[实用新型]预应力模具数控钢带缠绕设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种预应力模具数控钢带缠绕设备，可用于钢带缠绕预应力模具制造。

背景技术

钢带缠绕预应力模具是一种新型的高强度、高精度预应力模具，具有预紧效果显著、使用寿命长、产品精度高、结构紧凑等优点，可广泛用于金属零件冷/温锻精密成形、超硬材料人工合成以及超高压实验等领域，实现对传统年轮式多层组合预应力模具的升级换代。它采用高强度薄钢带作为缠绕材料，按照预先设定的缠绕张力理论曲线，在模具的外圆周表面实施变张力缠绕，形成数百至数千层的缠绕钢带层，通过控制缠绕张力，可获得理想的模具预应力分布。钢带缠绕预应力模具涉及预应力设计理论和模具缠绕制造两方面的核心技术，前者的任务是，首先根据模具结构参数、材料性能、工作载荷等条件确定出理想预应力，然后根据钢带的规格尺寸、材料性能等条件设计出缠绕钢带层数、缠绕张力理论曲线等；后者的任务是，完成钢带缠绕预应力模具的制造，其核心技术是模具缠绕过程中钢带缠绕张力的产生、检测与精确控制，涉及到精密张力控制系统、闭环控制理论及系统、张力检测技术等关键技术，其中最为关键的技术内容是阻力的产生方式与精确控制。模具缠绕过程中，缠绕张力随钢带层数的增加而减小，单位张力高达600～1000MPa，张力控制精度要求较高。上述特点与要求使得制造钢带缠绕预应力模具存在非常大的技术难度，数控钢带缠绕设备及其控制方法成为了钢带缠绕预应力模具制造的重要装备。

为了解决钢带缠绕预应力模具制造技术中存在的困难，本专利申请人曾申请了一种名为“用于预应力模具制造的变张力钢带缠绕装置及其控制方法”的发明专利(申请号：200810013799.2)，提出了由液压驱动的张力控制机构，所述机构由张力粗调装置、张力细调装置两部分组成，其中张力细调通过比例控制的电液伺服系统实现，钢带卷放置在开卷机架上可绕其芯轴自由转动，无动力驱动。但它只是给出了一种解决钢带缠绕预应力模具制造困难的技术方案，可解决该问题的方式还有很多。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术的空缺，提供一种预应力模具数控钢带缠绕设备，它可依据模具设计数据和缠绕张力理论曲线，实现闭环控制下的变张力自动缠绕和模具缠绕制造过程的自动化。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种预应力模具数控钢带缠绕设备，它包括开卷机构、夹紧机构、张力检测机构、缠绕机构、旋转编码器装置和电气控制系统。机械部件采用模块式分体结构，通过螺栓连接成组合机身。钢带卷被夹持在开卷机构的主轴套筒上，钢带通过各导轮装置改变运动方向，依次通过夹紧机构、张力检测机构，被缠绕在由缠绕机构主轴卡盘夹持的模具上，最终形成数百至数千层的钢带层。它采用双电机式变张力缠绕系统，开卷机构与缠绕机构分别水平安装在组合机身的左、右两侧，两机构的轴线保持平行。开卷机构为变张力源，夹紧机构为定张力源并设置在机身与开卷机构相配合的位置；缠绕机构是模具缠绕过程的驱动动力源，其产生的总张力为变张力源与定张力源之总和；定张力源自夹紧机构之杠杆夹紧装置产生的摩擦阻力，其数值可在缠绕模具前通过增减配重设定，变张力源自开卷机构之伺服电机减速机组输出的可变阻转矩。张力检测机构安装轴台式张力传感器，开卷机构主轴与缠绕机构主轴分别连接各自对应的旋转编码器装置，实时获取缠绕张力、开卷机构主轴与缠绕机构主轴的转角和转速数据，并传输至电气控制系统，依据预先建立的控制策略及系统程序计算并输出控制变量，自动控制开卷机构电机与缠绕机构电机的转矩、转速等参数，使实际的缠绕张力符合预先设定的理论曲线，实现缠绕张力的闭环控制。

所述开卷机构包括伺服电机减速机组，它通过联轴器I与开卷机构主轴连接，开卷机构主轴通过开卷机构主轴箱内的轴承组支撑并通过平键与主轴套筒连接，钢带卷被夹持在主轴套筒上，开卷机构主轴上还安装同步带轮I，通过同步齿带与旋转编码器装置相连，用于获取开卷机构主轴的转角和转速数据，伺服电机减速机组与开卷机构主轴箱水平安装在组合机身的左侧面，两者轴线与缠绕机构的轴线保持平行。