一种超大尺寸精密卧式缠绕机的制作方法

本发明涉及一种缠绕机，具体涉及一种超大尺寸精密卧式缠绕机。

背景技术：

随着复合材料性能的不断改进，在现代加工制造业中，先进树脂基复合材料由于其综合性能优异，在航空航天领域已变得不可或缺，而复合材料缠绕成型技术具有连续一次成型、高强度等优点，在技术和经济效益上具有突出优势，目前国内已研制出多种数控缠绕机，但是不论是立式结构还是卧式结构的传统四自由度数控缠绕机，在缠绕大型导弹发射筒和飞机发动机壳体等超大尺寸和高精度制品时都显得力不从心，效率低。

综上所述，现有的复合材料缠绕机存在无法适用于超大尺寸和高精度制品上，及存在缠绕效率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的复合材料缠绕机存在无法适用于超大尺寸和高精度制品上，及存在缠绕效率低的问题。进而提供一种超大尺寸精密卧式缠绕机。

本发明的技术方案是：一种超大尺寸精密卧式缠绕机包括卧式床头、卧式床尾、卧式床身、缠绕小车系统、地轨、偏转吐纱系统、随动浸胶系统、随动纱架系统、控制柜和伸臂机构，地轨安装在水平地面上，卧式床头和卧式床尾分别安装在地轨长度方向的两端，卧式床身安装在地轨一侧的水平地面上，缠绕小车系统安装在卧式床身上，伸臂机构安装在缠绕小车系统上，偏转吐纱系统安装在缠绕小车系统，且偏转吐纱系统在缠绕小车系统上向上倾斜安装，实现径向偏转运动，偏转吐纱系统的轴向方向通过伸臂机构延伸至卧室床头和卧式床尾之间的缠绕主轴加工件处，随动浸胶系统安装在缠绕小车系统上，随动纱架系统安装在卧式床身的另一侧地轨上，控制柜位于卧式床身的一侧并控制主轴旋转以及随动纱架系统、缠绕小车系统、偏转吐纱系统和随动浸胶系统的运动和工作状态。

卧式床头包括床头箱体、连接支座、扭力臂支座、床头伺服电机、床头减速机、驱动机构、支撑机构和床头吊钩，床头箱体竖直安装在水平地面上，连接支座安装在床头箱体上，扭力臂支座安装在连接支座上，床头减速机安装在扭力臂支座上，床头减速机的输入端与床头伺服电机连接，床头减速机的输出端与驱动机构连接，驱动机构的下部通过安装在床头箱体上的支撑机构支撑，床头吊钩安装在床头箱体的两侧。

卧式床尾包括行走轮总成、尾座下箱体、床尾吊钩和托滚总成，行走轮总成安装在尾座下箱体的下端两侧，床尾吊钩安装在尾座下箱体的上端两侧，托滚总成安装在尾座下箱体的上端。

卧式床身包括拖链、多个床腿、多个吊装杠和多个导轨，多个床腿并排设置，多个导轨平行设置且均安装在多个床腿上，多个导轨之间相互连接，多个吊装杠安装在多个导轨的侧面，拖链安装在其中一个导轨上。

缠绕小车系统包括小车架、小车轮、小车伺服电机、小车减速机、小车防护梯、小车护栏和小车齿轮齿条副，小车轮安装在小车架的下端两侧，小车减速机安装在小车架的中部，小车伺服电机与小车减速机的输入端连接，小车齿轮齿条副安装在小车架的下部并通过小车齿轮齿条副和小车轮实现水平直线往复移动，小车防护梯和小车护栏分别安装在小车架的左右两侧。

地轨包括头部地轨、中部地轨和尾部地轨，头部地轨、中部地轨和尾部地轨通过螺栓水平连接成一体。

偏转吐纱系统包括偏转箱体、同步带传动组、吐纱伺服电机、吐纱减速机、丝嘴、进纱梳和导纱梳，进纱梳和导纱梳分别安装在偏转箱体的两侧，丝嘴安装在导纱梳外侧端，吐纱伺服电机和吐纱减速机采用直联方式，安装在背对丝嘴一侧的偏转箱体的上端，并与箱体内的同步带转动组连接，工作时，操作人员通过控制柜驱动吐纱伺服电机，经过吐纱减速机和同步带转动组传递动力，实现丝嘴的径向偏转运动。

