复合材料拉索自动成型设备及其成型方法与流程

1.本发明涉及成型设备技术领域，尤其是涉及一种复合材料拉索自动成型设备及其成型方法。


背景技术：

2.拉索作为一种高效的结构构件，所以拉索已经被广泛运用于建筑、桥梁等，复合材料拉索相比于普通拉索其结构稳定性能更好，目前市场上暂时没有查找相关拉索成型设备，复合材料拉索制造过程中，由于工程量和制造精度的要求，传统手工制造不能满足拉索的制造需求，这样就需要人工绕设复合材料拉索，人工绕设效率低，人工在绕设丝束过程中容易出现不平整，从而导致丝束打结或扭转丝束，成型过程中极易出现问题，严重影响到拉索绕设的可靠性，造成生产成本增加，生产效率低，不适用于大批量生产。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为了解决人工绕设效率低，人工在绕设丝束过程中容易出现不平整，从而导致丝束打结或扭转丝束，成型过程中极易出现问题，严重影响到拉索绕设的可靠性，造成生产成本增加，生产效率低，不适用于大批量生产的问题，现提供了一种复合材料拉索自动成型设备及其成型方法。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料拉索自动成型设备，包括：
5.拉力固定机构，其用于对拉索的一端固定；
6.旋转固定机构，其用于对拉索的另一端固定；
7.绕丝机构，其用于将丝束输出并平铺；
8.第一控制机构，其设置在绕丝机构上，所述第一控制机构用于控制绕丝机构往复位移，在拉索成型时，将所述绕丝机构上输出线束的一端固定于拉力固定机构或者旋转固定机构上，再由第一控制机构控制绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移，实现将丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构和旋转固定机构上形成拉索；
9.缠绕机构，其用于带动丝束围绕拉索外周位移并缠绕至拉索上；
10.以及第二控制机构，其设置在缠绕机构上，所述第二控制机构用于控制缠绕机构往复位移，在拉索成型后，将所述缠绕机构上输出线束的一端固定于拉索上，再由第二控制机构控制缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移，并实现将丝束沿拉索轴向位移并缠绕在拉索上。
11.本发明通过第一控制机构带动绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构往复位移，并将绕丝机构输出的丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构和旋转固定机构上，从而形成拉索，然后再由第二控制机构带动缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构往复位移，并将缠绕机构输出的丝束相互缠绕在拉索上，这样拉索生产效率高，可以更好的保证复合材料拉索的一体性，性能的一致性，安装的可靠性，同时成型过程中不易出现问题，可以
有效的降低报废成本，快速成型实现批量生产，有利于大批量的生产。
12.为了实现绕丝机构，进一步地，所述绕丝机构包括第一安装座及设置在第一安装座上用于将丝束导出的第一出丝组件，所述第一安装座上设置有用于控制第一出丝组件位移的第一位移机构，并实现将第一出丝组件上输出的丝束由拉力固定机构和旋转固定机构上方位移至拉力固定机构和旋转固定机构下方。通过第一位移机构带动第一出丝组件输出的丝束由拉力固定机构和旋转固定机构上方位移至拉力固定机构和旋转固定机构下方，也就将丝束绕设在拉力固定机构和旋转固定机构上，从而使拉索快速成型，绕丝机构能在十米内快速出丝并平铺，最快实现2m/s。
13.为了实现第一位移机构，进一步地，所述第一位移机构包括设置在第一安装座上的第一驱动机构，所述第一出丝组件设置在第一安装座上，所述第一驱动机构与第一出丝组件相互传动连接，并实现驱动第一出丝组件在第一安装座上位移。通过第一驱动机构带动第一出丝组件在第一安装座上位移，从而实现第一出丝组件由拉力固定机构和旋转固定机构上方位移至拉力固定机构和旋转固定机构下方。
