СТАНОК ДЛЯ НАМОТКИ ИЗДЕЛИЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТИПА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ БАЛЛОНОВ Советский патент 1994 года по МПК B29C53/56 

Изобретение предназначено для переработки композиционных материалов методом намотки и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве изделий типа цилиндрических баллонов.

Известен станок для намотки цилиндрических изделий, на станине которого смонтированы центры оправки, раскладчик, установленный на каретке, и привод, обеспечивающий синхронное вращение оправки и возвратно-поступательное движение каретки по направляющим параллельно оси вращения оправки.

Однако такой станок может обеспечить качественную спиральную намотку только при углах ориентации материала α≥ 45^о.

Известен станок для намотки цилиндрических баллонов содержащий станину, управляемый приводом вертлюг, на котором расположен шпиндель для крепления оправок, установленный под углом к плоскости вращения вертлюга и имеющий собственный привод, подвижный раскладчик. Однако этот станок предназначен в основном для намотки материала с углом ориентации α≅45^о и не может быть использован при намотке изделия с многократно чередующимися углами намотки.

Целью предложения является обеспечение высокой производительности процесса намотки изделий с послойно переменным углом ориентации материала.

Эта цель достигается тем, что раскладчик установлен на салазках с приводом для поперечного перемещения по направляющим каретки, снабженной собственным приводом для перемещения в продольных направляющих станины, расположенных под углом к плоскости вращения вертлюга, равным углу наклона оси шпинделя относительно этой плоскости, а вертлюг снабжен механизмом останова, установленным на станине и фиксирующим вертлюг осью шпинделя соосно выдвижным центром, установленным в собственной опоре, и параллельно продольным направляющим станины. Кроме того, привод шпинделя закреплен на станине и соединен со шпинделем посредством вала и угловых передач, смонтированных в полости вертлюга.

На фиг. 1 изображена схема основных элементов станка при работе с вращающимся вертлюгом; на фиг. 2 - схема основных элементов станка при работе с остановленным вертлюгом.

На станине 1 (см. фиг. 1) в бабке 2 установлен в подшипниках полый вал 3, на котором закреплен вертлюг 4. Вертлюг через редуктор 5 соединен с приводом 6. На вертлюге 4 установлен под углом γ к плоскости I-I вращения этого вертлюга шпиндель 7, на котором устанавливается оправка наматываемого изделия 8. За плоскость вращения вертлюга 1 принята плоскость, перпендикулярная оси D-D вращения этого вертлюга. На фиг. 1 плоскость вращения изображена следом I-I. Шпиндель 7 снабжен приводом 9, который установлен на станине 1 и соединен со шпинделем 7 валом 10, расположенным внутри полого вала 3, валом 11, расположенным в плече вертлюга 4, и двумя угловыми передачами 12 и 13. В вертлюге 4 установлен в направляющих 14 на винте 15 груз 16, с помощью которого производится статическое уравновешивание вертлюга с оправкой изделия 8. Направляющие 14, винт 15, груз 16 в совокупности являются статическим балансным регулятором.

На продольных направляющих 17 станины 1 смонтирован под тем же, что и шпиндель 7, угол γ к плоскости вращения I-I вертлюга 4 установлена каретка 18, снабженная приводом 19. На каретке 18 выполнены поперечные направляющие 20, на которых установлены салазки 21, снабженные приводом 22. На салазках 21 установлен раскладчик 23, выполненный в виде торообразного сектора, позволяющего иметь пространственную самоустановку плоскости наматываемого длинномерного материала, сходящего с катушек или со шпуль. Катушка или шпуля и другие элементы лентотракта на чертежах не показаны, так как эти элементы могут иметь любое известное исполнение.

На станине 1 установлен механизм останова вертлюга 24, содержащий фиксирующий палец 25, расположенный против фиксирующей втулки 25 вертлюга 4 при расположении вертлюга осью шпинделя 7 параллельно продольным направляющим 17. Такое положение вертлюга 4 принято за нулевое при программировании движений. Механизм останова вертлюга 24 снабжен приводом 27.

На станине 1 в собственной опоре 28 смонтирован выдвижной центр 29 (см. фиг. 2 и фиг. 1) с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, расположенной параллельно направляющим 17 и соосно со шпинделем 7 в положении вертлюга 4 осью шпинделя 7 (с оправкой изделия 8) параллельно этим же направляющим 17. Пиноль 30 выдвижного центра 29 снабжена приводом 31.

Приводы 6, 9, 19 и 22 следящие, с контурной системой числового программного управления.

Приводы 27 и 31 управляются технологическими командами программы по принципу конечных перемещений. В качестве приводов 27 и 31 на станке использованы гидроцилиндры двухстороннего действия, но могут быть использованы пневмоцилиндры, электромагниты или любые другие двигатели подобных возможностей. Угол γ расположения оси шпинделя 7 с оправкой изделия 8 и направляющих 17 относительно плоскости вращения вертлюга (следа I-I на фиг. 1) выбирается достаточным для получения углов намотки α< 45^о при намотке материала на изделия типа цилиндрических баллонов по любым возможным расчетным линиям.

При компоновке рассматриваемого станка верхняя граница угла γ = 22,5^о даже для изделий, имеющих соотношение между длиной l и диаметром d, равное l/d = 1 (изделий, вырождающихся из цилиндрического баллона в шаровой). Для изделий типа цилиндрических баллонов угол γ< 22,5^о, при длине l, меньшей 1 м этот угол лежит в пределах 15^о≅γ≅22,5^о. Нижняя граница угла γ = 15^о. При этом в зависимости от конкретных соотношений геометрических размеров цилиндрического баллона будет меняться оптимальная граница между диапазонами малых и больших углов намотки α в интервале между 30 и 45^о без изменения общего диапазона углов намотки α , получаемых на станке, от 0 до 90^о ( α-> 0^о).