随动浸胶系统包括穿纱板、进纱梳、胶槽、热水槽、浸胶轮、气缸、摆臂和压纱轴，胶槽和热水槽垂直安置在伸臂机构上，浸胶轮安装在胶槽内，穿纱板安装在胶槽进纱前置端部，进纱梳安装在胶槽进纱端，气缸安装在伸臂机构两侧，摆臂的一端与气缸的输出端连接，摆臂的另一端与压纱轴相连。工作时，给热水槽通电加热水温至浸胶所需温度，浸胶加装在胶槽内，纱线从随动纱架系统依次经过穿纱板、进纱梳、胶槽、浸胶轮、压纱轴，实现纱线的浸胶工序和张力控制。

随动纱架系统包括纱团小车、纱团伺服电机、纱团减速机、纱团导轨、纱团齿轮齿条副、纱团拖链、纱团防护梯和纱团护栏，纱团小车可滑动安装在地轨上，纱团防护梯和纱团护栏均安装在纱团小车的两侧，纱团拖链安装在纱团小车的一端，纱团导轨安装在纱团小车的底端，纱团齿轮齿条副通过安装在纱团小车中部的纱团伺服电机和纱团减速机实现纱团小车的水平往复移动。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明所述缠绕机，对加工件采用卧式加工工位，实现了加工直径5000mm，长度6000mm超大尺寸管结构的生产需求。

2.本发明所述缠绕机，采用无间隙传动，高刚性材料及过盈配合方式，实现超大尺寸缠绕设备的高精度要求，转动误差达到12.5＂以内。对缠绕设备大型化发展具有重大意义。

3.本发明采用可移动式夹持对中支撑机构，实现加工件精确对中缠绕，提高拆装效率。

4.本发明采用高强度加强丝嘴伸臂机构，可实现300kg载重2.6m的伸臂供给距离，实现了超大尺寸缠绕加工。

5.本发明控制系统采用四维全伺服独立控制与随动控制相配合，并运用变速缠绕筒身和封头阶段，实现了高精度的缠绕精度，提高了缠绕效率。

附图说明

图1是一种超大尺寸精密卧式缠绕机图；图2是卧式床头的结构图。图3是卧式床尾的结构图。图4是卧式床身的结构图。图5是缠绕小车系统的结构图。图6是偏转吐纱系统的结构图。图7是随动浸胶系统的结构图。图8是随动纱架系统的结构图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式的一种超大尺寸精密卧式缠绕机包括卧式床头1、卧式床尾2、卧式床身3、缠绕小车系统4、地轨5、偏转吐纱系统6、随动浸胶系统7、随动纱架系统8、控制柜9和伸臂机构10，地轨5安装在水平地面上，卧式床头1和卧式床尾2分别安装在地轨5长度方向的两端，卧式床身3安装在地轨5一侧的水平地面上，缠绕小车系统4安装在卧式床身3上，伸臂机构10安装在缠绕小车系统4上，偏转吐纱系统6安装在缠绕小车系统4，且偏转吐纱系统6在缠绕小车系统4上向上倾斜安装，实现径向偏转运动，偏转吐纱系统6的轴向方向通过伸臂机构10延伸至卧室床头1和卧式床尾2之间的缠绕主轴加工件处，随动浸胶系统7安装在缠绕小车系统4上，随动纱架系统8安装在卧式床身3的另一侧地轨上，控制柜9位于卧式床身3的一侧并控制主轴旋转以及随动纱架系统8、缠绕小车系统4、偏转吐纱系统6和随动浸胶系统7的运动和工作状态。

本发明的各个部分均采用防碳纤维结构密封结构，保证设备的工作密闭性。

本发明的加工件位于卧式床头1和卧式床尾2之间，采用卧式加工。

本发明能够加工直径为5000mm，长度为6000mm的管结构，进而实现超大尺寸管缠绕工况。

本发明控制系统采用主轴旋转、缠绕小车直线往复运动、伸臂直线往复运动、绕丝嘴偏转四维全伺服独立控制，随动纱架与缠绕小车同步运动，实现五轴联动控制。

本发明的控制柜的控制原理为：控制系统由工业计算机、伺服电机和运动控制单元组成，通过建立五自由度运动数学模型，编制专用的缠绕软件，实现对缠绕装置整体的五轴运动控制。