14.为了实现第一控制机构，进一步地，所述第一控制机构包括设置在绕丝机构的第二驱动机构，所述绕丝机构滑动设置在拉力固定机构和旋转固定机构之间，所述第二驱动机构的输出端通过齿轮齿条机构，实现控制绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移。绕丝机构上的第二驱动机构的输出端通过与齿轮齿条机构传动连接，从而实现控制绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移。
15.为了实现缠绕机构，进一步地，所述缠绕机构包括第二安装座及设置在第二安装座上用于将丝束导出的第二出丝组件，所述第二安装座上设置有用于控制第二出丝组件围绕拉索旋转的第四驱动机构，并实现将第二出丝组件上输出的丝束缠绕至拉索上。通过第四驱动机构带动第二出丝组件输出的丝束围绕拉索旋转，也就将丝束缠绕在拉索上，从而使拉索快速缠绕，缠绕机构能在任意长度要求下快速缠绕，最快实现0.6m/min。
16.为了实现第四驱动机构，进一步地，所述第四驱动机构包括设置在第二安装座上的伺服电机，所述第二出丝组件转动设置在第二安装座上，所述伺服电机与第二出丝组件相互传动连接，并实现驱动第二出丝组件在第二安装座上旋转。通过第二安装座上的伺服电机带动第二出丝组件在第二安装座上转动，从而实现第二出丝组件在第二安装座上转动。
17.为了实现第二控制机构，进一步地，所述第二控制机构包括设置在缠绕机构的第五驱动机构，所述缠绕机构滑动设置在拉力固定机构和旋转固定机构之间，所述第五驱动机构的输出端通过齿轮齿条机构，实现控制缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移。缠绕机构上的第五驱动机构的输出端通过与齿轮齿条机构传动连接，从而实现控制缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移。
18.为了实现绕丝机构滑动设置在拉力固定机构和旋转固定机构之间，进一步地，所述拉力固定机构和旋转固定机构之间设置有直线导轨，所述绕丝机构和和缠绕机构上均设置有与直线导轨相匹配的滑块，所述滑块滑动设置在直线导轨上。通过在拉力固定机构和旋转固定机构之间设置的直线导轨与绕丝机构和缠绕机构上的滑块配合，实现绕丝机构和和缠绕机构滑动设置在拉力固定机构和旋转固定机构之间。
19.为了实现拉力固定机构，进一步地，所述拉力固定机构包括第一支座和第一拉索
固定轴，所述第一支座上设置有用于控制第一拉索固定轴轴向位移的第二位移机构。通过第二位移机构控制第一拉索固定轴在第一支座沿拉索的轴向位移。
20.为了实现旋转固定机构，进一步地，所述旋转固定机构包括第二支座及设置在第二支座上的第二拉索固定轴，所述第二支座上设置有用于控制第二拉索固定轴自转的转动机构。通过转动机构带动第二拉索固定轴在第二支座上自转。
21.在拉索达到一定长度后会出现中下坠的现象，这样会影响到拉索的成型，为了防止拉索过度下坠影响成型，进一步地，所述拉力固定机构和旋转固定机构之间设置有用于支撑拉索的支撑组件。通过在拉索下方设置支撑组件对拉索进行支撑，这样有效防止拉索出现过度下坠的现象。
22.为了实现支撑组件，进一步地，所述支撑组件包括托索架及铰接在托索架上的托索臂，所述托索架上铰接有第三驱动机构，所述第三驱动机构的输出端铰接在托索臂，并控制托索臂在托索架上摆动，从而实现托索臂对拉索的支撑或者脱离。通过第三驱动机构带动托索臂在托索架上转动，从而实现托索臂对拉索的支撑或者脱离。
23.为了能够成型不同长度的拉索，进一步地，还包括底座，所述拉力固定机构、旋转固定机构和绕丝机构均设置在底座上，所述拉力固定机构和旋转固定机构至少其中一个为可拆安装在底座上。通过将拉力固定机构和旋转固定机构至少其中一个为可拆安装在底座上，这样满足不同长度拉索的生产，实现了设备制造模块化，对零件进行工序分布操作，实现人工与自动化的结合。
