一种螺旋绕管装置、控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种螺旋绕管装置、控制系统及控制方法，该装置可以应用于绕管领域。

背景技术

特种工况使用的长形工件，例如圆管、方管、柱形工件等，需要在外壁上缠绕特种材质的护套或者金属丝。这种管对外壁缠绕的相对的两个螺旋弧(螺距)的距离要求极为严格，因此必须严格控制所缠绕得螺距的精度，难以用自动化的方式解决。目前解决的方案多为划线后人工缠绕，依靠不断的测量保证缠绕精度。由于人工缠绕式基准难以把握，人员技能水平参差不齐，导致此类产品成品率很低，难以满足大规模生产需要。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种螺旋绕管装置，该装置中工件做旋转运动，缠绕件做直线运动，该装置可以用于不同直径，不同长度的管外壁进行有规律的缠绕缠绕件(包括但不限于护套或者金属丝)。

本发明采用的技术方案如下：

一种螺旋绕管装置，包括第一支撑件、第二支撑件和自动点固装置，在所述的第一支撑件上设有用于夹持工件且驱动工件旋转的旋转装置；在所述的第二支撑件上设有缠绕件拉动装置，所述的第一支撑件、第二支撑件能沿着工件轴线方向相对运动，该运动和所述的旋转装置的旋转运动配合，一起完成缠绕件在工件上的缠绕；所述的自动点固装置将缠绕件固定在工件上。

进一步的，所述的第一支撑件固定不动，第二支撑件设置在导向装置上，所述第二支撑件通过设置在其底部的移动部沿着所述的导向装置来回移动；

或者，所述的第二支撑件固定不动，所述的第一支撑件设置在导向装置上，所述第一支撑件通过设置在其底部的移动部沿着所述的导向装置来回移动。

所述的旋转装置及第二支撑件在工作过程中同步运动(即旋转装置一边旋转第二支撑件一边带着缠绕件拉动装置直线运动)，整个系统的控制精度得以大幅度提高，包括在管上所缠绕的缠绕件的螺距的精度，以及点焊的精度。系统通过控制行走部分行走的速度和旋转部分旋转的速度，实现对螺距的控制。

进一步的，上述两种技术方案中：通过控制系统控制工件的旋转速度、第二行走装置的行走速度或者第一支撑件的行走速度以及其行走距离实现对不同工件的不同缠绕。

进一步的，上述两种技术方案中：所述缠绕件拉动装置的拉力大小可调，能够对缠绕件施加的不同大小的夹紧力或摩擦力，对其在工件外壁缠绕时施加拉力。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的缠绕件拉动装置上还设有拉力传感器，用于检测拉丝的拉力。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的旋转装置上设有距离检测工装，针对不同的工件的不同螺距，进行缠绕起始点的确定；由于每一种工件缠绕的螺距不一样，起始点不一样，旋转的速度也不一样，因此在自动定心卡盘上设置不同的距离检测工装进行不同起始点的确定。

进一步的，上述两种技术方案中：所述缠绕件拉动装置能够通过对缠绕件施加的夹紧力或摩擦力，对其在工件外壁缠绕时施加拉力。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的缠绕件拉动装置包括两个部件，这两个部件对接形成供缠绕件穿过的缝隙或者封闭、半开放的孔。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的螺旋绕管装置还包括有工件支撑装置，所述的工件支撑装置，该装置或独立设置或设置在第二支撑件上，其结构可以是带有凹槽的托快，也可以是能够旋转的表面带有凹槽的滚轮；可以通过横梁固定在拉丝行走装置上。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的自动点固装置能独立的上下、左右运动，用于将缠绕件焊接在工件上。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的工件支撑装置位于第一支撑装置和第二支撑装置之间、第二支撑装置和自动点固装置之间或/和设置在第二支撑装置或自动点固装置外侧。

进一步的，上述两种技术方案中：所述的第二支撑件的高度可调。

本发明还提供了一种用于控制所述的螺旋绕管装置的控制系统，所述的控制系统包括一个控制器，所述的控制器输入端连接缠绕件拉动装置上的拉力传感器；输出端控制旋转装置的旋转、第一支撑件或第二支撑件的行走以及自动点固装置；通过控制系统控制工件的旋转速度、和/或第二支撑件、第一支撑件的行走速度和/或行走距离实现对不同工件的缠绕。

进一步的，所述控制系统的控制方法，在所述的控制器内预先保存各种不同工件的加工参数；加工时，根据待加工工件的特征选择与相配合的加工参数；在加工过程中，所述的拉力传感器实时监测缠绕件所承受的拉力变化，若拉力异常波动或超出极限范围则控制器报警并停止运转；旋转装置以及第一支撑件或者第二支撑件的驱动电机的扭矩也被实时监测，确保系统运行过程的稳定。

