一种数控调形胎架的制作方法

本发明涉及一种机电装备，尤其涉及一种数控调形胎架，特别涉及用于船舶曲面分段制造过程中的调整支撑用胎架。

背景技术：

目前，船舶制造的关键及重要环节之一是分段制造，分段分为平面分段和曲面分段。目前，在船舶曲面分段制造过程中的调整支撑用胎架由若干个按一定间距成矩阵布置排列的支撑杆组成，由于象一根根蜡烛，俗称蜡烛头。每个支撑杆底部均与地基牢固连接（通常焊接），支撑杆可分别手动上下升降一定距离来调整胎架的各支撑处高度。船舶曲面分段制造过程的操作过程为：先根据曲板（已经过加工形成一定曲面形状的钢板）的大小范围选定支撑杆的数量和范围，根据曲板弯曲数据人工手动调整若干个支撑杆的高度，把曲板放在调整好高度的支撑杆上，调整曲板位置，使之与调整好高度的支撑杆位置相对应，然后人工调整曲板下与曲板有间隙的支撑杆，使支撑杆的头部均与曲板基本贴合，为了稳固，需要在曲板下焊接若干个马脚，用钢缆将马脚与支撑杆的底座拴牢，这样使曲板的姿态保持一个良好可靠的状态，接着就可以在曲板上焊接筋板等加工制造过程，进行曲面分段的制造。由于船舶曲面分段体积大，重量大，支撑杆的数量非常多，且支撑杆的高度调整距离比较大，最大可达一米以上，人工调整非常耗时费力，且支撑杆的间距比较小，操作空间狭小，调整不方便，此外，曲面分段成架空状态，人需长时间站在曲面分段下操作,安全性也比较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种数控调形胎架，通过胎架座和数控调形装置结构进行优化，并利用其它部分现有部件，通过重新机构的设置，使其具有了更佳的功能特点；进一步地，本发明的数控调形胎架可以满足船舶曲面分段制造的要求，提高生产质量和生产效率，具有突出的有益效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种数控调形胎架，其特征在于：所述的调形胎架包含胎架座，胎架座上设有数控调形装置和固定装置；所述的数控调形装置包括至少3台数控升降支撑杆，所述的数控升降支撑杆包括减速器和上、下套管，上、下套管内设有升降轴，所述的减速器通过传动机构与升降轴相连，下套管的外壁处设有两个行程开关，所述的传动结构包括第一、第二同步带轮、同步带、T形丝杠和T形螺母。

优选的，减速器与第一同步带轮相连，第一同步带轮与同步带相连，同步带与第二同步带轮相连；T形丝杠与T形螺母相配合，T形螺母与升降轴相连，第二同步带轮与T形丝杠相配合。

优选的，数控调形装置设有3-9台数控升降支撑杆，上述数控升降支撑杆均匀分布于胎架座上，胎架座上方设有曲面分段，曲面分段与胎架座之间通过固定装置相连。

进一步，升降轴顶部设有支撑帽，支撑帽与升降轴之间通过支撑帽固定螺栓相连。

本发明所述的数控调形胎架，采用数控升降支撑杆代替人工手动支撑杆，可实现数字化自动控制，极大地提高了生产的安全性、可靠性并大大降低了工人的劳动强度；第二，数控升降支撑杆的执行机构为具有自锁性能的T形丝杠螺母机构，可在行程范围内任意位置可靠停留，承受拉、压双向载荷；第三，升降距离由机械电气精度保证，反应灵敏，定位精确；第四，各数控升降支撑杆的头部是一支撑帽，顶部为球面，与升降轴之间通过螺栓连接，可方便快速更换。本发明所述的数控调形胎架能够安全、方便、快速、可靠、精确、高效地满足船舶曲面分段制造的要求，提高生产质量和生产效率，减轻工人的劳动强度，改变落后的生产方式，提升生产的自动化、数字化、信息化水平。

附图说明

图1为本发明所述的数控调形胎架的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明所述的数控调形胎架的另一个实施例的结构示意图。

图3为本发明所述的数控升降支撑杆的结构示意图。

附图标记：

31胎架座、32数控调形装置、33钢丝绳；

伺服电机1、减速器2、同步带轮3和4、同步带5、减速器座6、T形丝杠7、T形螺母8、升降轴9、两个向心球轴承10、双向推力球轴承11、轴承座12、圆盘13、下套管14、上套管15、防转块16、两个自润滑滑动轴承17、两个行程开关18、支撑帽19、支撑帽固定螺栓20、紧固螺钉21、调整螺钉22。

具体实施方式

参照图1，本发明所述数控调形胎架由胎架座、数控调形装置、控制系统等部分构成。所述的调形胎架包含胎架座，胎架座上设有数控调形装置和固定装置；所述的数控调形装置包括至少3台数控升降支撑杆，所述的数控升降支撑杆包括减速器和上、下套管，上、下套管内设有升降轴，所述的减速器通过传动机构与升降轴相连，下套管的外壁处设有两个行程开关。胎架座是由钢板、型钢焊接而成的钢结构，用来安装数控调形装置，具有一定的强度和刚度，胎架座的底部与地基连接固定。