24.一种使用如上述的复合材料拉索自动成型设备的成型方法，包括以下步骤：
25.s1、首先将绕丝机构上的丝束固定于拉力固定机构或者旋转固定机构上；
26.s2、在成型时，控制绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移，实现将丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构和旋转固定机构上形成拉索；
27.s3、在拉索成型完成后，将绕丝机构移出工位，然后再将缠绕机构放置于拉索的工位上；
28.s4、在缠绕时，控制第二控制机构控制缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构之间往复位移，并实现将丝束沿拉索轴向位移并缠绕在拉索上。
29.本发明的有益效果是：本发明复合材料拉索自动成型设备及其成型方法在使用时，通过第一控制机构带动绕丝机构在拉力固定机构和旋转固定机构往复位移，并将绕丝机构输出的丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构和旋转固定机构上，从而形成拉索，然后再由第二控制机构带动缠绕机构在拉力固定机构和旋转固定机构往复位移，并将缠绕机构输出的丝束相互缠绕在拉索上，这样拉索生产效率高，可以更好的保证复合材料拉索的一体性，性能的一致性，安装的可靠性，同时成型过程中不易出现问题，可以有效的降低报废成本，快速成型实现批量生产，有利于大批量的生产，避免了人工绕设效率低，人工在绕设丝束过程中容易出现不平整，从而导致丝束打结或扭转丝束，成型过程中极易出现问题，严重影响到拉索绕设的可靠性，造成生产成本增加，生产效率低，不适用于大批量生产的问题。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
31.图1是本发明拉索平铺时的三维结构示意图；
32.图2是图1中a的局部放大图；
33.图3是图1中b的局部放大图；
34.图4是图1中c的局部放大图；
35.图5是图1中d的局部放大图。
36.图中：1、拉力固定机构，101、第一支座，102、第一拉索固定轴；
37.2、旋转固定机构，201、第二支座，202、第二拉索固定轴；
38.3、绕丝机构，301、第一出丝组件，302、第一驱动机构，303、第一安装座；
39.5、底座；
40.6、拉索；
41.7、支撑组件，701、托索架，702、托索臂，703、第三驱动机构；
42.8、缠绕机构，801、第二出丝组件，802、第四驱动机构，803、第二安装座；
43.10、直线导轨，11、滑块。
具体实施方式
44.本发明下面结合实施例作进一步详述：
45.本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.如图1-5所示，一种复合材料拉索自动成型设备，包括：
49.拉力固定机构1，其用于对拉索6的一端固定；
50.旋转固定机构2，其用于对拉索6的另一端固定；
51.绕丝机构3，其用于将丝束输出并平铺；
52.第一控制机构，其设置在绕丝机构3上，所述第一控制机构用于控制绕丝机构3往复位移，在拉索6成型时，将所述绕丝机构3上输出线束的一端固定于拉力固定机构1或者旋
转固定机构2上，再由第一控制机构控制绕丝机构3在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移，实现将丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构1和旋转固定机构2上形成拉索6；
53.缠绕机构8，其用于带动丝束围绕拉索6外周位移并缠绕至拉索6上；
54.以及第二控制机构，其设置在缠绕机构8上，所述第二控制机构用于控制缠绕机构8往复位移，在拉索6成型后，也就是拉索6需要缠绕时，将所述缠绕机构8上输出线束的一端固定于拉索6上，再由第二控制机构控制缠绕机构8在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移，并实现将丝束沿拉索6轴向位移并缠绕在拉索6上。