На фиг. 1 и фиг. 2 (как не относящиеся к существу заявки) не показаны элементы электроавтоматики, осуществляющие блокировку взаимоисключаемых ситуаций с помощью датчиков, фиксирующих требуемые положения и режимы работы всех исполнительных органов станка. Например, запрещение движений на выход выдвижного центра 29 и фиксирующего пальца 25 при вращающемся вертлюге 4.

Станок работает следующим образом. При намотке на изделие рисунков из диапазона малых углов α (α < 45^о) вертлюг 4 вращается вокруг своей оси D-D (см. фиг. 1). Установленная в шпинделе 7 вертлюга 4 оправка изделия 8 совершает пространственное движение вместе с вертлюгом. Предварительно путем смещения груза 16 винтом 15 по направляющим 14 вертлюг 4 с закрепленной в его шпинделе 7 оправкой изделия 8 статически балансируется. Движение вертлюга 4 осуществляется от привода 6 через редуктор 5 и полый вал 3. На фиг. 1 это движение показано стрелкой А.

Кроме пространственного движения с вертлюгом 4 шпиндель 7 с оправкой изделия 8 получает вращение от собственного привода 9 через кинематическую цепь, состоящую из валов 10 и 11 и угловых пар 12 и 13.

Такое движение шпинделя 7 с оправкой изделия 8 на фиг. 1 показано стрелкой В. Длинномерный материал, наматываемый на оправку изделия 8, сходит с раскладчика 23. При этом раскладчик 23 совершает движение в левой зоне направляющих 17. Движение раскладчика 23, показанное на фиг. 1 стрелкой С, состоит из двух движений: движения салазок 21 по направляющим 20 от привода 22 (стрелка Х) и движения каретки 18 по направляющим 17 от привода 19 (стрелка Z). Движения Х и Z, составляющие движение С при вращающемся вертлюге 4, носят локальный характер. Для получения требуемого расчетного рисунка укладки наматываемого материала на оправку изделия 8, при таком характере работы станка, управляемым координатам (шпинделю 7, вертлюгу 4, салазкам 21, каретке 18) задаются по программе законы движения, определяющие в совокупности нужный характер движения раскладчика 23 относительно оправки изделия 8.

Для перехода с одного рисунка намотки на другой в пределах рассматриваемого диапазона малых углов, заменяется только программа управления приводами 6, 9, 19 и 22, задаваемая устройством числового программного управления.

При намотке на изделие рисунков из диапазона больших углов α (α > 45^о) вертлюг 4 устанавливается в нулевое положение, в котором ось шпинделя 7 и оправки изделия 8 становятся параллельной направляющим 17 и соосной с осью выдвижного центра 29. При этом по технологическим командам программы вертлюг 4 фиксируется неподвижно относительно станины 1 фиксирующим пальцем 25, входящим в гнездо 26 за счет движения, осуществляемого приводом (гидроцилиндром) 27, а оправка изделия 9 поджимается выдвижным центром 29 за счет движения пиноли 30, осуществляемого приводом (гидроцилиндром) 31. Этими же технологическими командами блокируется вращение вертлюга 4 датчиком положения (на чертежах не показаны) выдвижного центра 29 и фиксирующего пальца 25. Приводом 9 приводится во вращение шпиндель 7 с установленной оправкой наматываемого изделия 8 (стрелка В на фиг. 2), раскладчик 23 перемещается от приводов 19 и 22 (стрелки Х и Z) по выбранной траектории.

Наматываемый материал сходит с раскладчика 23 на оправку изделия 8 по расчетному рисунку, который определяет и законы движения по координатам В, Х и Z. Для перехода с одного рисунка намотки на другой в пределах рассматриваемого диапазона больших углов заменяется только программа управления приводами 9, 19 и 22.

Переход с режима намотки малых углов на режим намотки больших углов (и обратно) тоже осуществляется за счет смены программ управления, но эти программы должны учитывать технологические команды фиксации и расфиксации вертлюга 4, команды управления выдвижным центром, а также вывод раскладчика 23 на исходную позицию начала того рисунка, к которому осуществляется переход.

Рассматриваемая граница между двумя режимами, определяемая углом намотки α = 45^о, является теоретически обоснованной с точки зрения рационального конструктивного выбора главных движений, совпадающих с максимальной составляющей вектора скорости укладываемого на изделие материала: при малых углах это вращение вертлюга, при больших углах это вращение оправки при зафиксированном вертлюге. Предлагаемая конструкция станка позволяет исключить реверсирование на наиболее скоростных движениях, которыми являются главные движения, имеет меньшие габариты вертлюга и всего станка в целом, что в совокупности с повышенной производительностью намотки даст несомненный экономический эффект. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 476189, кл. В 29 D 23/12, 1972.

2. Патент США N 3140058, кл. 242-2, 1974.

СТАНОК ДЛЯ НАМОТКИ ИЗДЕЛИЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТИПА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ БАЛЛОНОВ, содержащий станину, управляемый приводом вертлюг, на котором расположен шпиндель для крепления оправок, установленный под углом к плоскости вращения вертлюга и имеющий собственный привод, подвижный раскладчик, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой производительности процесса намотки изделия с послойно переменным углом ориентации материала раскладчик установлен на салазках с приводом для поперечного перемещения по направляющим каретки, снабженной собственным приводом для перемещения в продольных направляющих станины, расположенных под углом к плоскости вращения вертлюга, равным углу наклона оси шпинделя относительно этой плоскости, а вертлюг снабжен механизмом останова, установленным на станине и фиксирующим вертлюг осью шпинделя соосно с выдвижным центром, установленным в собственной опоре, и параллельно продольным направляющим станины.