菱公司的LE-30CTA。

如图3所示，所述张力控制部分的三个张力辊设置在同一平面上，可以保证缠绕带的角度变化时对张力传感器的合力角度方向不变，使得测量结果便于计算和控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，包括主框架，以及设置于主框架上的动力部、夹持部、张力控制部、导向部和压紧部；

所述主框架包括两块平行相对设置的主框架连接板、连接两块主框架连接板的主框架顶板和中间支撑钢管，所述两连接板上设置有多个圆孔用于连接主框架上的各部；缠绕带依次经过夹持部、张力控制部、导向部和压紧部后输出；

所述动力部包括电机和减速机，所述电机的输出轴与减速机输入端连接。

2.根据权利要求1所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述夹持部包括夹持部卡盘、放料轴和夹紧套，所述夹持部卡盘连接减速机的输出轴和放料轴，所述夹紧套为锥形套；所述夹紧套用于夹持料卷，料卷上为缠绕带，料卷安装在放料轴上，通过在放料轴上旋转夹紧套实现不同宽度不同直径料卷的定位。

3.根据权利要求2所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述夹持部卡盘与放料轴接触的卡盘定位面为方形空腔，所述放料轴端部为方形杆，使得放料轴卡在夹持部卡盘上旋转时牢固地带动卡盘转动。

4.根据权利要求1所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述张力控制部包括三个张力辊，所述三个张力辊呈等腰三角形布局，每个张力辊的滚轴转动连接在主框架上。

5.根据权利要求1所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述导向部包括两个导向辊，所述导向辊为鼓形辊，所述导向辊设置在张力辊的出料侧，且两个导向辊在同一垂直水平线上。

6.根据权利要求5所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述压紧部包括精密减压阀、电气比例阀、气缸安装座、气缸、摆动架、铰链座、压紧辊支架和压紧辊，所述精密减压阀、电气比例阀、气缸安装座和铰链座安装于主框架连接板上，所述气缸铰接于气缸安装座上，另一端与摆动架铰接，摆动架的另一端连接在铰接座上，所述压紧辊支架固定连接在摆动架上，所述压紧辊设置在导向辊的下方，所述压紧辊通过轴承可旋转地连接在压紧辊支架上；所述电气比例阀的出气口与气缸进气口连接。

7.根据权利要求1所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述电机为带抱闸伺服电机。

8.根据权利要求4所述一种长管类工件带式缠绕头，其特征在于，所述张力控制部的三个张力辊采用等腰三角形布局，中间张力辊上设置张力传感器。

9.一种长管类工件带式缠绕设备，其特征在于，包括卧式转台、水平滑轨、六轴机器人和权利要求1～8任一项所述缠绕头，所述长管类工件固定于卧式转台上，所述六轴机器人通过机器人底座在水平滑轨上横向滑动；所述六轴机器人和水平滑轨位于卧式转台的一侧；

所述缠绕头通过连接法兰连接至六轴机器人，随六轴机器人的移动对长管类工件进行带式缠绕。

10.根据权利要求9所述一种长管类工件带式缠绕设备，其特征在于，所述卧式转台上一端设置第一动力机构和传动机构，另一端设置工件尾座，第一动力机构和传动机构连接工件卡盘，所述长管类工件一端采用工件卡盘夹持固定，另一端采用工件尾座顶紧，第一动力机构和传动机构带动工件卡盘旋转进而带动长管类工件旋转；

所述水平滑轨的中间和两端分别纵向布置有一根齿条和两根直线导轨，机器人底座的托板上设置第二动力机构和传动机构，所述第二动力机构和传动机构包括伺服电机、减速器和末端齿轮，第二动力机构和传动机构的伺服电机启动后带动末端齿轮旋转，末端齿轮与水平滑轨上的齿条啮合产生直线运动，从而使第二动力机构和传动机构连同机器人底座沿水平滑轨的直线导轨纵向运动。

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