55.所述绕丝机构3包括第一安装座303及设置在第一安装座303上用于将丝束导出的第一出丝组件301，此处的第一出丝组件301为两个相对转动设置在第一安装座303上的导丝轮，所述第一安装座303上设置有用于控制第一出丝组件301位移的第一位移机构，并实现将第一出丝组件301上输出的丝束由拉力固定机构1和旋转固定机构2上方位移至拉力固定机构1和旋转固定机构2下方。
56.所述第一位移机构包括设置在第一安装座303上的第一驱动机构302，此处的第一驱动机构302为固定在第一安装座303上的伺服电机，所述第一出丝组件301转动设置在第一安装座303上，所述第一驱动机构302与第一出丝组件301之间通过带轮机构相互传动连接，并实现驱动第一出丝组件301在第一安装座303上转动。
57.所述第一控制机构包括设置在绕丝机构3的第二驱动机构，所述绕丝机构3滑动设置在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间，所述第二驱动机构的输出端通过齿轮齿条机构，实现控制绕丝机构3在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移。此处的第二驱动机构为伺服电机，伺服电机的输出端固定连接有齿轮并与第一安装座303上的齿条配合。
58.所述缠绕机构8包括第二安装座803及设置在第二安装座803上用于将丝束导出的第二出丝组件801，所述第二安装座803上设置有用于控制第二出丝组件801围绕拉索6旋转的第四驱动机构802，并实现将第二出丝组件801上输出的丝束缠绕至拉索6上。
59.所述第四驱动机构802包括设置在第二安装座803上的伺服电机，所述第二出丝组件802转动设置在第二安装座803上，所述伺服电机与第二出丝组件801相互传动连接，并实现驱动第二出丝组件801在第二安装座803上旋转。
60.所述第二控制机构包括设置在缠绕机构8的第五驱动机构，所述缠绕机构8滑动设置在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间，所述第五驱动机构的输出端通过齿轮齿条机构，实现控制缠绕机构8在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移。
61.所述拉力固定机构1和旋转固定机构2之间设置有直线导轨10，所述绕丝机构3和缠绕机构8上均设置有与直线导轨10相匹配的滑块11，所述滑块11滑动设置在直线导轨10上。
62.所述拉力固定机构1包括第一支座101和第一拉索固定轴102，所述第一支座101上设置有用于控制第一拉索固定轴102轴向位移的第二位移机构。此处的第二位移机构为液压缸，第一拉索固定轴102通过滑块11与直线导轨10配合滑动设置在第一支座101上，实现第一拉索固定轴102在第一支座101上轴向位移，同时在第一支座101上转动连接有螺纹连接有螺杆，螺杆的一端转动连接在第一拉索固定轴102上，可以进行手动调节距离。
63.所述旋转固定机构2包括第二支座201及设置在第二支座201上的第二拉索固定轴
202，所述第二支座201上设置有用于控制第二拉索固定轴202自转的转动机构。此处的转动机构为蜗轮蜗杆机构，第二拉索固定轴202设置在蜗轮蜗杆的输出端上，从而实现控制第二拉索固定轴202自转。
64.所述拉力固定机构1和旋转固定机构2之间设置有用于支撑拉索6的支撑组件7。
65.所述支撑组件7包括托索架701及铰接在托索架701上的托索臂702，所述托索架701上铰接有第三驱动机构703，此处的第三驱动机构703为气缸，所述第三驱动机构703的输出端铰接在托索臂702，并控制托索臂702在托索架701上摆动，从而实现托索臂702对拉索6的支撑或者脱离。此处托索臂702上安装有托索轴与拉索6接触。
66.还包括底座5，所述拉力固定机构1、旋转固定机构2、绕丝机构3和缠绕机构8均设置在底座5上，所述拉力固定机构1和旋转固定机构2均为可拆安装在底座5上。