本发明通过采用过盈配合的方式达到无间隙传动，并采用高刚性材料，实现设备的高精度。

本发明缠绕过程采用变速缠绕，筒身和封头阶段分别采用不同缠绕速度，提高了缠绕效率。

本发明采用可移动式夹持对中支撑机构，实现加工件精确对中缠绕，提高拆装效率。

本发明采用高强度加强丝嘴伸臂机构，可实现300kg载重2.6m的伸臂供给距离。

具体实施方式二：结合图1和2说明本实施方式，本实施方式的卧式床头1包括床头箱体1-1、连接支座1-2、扭力臂支座1-3、床头伺服电机1-4、床头减速机1-5、驱动机构1-6、支撑机构1-7和床头吊钩1-8，床头箱体1-1竖直安装在地轨5上，连接支座1-2安装在床头箱体1-1上，扭力臂支座1-3安装在连接支座1-2上，床头减速机1-5安装在扭力臂支座1-3上，床头减速机1-5的输入端与床头伺服电机1-4连接，床头减速机1-5的输出端与驱动机构1-6连接，驱动机构1-6的下部通过安装在床头箱体1-1上的支撑机构1-7支撑，床头吊钩1-8安装在床头箱体1-1的两侧。如此设置，保证了卧式床头1的安装刚度和扭转刚度，在加工件装卸时实现方便精准对中夹持。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式卧式床头1的支撑机构1-7安装在卧式床头1的尾部，卧式床尾2的托滚总成2-4安装在尾座下箱体2-2上，支撑机构1-7和托滚总成2-4的滚轮可以径向水平移动，调节两侧滚轮之间的间距。

本实施方式的支撑机构1-7和托滚总成2-4配合，移动调节，实现加工件的装卸和对中精度。

具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的卧式床尾2包括行走轮总成2-1、尾座下箱体2-2、床尾吊钩2-3和托滚总成2-4，行走轮总成2-1安装在尾座下箱体2-2的下端两侧，床尾吊钩2-3安装在尾座下箱体2-2的上端两侧，托滚总成2-4安装在尾座下箱体2-2的上端。如此设置，保证了卧式床尾2的安装刚度和扭转刚度，并可以根据加工件尺寸调整卧式床尾2的位置，在加工件装卸时实现方便精准对中夹持。，其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的卧式床身3包括拖链3-5、多个床腿3-1、多个吊装杠3-3和多个导轨3-4，多个床腿3-1并排设置，多个导轨3-4平行设置且均安装在多个床腿3-1上，多个导轨3-4之间相互连接，多个吊装杠3-3安装在多个导轨3-4的侧面，拖链3-5安装在其中一个导轨3-4上。如此设置，保证了卧室床身3的安装强度和精度，采用组合装配方式便于大型设备的拆装和运输。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的缠绕小车系统4包括小车架4-1、小车轮4-2、小车伺服电机4-3、小车减速机4-4、小车防护梯4-5、小车护栏4-6和小车齿轮齿条副4-7，小车轮4-2安装在小车架4-1的下端两侧，小车减速机4-4安装在小车架4-1的中部，小车伺服电机4-3与小车减速机4-4的输入端连接，小车齿轮齿条副4-7安装在小车架4-1的下部并通过小车齿轮齿条副4-7和小车轮4-2实现水平直线往复移动，小车防护梯4-5和小车护栏4-6分别安装在小车架4-1的左右两侧。

