УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УСИЛИЕМ НАТЯЖЕНИЯ НАМАТЫВАЕМОГО НА ОПРАВКУ СТАНКА С ЧПУ ГИБКОГО ЭЛЕМЕНТА
CONTROL UNIT OF DRAWING POWER OF WINDING ON MANDREL OF NC-CONTROLLED LATHE OF FLEXIBLE ELEMENT

Изобретение относится к оборудованию для автоматизации работы технологического оборудования и может найти применение при изготовлении намоткой на станках с ЧПУ пространственных труб сложной конфигурации в том числе из полимерных композиционных материалов (ПКИ), предназначенных, в частности, для создания трубопроводных систем объектов с жидкостными реактивными двигателями (ЖРД).
Известно устройство для натяжения ленты, состоящее из двух роликов, между которыми движется сматываемая с бобины лента, причем один из роликов подтормаживается пружиной, сжимаемой на заданное усилие с помощью пары «винт-гайка» [1]. Это устройство характеризуется низкой точностью поддержания заданного усилия намотки, при этом дополнительным фактором неточности поддержания усилия является нестационарность коэффициента трения наматываемого материала и подтормаживающего ролика. Известно устройство для подтормаживания валов бобин с возможностью регулировки тормозного усилия путем использования порошковых муфт или электроприводов с регулированием момента на валу исполнительного электродвигателя [2]. Недостатком этого устройства являются большие габариты, что не позволяет выполнить требования минимальности толщины вращающейся вокруг оправки планшайбы, необходимое для намотки пространственных труб с крутыми изгибами. Другим недостатком этого устройства является его высокая энергоемкость, что затрудняет передачу электроэнергии на вращающийся механизм. При этом использование контактных колец и щеток недопустимо из-за неизбежности коротких замыканий токосъемников токопроводящей пылью при намотке углесодержащими ПКИ.
Известен станок с ЧПУ для намотки труб из ПКИ, содержащий устройство подачи наматываемого материала (лента, жгут) и состоящий из вращающейся с помощью программно-управляемого системой ЧПУ сервопривода планшайбы с центральным отверстием, через которое пропущена оправка, предназначенная для намотки на нее ленты, бобины с лентой из ПКИ, тормозного устройства, состоящего из тормозного барабана и фрикционной ленты, натяжением которой создается усилие подтормаживания бобины, при этом наматываемая лента проходит через блок направляющих и демпфирующих роликов [3].
Недостатком этого устройства является невозможность дистанционного программного регулирования усилия натяжения, что необходимо для участков труб с различной плотностью намотки и низкая точность поддержания усилия натяжения, обусловленная отсутствием компенсации нестационарности механических и геометрических параметров наматываемой ленты.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства натяжения гибкого элемента, обеспечивающего дистанционное задание усилий натяжения материала, отличающегося минимальными габаритами и высокой надежностью.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве управления усилием натяжения наматываемого на оправку станка с ЧПУ гибкого элемента, содержащем направляющий и демпфирующий ролики, имеющие возможность контакта с гибким элементом, установленные на осях, смонтированных на приводной планшайбе станка два подтормаживающих гибкий элемент ролика, причем одна из осей с подтормаживающим роликом на своей образующей имеет резьбу, на которую навинчена гайка с эксцентричным каналом, через который пропущен закрепленный на планшайбе штырь, а между гайкой и подтормаживающим роликом на данной оси размещен упругий элемент, обеспечивающий поджим к торцу подтормаживающего ролика фрикционного диска, новым является то, что устройство снабжено двумя находящимися в зацеплении друг с другом разнотолщинными шестернями, одна из которых установлена на валу, смонтированном на планшайбе, а другая закреплена на резьбовой оси, причем устройство также снабжено датчиком усилия натяжения гибкого элемента, имеющим возможность соединения с системой ЧПУ станка, и двумя, имеющими возможность соединения с системой ЧПУ станка, механизмами регулирования усилия натяжения гибкого элемента, исполнительный элемент каждого из которых имеет возможность контакта с одной из шестерен для обеспечения их поворота, причем каждый механизм регулирования усилия натяжения гибкого элемента может быть выполнен в виде электромагнита и сердечника, обмотка магнита имеет возможность соединения с системой ЧПУ станка, а сердечник имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно электромагнита и контакта с одной из шестерен, а датчик измерения усилия натяжения ленты может быть снабжен автономным источником питания и имеет возможность соединения с системой ЧПУ станка посредством радиоканала.
Предпосылкой для решения поставленной задачи является то, что усилие намотки от витка к витку изменяется незначительно, что открывает возможность дискретного регулирования усилия, путем передачи воздействия на механизм торможения в фиксированных позициях вращающегося механизма.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному изобретению, а следовательно, заявленное решение соответствует условию охраноспособности «новизна».
Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, на которых:
- на фиг.1 представлена схема устройства;
- на фиг.2 показано расположение деталей и узлов на планшайбе.
Станок с ЧПУ, в состав которого входит разработанное устройство, содержит планшайбу 1 с центральным отверстием, вращение которой осуществляется сервоприводом 2, соединенным с системой ЧПУ 3. Через отверстие планшайбы проходит оправка 4, на которую с бобины наматывается гибкий элемент, пусть это будет обмоточная лента 5, проходящая между направляющими и демпфирующими роликами и подтормаживающими роликами 6 и 7. Ролик 6 установлен с возможностью вращения на оси 8, смонтированной на планшайбе, а ролик 7 установлен с возможностью вращения на оси 9. На оси 9 имеется винтовая нарезка (резьба), на которую навинчена гайка 10 с эксцентричным каналом, сквозь который пропущен блокирующий вращение гайки штырь 11. Усилие торможения ролика 7 создается усилием сжимаемой гайкой пружины 12 и трением фрикционной шайбы 13. Устройство снабжено установленными на планшайбе первой 14 и второй 15 находящимися в зацеплении разнотолщинными шестернями, датчиком 16 усилия с наконечником в виде ролика, опорным роликом 17, радиопередатчиком 18 данных измерения усилия с питанием от аккумулятора 19 и установленными вне планшайбы радиоприемником 20 сигналов измерения усилия и двумя механизмами регулирования усилия натяжения гибкого элемента (ленты), каждый из которых выполнен в виде электромагнитов 21 и 22 с исполнительными элементами (сердечниками) 23 и 24, каждый из которых имеет возможность контакта с одной из шестерен. Наконечники сердечников выполнены с профилем, обеспечивающим зацепление с одной из шестерен для обеспечения их поворота.
Бобина для гибкого элемента обозначена позицией 25, а направляющие и демпфирующие ролики - 26.
Работает устройство следующим образом. Работу устройства рассмотрим на примере намотки пространственной трубы из ленты. Заправка лены, закрепление начала ленты на оправке и приблизительная установка начального усилия натяжения осуществляется аналогично [1], при этом значение усилия определяется по углу закрутки оси 9 относительно нулевого значения. В системе ЧПУ 3 программируются значения усилий натяжения для соответствующих участков трубы. При пуске управляющей программы и вращающейся планшайбе на технологическом отрезке трубы производится точная настройка усилия натяжения. От датчика 16 данные измерения фактического усилия натяжения передатчиком 18 передаются на приемник 20 и от него на вход центрального процессора системы ЧПУ через один из портов. По программе обработки сигналов измерения на процессоре производится сравнение заданного в программе и измеренного значений усилий натяжения. Если заданное значение меньше измеренного, системой ЧПУ вырабатывается дискретный сигнал управления электромагнитом 21, который срабатывает, при этом выдвигается сердечник 23 этого электромагнита и при вращении планшайбы 1 шестерня 14 проворачивается на один зуб, ось-винт 8 проворачивается и через гайку 10, блокированную от вращения штырем 11, обеспечивает сжатие пружины 12, которая увеличивает усилие прижима шайбы 13 и, следовательно, возрастает усилие подтормаживания ролика 6, при этом усилие трения между лентой 5 и роликом 6 возрастает, что увеличивает усилие натяжения наматываемой ленты. Если заданное значение больше измеренного, системой ЧПУ вырабатывается дискретный сигнал управления электромагнитом 22, который срабатывает, при этом выдвигается сердечник 24 этого электромагнита и при вращении планшайбы 1 шестерня 15 через шестерню 14 реверсирует направление вращения оси 8, вследствие чего усилие натяжения наматываемой ленты уменьшается.
Устройство может быть использовано в станке с ЧПУ модели СНП 23 для намотки пространственно-изогнутых труб из ПКИ трубопроводных систем ЖРД. В качестве измерительной системы с радиоканалом могут быть модули серии "ADAM 4000" фирмы "ADVANTECH": модуль ввода сигнала тензодатчика ADAM 4016 в качестве датчика усилия и два модуля радиоканала ADAM 4550 в качестве приемника и передатчика, при этом модуль ADAM 4550-приемник подключается к разъему последовательного порта компьютера системы ЧПУ. Разработка программы сравнения заданного и измеренного сигналов усилия натяжения ленты не вызывает особых сложностей для специалистов. Устройство может использоваться также при производстве труб из ПКИ для химической промышленности и для обмотки кабельных изделий в электротехнической промышленности. В качестве наматываемого материала могут быть использованы лента, нить, жгут.
Источники информации
1. В.А.Гордеев, «Ткачество», Москва, «Гизлегпром», 1958 г.
2. Станок КУ 463 Ф3 00.00.000, 2004 г.
3. Станок СНП 3 00.000. 2000 г. - наиболее близкий аналог.