进一步的，控制系统中对缠绕件的拉力值设置一个范围；此范围为上限值、上上限值，下限值，下下限值；所述的上上限值为缠绕件在缠绕时，发生断裂、或塑性变形的拉力值；所述下下限值为缠绕件在缠绕时，缠绕件与工件不能紧密接触贴合的拉力值；所述上限值为比上上限值低的一个数值，能够避免发生断裂时、或塑性变形；所述下限值为比下下限值高的一个数值，能够实现缠绕的丝紧密接触并贴合在工件外侧；拉力超过上、下限值为异常，超出上上限值或下下限值就为超出极限。

上述所述的螺旋绕管装置的加工方法，包括以下步骤

1).首先进行起始点的定位，利用距离检测工装确定工件的起点；

2).进行控制系统参数的设置；

3).进行工件的装夹；

4).把金属丝送入到拉丝机构，利用点固系统点固金属丝的起始点；

5).启动控制系统，控制系统控制工件安装设定的速度进行旋转，同时控制相应的装置(第一种装置控制的拉丝行走装置，第二种装置控制的床头旋转装置)按照设定的速度的距离进行行走；进而实现金属丝的缠绕。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过一套自动加工装置代替了原先的手动加工装置，大大提高了效率，提高到原来的10-15倍。

2、该装置完全实现了自动化，省力、省人工；操作简单、一个人就能完成。

3、该装置通过伺服电机以及结合相应的传感器装置，控制精确度高。

4、灵活多变，通过在控制系统里面设置不同的参数，匹配相应的工作模式，实现了对不同工件的加工。

5、自动化、智能化程度高，人员依赖程度低，可以实现方管、圆管、矩形管、异型管的各种方式、形式的缠绕。大大的降低劳动强度，降低成本。

附图说明

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

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的主视图；

图3为发明的侧视图；

图4为本发明的局部放大图；

图中：1第二支撑件，2自动点固装置，3旋转装置，4金属丝拉动装置，5拉力传感器，6金属丝，7距离检测装置，8底座，9第一支撑件。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。

正如背景技术所介绍的，现有技术中由于人工缠绕式基准难以把握，人员技能水平参差不齐，导致此类产品成品率很低，难以满足大规模生产需要。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种螺旋绕管装置，该装置可以用于缠绕金属丝以及护套，下面以金属丝为例，对本发明进行详细说明。

名词解释部分：本发明中所述的“缠绕件”包括但是不限于在工件上缠绕的护套或者金属丝。

下面以缠绕金属丝为例，对本发明进行说明：

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，本螺旋绕管装置包括床头旋转装置、拉丝行走装置、自动点固装置2和控制系统部分；

其中床头旋转装置包括第一支撑件9以及设置在第一支撑件上的驱动工件旋转的旋转装置3；其中拉丝行走装置包括第二支撑件1和金属丝拉动装置4；第一支撑件9和第二支撑件1均设置在底座8上，第一支撑件9固定不对，第二支撑件1沿着底座8上的导轨来回移动；自动点固装置2固定在第二支撑件1上。

本装置包括的这些部分也可以分别独立设置，例如将床头旋转装置设置在地面上，拉丝行走装置单独设置在一个基座上，沿着基座来回移动；自动点固装置2可以通过一个支撑架单独固定；其中自动点固装置优选设置在拉丝行走装置和床头旋转装置之间。

所述的旋转装置3包括带有高精度自定心卡盘和驱动卡盘旋转的伺服电机，用于对工件的自动夹紧，高精度旋转定位功能；由于每一种管缠绕的螺距不一样，起始点不一样，旋转的速度也不一样；因此自定心卡盘上配有不同的距离检测装置7进行不同起始点的确定(缠绕完的工件在整体的产品上安装的位置不一样)；通过伺服电机以系统控制部分提供的合适扭矩自动夹紧工件；伺服电机用扭矩模式驱动工件旋转，当系统检测到扭矩达到某个值之后停止，就是已经夹紧了。

当卡盘底部为封闭的平面时，工件可以顶靠在卡盘底面。若工件能够通过卡盘底部的缝穿过时，可以在卡盘夹紧工件之前，通过距离检测工装来实现对工件位置的确定。

优选采用管套，管套的一头是封死，管套放进去之后把管顶住。该距离检测工装位于卡盘中心，卡爪会跟工件接触，需要夹住工件。用距离检测工装先确定起始点，然后工装撤去，夹住工件。

第二支撑件设置在导向装置上，导向装置可以如图1所示安装在底座上；第二支撑件的底部为一个可以沿着导向装置移动的移动部；移动部上设有动力及传动装置，能够驱动移动部在导向装置上移动。导向装置可以为齿条，动力及传动装置分别为伺服电机和齿轮；或者导向装置为导轨，动力和传动装置为伺服电机和丝杠、滑块，伺服电机通过丝杠滑块机构驱动拉丝机构行走。