如此设置，使得缠绕小车系统4可以通过系统控制实现在卧式床身3上的水平直线往复运动，配合主轴旋转、伸臂往复和丝嘴偏转实现缠绕工作，小车防护梯4-5和小车护栏4-6保证了操作和维护人员的安全。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的地轨5包括头部地轨5-1、中部地轨5-2和尾部地轨5-3，头部地轨5-1、中部地轨5-2和尾部地轨5-3通过螺栓水平连接成一体。如此设置，便于大型设备通过组合装配方式拆装和运输，保证设备的精度。；其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的偏转吐纱系统6包括偏转箱体6-1、同步带传动组6-2、吐纱伺服电机6-3、吐纱减速机6-4、丝嘴6-5、进纱梳6-6和导纱梳6-7，进纱梳6-6和导纱梳6-7分别安装在偏转箱体6-1的两侧，丝嘴6-5安装在导纱梳6-7上，同步带传动组6-2、吐纱减速机6-4和吐纱伺服电机6-3依次安装在偏转箱体6-1的一端并实现丝嘴6-5的偏转运动。如此设置，控制端通过控制吐纱伺服电机6-3和吐纱减速机6-4带动同步带传动组6-2，实现丝嘴6-5的水平径向偏转转动，纱线通过进纱梳6-6、导纱梳6-7和丝嘴6-5的偏转吐纱，完成主轴缠绕工序；其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式八：结合图1、图3至图5说明本实施方式，本实施方式的随动浸胶系统7包括穿纱板7-1、进纱梳7-2、胶槽7-3、热水槽7-4、浸胶轮7-5、气缸7-6、摆臂7-7和压纱轴7-8，胶槽7-3和热水槽7-4垂直安置在伸臂机构10上，浸胶轮7-5安装在胶槽7-3内，穿纱板7-1安装在胶槽7-3进纱前置端部，进纱梳7-2安装在胶槽7-3进纱端，气缸7-6安装在伸臂机构10两侧，摆臂7-7的一端与气缸7-6的输出端连接，摆臂7-7的另一端与压纱轴7-8相连。工作时，给热水槽7-4通电加热水温至浸胶所需温度，浸胶加装在胶槽7-3内，纱线从随动纱架系统8依次经过穿纱板7-1、进纱梳7-2、胶槽7-3、浸胶轮7-5，压纱轴7-8，实现纱线的浸胶工序和张力控制。如此设置，使浸胶加热和纱线浸胶一体式设计，提高生产效率，同时通过气缸7-6、摆臂7-7和压纱轴实现了缠绕纱线的张力控制；其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本发明的浸胶系统采用一体式数控胶槽，具有控胶、张力施加机构和水浴自动控温系统。

具体实施方式九：结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式的随动纱架系统8包括纱团小车8-1、纱团伺服电机8-2、纱团减速机8-3、纱团导轨8-4、纱团齿轮齿条副8-5、纱团拖链8-6、纱团防护梯8-7和纱团护栏8-8，纱团小车8-1可滑动安装在地轨5上，纱团防护梯8-7和纱团护栏8-8均安装在纱团小车8-1的两侧，纱团拖链8-6安装在纱团小车8-1的一端，纱团导轨8-4安装在纱团小车8-1的底端，纱团齿轮齿条副8-5通过安装在纱团小车8-1中部的纱团伺服电机8-2和纱团减速机8-3实现纱团小车8-1的水平往复移动。如此设置，纱团小车8-1通过控制系统驱动纱团伺服电机8-2和纱团减速机8-3实现与缠绕小车系统4的平行随动往复运动；其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本实施方式的纱团防护梯8-7和纱团护栏8-8在缠绕机处于工作状态时起到保护作用。

本实施方式的纱团小车8-1通过伺服电机8-2、减速机8-3、导轨8-4和齿轮齿条幅8-5实现与缠绕小车的随动水平直线往复运动控制。

结合图1-图8说明本实施方式，卧式床身3通过床腿3-1固定在水平地面上，头尾部床身3-2位于卧式床身3两端。本发明通过穿纱板7-1、进纱梳7-2、浸胶轮7-5、气缸7-6和摆臂7-7完成纱线的梳理和浸胶工序。

本实施方式的所有伺服电机与减速机均采用直连方式固定连接。

本实施方式的各部分组装均采取过盈配合。

本实施方式的传动部分均采用无间隙传动。

本实施方式的卧式床头1的驱动机构1-6通过密集大阵列直径的螺栓进行连接。

本实施方式的密集大阵列直径的螺栓联接保证了超大尺寸设备的高精度。

工作原理：

工作前，将加工件通过支撑机构和托滚总成安装在卧室床头和卧式床尾之间，纱线团安装在随动纱架系统上，整理纱线至缠绕丝嘴，准备好浸胶系统。工作时，操作控制机柜，分别控制缠绕小车的伺服电机通过减速机和齿轮齿条副实现水平直线往复运动、偏转吐纱系统的伺服电机通过减速机和同步带传动组实现丝嘴的偏转运动、主轴伺服电机通过减速机和驱动机构实现加工件的旋转运动、进给机构的伺服电机通过减速机和齿轮齿条副实现丝嘴偏转机构的水平进给运动，配合随动纱架系统的随动水平直线往复运动，5轴配合运动完成对超大尺寸高精度管型工件的卧式缠绕加工。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。