可选的，所述的传动结构包括第一、第二同步带轮、同步带、T形丝杠和T形螺母，其中，减速器与第一同步带轮相连，第一同步带轮与同步带相连，同步带与第二同步带轮相连，T形丝杠与T形螺母相配合，T形丝杠的一端设置于升降轴内，T形丝杠的另一端与第二同步带轮相连，T形螺母与升降轴相连。

数控调形装置由3台以上数控升降支撑杆组成，按一定的距离排列，以机电形式升降，实现调形。数控升降支撑杆由伺服电机、减速器、减速器座、传动轮、传动带、T型丝杠、T型螺母、轴承座、滚动轴承、滑动轴承、升降轴、防转块、上套管、下套管、行程开关、零位开关等机械零件和电器元器件等安装而成。伺服电机通过减速器减速后驱动传动轮转动，传动轮通过传动带带动T型丝杠转动，从而使装有T型螺母的升降轴及其上的支撑帽作上下升降运动，防转块防止升降轴转动，滚动轴承承受径向力和轴向力，滑动轴承承受弯矩和作为升降运动导向，上套管和下套管作为固定安装架，行程开关作为升降行程的限位。

本发明的数控调型胎架，能够安全、方便、快速、可靠、精确、高效地满足船舶曲面分段制造的要求，提高生产质量和生产效率，减轻工人的劳动强度，改变落后的生产方式，提升生产的自动化、数字化、信息化水平。

在一个实施例中，所述的调形胎架包含胎架座，胎架座上设有数控调形装置和固定装置，数控调形装置设有3-9台数控升降支撑杆，上述数控升降支撑杆均匀分布于胎架座上，胎架座上方设有曲面分段，曲面分段与胎架座之间通过固定装置相连。这里所述的固定装置可以选用钢丝绳，钢丝绳的一端安装在数控升降支撑杆上，数控升降支撑杆的安装面上设有沿数控升降支撑杆对称设置的支撑翼，支撑翼呈三角形状，支撑翼上设有安装固定孔，钢丝绳的一端固定在安装固定孔内，另一端与曲面分段相连，这里采用钢丝绳固定可以调节曲面分段的平衡性，同时支持曲面分段与数控升降支撑杆的刚性连接，保证焊接工装时的可调节性。

参照图3，在一个实施例中，胎架座上设有减速器座，减速器座上设有减速器和与减速器相配合的伺服电机，胎架座上设有安装面，数控升降支撑杆通过紧固螺钉固定于胎架座的安装面上，数控升降支撑杆设有调整螺钉。具体来说，伺服电机1与减速器2安装在减速器座6上，伺服电机1通过减速器2减速后驱动同步带轮3转动，同步带轮3通过同步带5驱动同步带轮4转动，同步带轮4带动T形丝杠7转动，从而使装有T形螺母8的升降轴9作上下升降运动，支撑帽19通过螺栓20与升降轴9固定连接，用来支撑曲面分段，防转块16防止升降轴9转动，两个向心球轴承10用来承受径向力，双向推力球轴承11用来承受轴向力，轴承座12、圆盘13通过螺栓紧固在一起，作为支撑座起固定轴承10和11的作用，升降轴9由两个自润滑滑动轴承17来上下导向，下套管14和上套管15通过螺栓连接，作为支撑杆的支撑安装架，两个行程开关18分别作为下限位和上限位，紧固螺钉21将数控支撑杆固定在胎架座的安装面上，调整螺钉22调整数控支撑杆的水平度。

在一个实施例中，参照图3，升降轴顶部设有支撑帽，支撑帽与升降轴之间通过支撑帽固定螺栓相连，升降轴的外表面设有防转块和两个自润滑滑动轴承，防转块用以控制升降轴转动，下套管的外壁上、下部分别设有上行程开关和下行程开关，分别作为下限位和上限位。胎架座上设有轴承座，轴承座上固定有圆盘，轴承座内设有双向推力球轴承和两个向心球轴承。两个向心球轴承用来承受径向力，双向推力球轴承用来承受轴向力，轴承座、圆盘通过螺栓紧固在一起，支撑座连通圆盘和轴承座一起对于设置于支撑座内部的双向推力球轴承和两个向心球轴承起固定作用。

在一个实施例中，本发明所提供的数控调形胎架由胎架座、数控调形装置、控制系统等部分构成。

1)胎架座

胎架座是由钢板、型钢焊接而成的钢结构，用来安装数控调形装置，具有一定的强度和刚度。胎架座的底部与地基连接固定。

2) 数控调形装置

数控调形装置由若干个数控升降支撑杆组成，按一定的距离排列，以机电形式升降，实现调形。

数控升降支撑杆由伺服电机、减速器、减速器座、传动轮、传动带、T型丝杠、T型螺母、轴承座、滚动轴承、滑动轴承、升降轴、防转块、上套管、下套管、行程开关、零位开关等机械零件和电器元器件等安装而成。伺服电机通过减速器减速后驱动传动轮转动，传动轮通过传动带带动T型丝杠转动，从而使装有T型螺母的升降轴及其上的支撑帽作上下升降运动，防转块防止升降轴转动，滚动轴承承受径向力和轴向力，滑动轴承承受弯矩和作为升降运动导向，上套管和下套管作为固定安装架，行程开关作为升降行程的限位。