金属丝拉动装置能够通过对金属丝施加的夹紧力或摩擦力，对其在工件外壁缠绕时施加拉力。

金属丝拉动装置可以选择为金属丝能够穿过的缝隙、封闭或半开放的孔。

作为优选的方案，拉力可以调整，通过调整缝隙或者封闭或半开放的孔之间的距离实现对拉力的调整。例如，可以是具有一定缝隙或距离的两个部件对接而成；也可以是一侧设有圆弧槽或凹陷槽面，另外一侧为平面也可为对应设置有圆弧槽、凹陷槽面，两侧相互配合而成，丝通过圆弧槽或凹陷槽穿过，通过调整两个面之间的距离，可以调整其夹紧力或摩擦力。还可以是带有凹槽的滚轮，与滚轮或平面配合而成，滚轮或平面也可对应设置凹槽。

本发明所述的绕管装置上还设有工件支撑装置，该装置可以独立设置，优选设置在拉丝行走装置上，例如图1所示，其设置第一支撑件9上，用于支撑工件的另一端；在其结构可以是带有凹槽的托快，也可以是能够旋转的表面带有凹槽的滚轮；可以通过横梁固定在拉丝行走装置上。

伺服电机驱动，拉紧特殊材质的金属丝通过控制系统匹配行走速度和行走距离进行行走。(通过pc机对拉丝行走装置的行走速度和行走距离以及工件的旋转速度等进行设置，程序计算行走多少距离需要多少脉冲，发送给伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机行走。)

拉丝行走装置及床头旋转装置在实际工作过程中同步运动，即工件一边旋转，金属丝一边缠绕，整个系统的控制精度得以大幅度提高，包括在管上所缠绕的丝的螺距的精度以及点焊的精度。系统通过控制行走部分行走的速度和旋转部分旋转的速度，实现对螺距的控制。

自动点固装置2使用激光焊机作为点固工具，激光焊机由独立的上下和左右移动运动轴控制(控制一个部件在平面内运动属于常规设计，因此不进行详细说明)；在开始工作前，控制系统将焊接信号发送至激光焊机；当需要点焊时，激光焊机在运动轴的控制下自动运行至需点焊位置进行点焊操作，点焊的点在工件上的位置可以根据需要进行设置，通过控制螺距对点焊的位置进行控制，无需根据工件的长度、直径进行控制。点焊时，拉丝行走装置和床头旋转装置停止运动。点焊完成后，绕丝动作继续运行。以此循环，直至工作结束。

控制系统由工业pc、拉力传感器及运动控制器组成；系统通过对各种材质、粗细、形状的金属护套和金属丝的缠绕过程进行实验，提前将参数导入系统，参数包括但不限于属丝的材质、直径或宽度、厚度以及被缠绕管的材质、壁厚、直径或长宽便自动匹配点焊电流电压以及拉力的警示值。使用过程中只需要输入金属丝的材质、直径或宽度、厚度以及被缠绕管的材质、壁厚、直径或长宽便自动匹配点焊电流电压以及拉力的警示值；在运行过程中，拉力传感器实时监测金属丝所承受的拉力变化，若拉力异常波动或超出极限范围则报警并停止运转；伺服电机的扭矩也被实时监测，确保系统运行过程的稳定。按下启动键后，各轴将自动运行；

控制系统中对拉力值设置一个范围；此范围为上限值、上上限值，下限值，下下限值；异常波动就是拉力一直在跳动偶尔超过上限值偶尔超过下限值。超过上下限值就算异常，超出上上限值或下下限值就为超出极限。

上上限值为丝在缠绕时，发生断裂、或塑性变形的拉力值。上限值为比上上限值低的一个数值，能够避免发生断裂时、或塑性变形。

下下限值为丝在缠绕时，缠绕的丝与工件不能紧密接触贴合的拉力值。下限值为比下下限值高的一个数值，能够实现缠绕的丝紧密接触并贴合在工件外侧。

具体的实施方式如下：

1.首先进行起始点的定位，利用距离检测工装确定工件的起点。

2.进行pc机参数的设置；

3.进行工件的装夹；

4.把金属丝送入到拉丝机构，利用点固系统点固金属丝的起始点。

5.启动pc机，控制系统控制工件安装设定的速度进行旋转，同时控制拉丝行走装置按照设定的速度的距离进行行走；进而实现金属丝的缠绕。

缠绕完成，各部分复位，准备下一个工件；也可缠完后复位，进行下一圈的缠绕。

实施例2

本发明中的床头旋转装置底部非固定，可以沿图1中的导轨移动，拉丝行走装置、点固装置固定在底座上；其余部分与实施例1相同。

实施例3

工件过长时，可以设置支撑架，支撑架可以位于床头旋转装置和拉丝行走装置、自动点固装置，可以设置在拉丝装置或点固装置外侧；其余部分与实施例1、实施例2相同。

支撑架上设置上滚轮，或带有凹槽的支撑块，对管进行限位支撑。

实施例4

本发明的第二支撑件的高度还可以设计成可调的，以适应不同半径的工件的加工。

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