3)控制系统

控制系统分为硬件和软件两部分。硬件由工控机、运动控制卡、多功能数据采集卡、通用数字I/O卡、网卡、伺服模块及各种传感器等构成。控制系统软件由系统监测模块、按键接收模块、控制程序模块、故障处理模块、运动规划模块、伺服模块等构成。系统监测模块负责系统状态的监测和故障检测。按键接收模块负责接收来自控制台的按键信号。控制系统将根据当前的系统状态和来自外界的控制命令进行相应的控制, 如故障处理、界面显示、运动规划等。故障处理模块具有故障提示和故障清除的功能。运动规划模块负责机器升降运动的规划。控制程序根据控制命令调用运动规划模块, 生成的运动规划结果存放在运动队列中, 由伺服模块完成动作执行。各个模块按照功能划分, 每个模块负责完成一组紧密相关的任务。模块之间的通信量小, 独立性强。控制系统执行来自U盘或网络输入的符合ISO标准代码格式的程序指令。

在一个具体应用实施例中，图1、2表示出了用于船舶曲面分段制造过程的一种数控调形胎架的一个实施例，它包含胎架座31，数控调形装置32，钢丝绳33等。胎架座31用来安装数控调形装置32；数控调形装置32由9个数控升降支撑杆按3×3矩阵布置排列，间距1米；钢丝绳33用来固定曲面分段。本实施例可用于3×3米的曲面分段的制造，本发明可用于3×3米—20×20米曲面分段的制造。

附图3展示了单个数控升降支撑杆的具体剖视结构，包括伺服电机1、减速器2、同步带轮3和4、同步带5、减速器座6、T形丝杠7、T形螺母8、升降轴9、两个向心球轴承10、双向推力球轴承11、轴承座12、圆盘13、下套管14、上套管15、防转块16、两个自润滑滑动轴承17、两个行程开关18、支撑帽19、支撑帽固定螺栓20、紧固螺钉21和调整螺钉22。伺服电机1与减速器2安装在减速器座6上，伺服电机1通过减速器2减速后驱动同步带轮3转动，同步带轮3通过同步带5驱动同步带轮4转动，同步带轮4带动T形丝杠7转动，从而使装有T形螺母8的升降轴9作上下升降运动，支撑帽19通过螺栓20与升降轴9固定连接，用来支撑曲面分段，防转块16防止升降轴9转动，两个向心球轴承10用来承受径向力，双向推力球轴承11用来承受轴向力，轴承座12、圆盘13通过螺栓紧固在一起，作为支撑座起固定轴承10和11的作用，升降轴9由两个自润滑滑动轴承17来上下导向，下套管14和上套管15通过螺栓连接，作为支撑杆的支撑安装架，两个行程开关18分别作为下限位和上限位，紧固螺钉21将数控支撑杆固定在胎架座的安装面上，调整螺钉22调整数控支撑杆的水平度。

本发明的工作步骤大致如下：

1、“设零”，将各支撑杆降至最低位置，测量各支撑杆高度方向的绝对值，根据各支撑杆高度位置偏差值，设定各支撑杆的零位，启动各支撑杆的伺服电机，将各支撑杆的高度升至设定的零位值，使所有支撑杆的高度在零位时处于等高状态。（此步骤只在初次使用或胎架放置位置改变及支撑杆安装维修调整过的情况下实施）

2、“归零”，将所有支撑杆升降至零位。

3、“选点”，根据曲板的尺寸大小选择若干支撑杆作为支撑点。

4、“调形”，根据控制指令设定的数值，将选定的支撑点升降至所需高度。

5、“吊板”，把曲板吊放在所选择的支撑点上并调整至正确位置。

6、“固定”，用钢丝绳固定曲面分段。

7、“加工”，在曲板上进行曲面分段的加工。

8、“下料”，将加工好的曲面分段吊离数控调形胎架。

9、重复步骤2~8。

本实施例具有以下特点：第一，用数控升降支撑杆代替人工手动支撑杆，可实现数字化自动控制，极大地提高了生产的安全性、可靠性并大大降低了工人的劳动强度；第二，数控升降支撑杆的执行机构为具有自锁性能的T形丝杠螺母机构，可在行程范围内任意位置可靠停留，承受拉、压双向载荷；第三，升降距离由机械电气精度保证，反应灵敏，定位精确；第四，各数控升降支撑杆的头部是一支撑帽，顶部为球面，与升降轴之间通过螺栓连接，可方便快速更换；第五，数控升降支撑杆的安装面位于上套管的下平面，离支撑帽距离较短，能够承受较大的弯矩；第六，上套管的筋板上有孔可拴钢丝绳，固定曲面分段比较方便。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。