67.一种使用如上述的复合材料拉索自动成型设备的成型方法，包括以下步骤：
68.s1、首先将绕丝机构3上的丝束固定于拉力固定机构1或者旋转固定机构2上；
69.s2、在成型时，控制绕丝机构3在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移，实现将丝束相互平铺并往复绕设在拉力固定机构1和旋转固定机构2上形成拉索6；
70.s3、在拉索6成型完成后，将绕丝机构3移出工位，然后再将缠绕机构8放置于拉索6的工位上；
71.s4、在缠绕时，控制第二控制机构控制缠绕机构8在拉力固定机构1和旋转固定机构2之间往复位移，并实现将丝束沿拉索6轴向位移并缠绕在拉索6上。拉索6的整个生产过程先由绕丝机构3对拉索6进行预成型，拉索6成型后，通过缠绕机构8对拉索表面进行缠绕，直至拉索6表面防护层缠绕完成，完成拉索6的生产。
72.上述复合材料拉索自动成型设备及其成型方法在安装时，将拉索6两端的金属接头安装在拉力固定机构1和旋转固定机构2上，此时绕丝机构3位于工位上，而缠绕机构8不在工位上，复合材料丝束盘安装在绕丝机构3的第一安装座303上，丝束通过绕丝机构3上第一出丝组件301的两个导丝轮，同时将丝束的一端固定其中一侧金属接头上，第一安装座303上可以安装丝径在0至10mm内的复合材料丝束，将丝束安装固定完成后，通过控制柜，进行编制操作，控制绕丝机构3进行绕丝工作，丝束在绕设到两个金属接头时，在通过绕丝机构3控制对丝束实现了平整出丝状态，不会出现打结，扭转丝束的问题，拉力固定机构1可以根据需求为拉索6加载十吨的拉力，对拉索6保持恒定拉力状态，旋转固定机构2可以根据对拉索6加载旋转力，对拉索6进行旋转扭转加捻；
73.成型时，第一控制机构处第二驱动机构的伺服电机启动并通过齿轮齿条在第一安装座303上滑动，也就是第一安装座303上的滑块11在底座5上的直线导轨10上滑动，同时第一出丝组件301的两个导轮转动并带动丝束平铺，丝束由拉力固定机构1上第一拉索固定轴102向旋转固定机构2的第二拉索固定轴202方向位移，当丝束绕设到旋转固定机构2的第二拉索固定轴202上时，通过第一安装座303上的第一位移机构处的伺服电机通过带轮机构带动第一出丝组件301在第一安装座303上一百八十度旋转，并使得第一出丝组件301由拉力固定机构1和旋转固定机构2的上方位移至拉力固定机构1和旋转固定机构2下方，再由第一控制机构处第二驱动机构的伺服电机启动并通过齿轮齿条在第一安装座303上滑动，当丝束绕设到拉力固定机构1的第一拉索固定轴102上时，通过第一安装座303上的第一位移机构处的伺服电机通过带轮机构带动第一出丝组件301在第一安装座303上再次一百八十度
旋转，并使得第一出丝组件301由拉力固定机构1和旋转固定机构2的下方位移至拉力固定机构1和旋转固定机构2上方，安装上述步骤不断循环将丝束绕设在第一拉索固定轴102和第二拉索固定轴202上并形成拉索6；
74.在丝束绕设过程中，随着丝束绕设越来越多，拉索6的中间段会出现下坠现象，此时可以根据需要启动支撑组件7处的第三驱动机构703，第三驱动机构703处的气缸在托索架701上转动并带动托索臂702上的托索轴与拉索6接触并支撑，当绕丝机构3经过时可以控制第三驱动机构703处气缸收缩，并使得托索臂702上的托索轴与拉索6脱离接触，绕丝机构3或者缠绕机构8避开支撑组件7；
75.拉索6成型后，根据相应要求对拉索6表面做保护层，及零件圆整度的需求情况下，先将绕丝机构3移出工位，再将缠绕机构8到拉索6中间位置，并将缠绕机构8移动到拉索6的工位上，保证拉索6在缠绕机构8的旋转空间中心，缠绕机构8安装到位后，先对拉索6通过缠绕机构8上的滚圆收紧装置进行滚圆处理，将零散状的拉索6压辊成圆形，拉索6滚圆处理后，人工固定丝束头，通过控制柜编程驱动缠绕机构8，对零件进行缠绕工作，直至完成拉索6表面防护层缠绕，拉索6防护层完成后打磨喷漆处理后完成合格成品，拉力固定机构1可以根据需求为拉索6加载十吨的拉力，对拉索6保持恒定拉力状态，旋转固定机构2可以根据对拉索6加载旋转力，对拉索6进行旋转扭转加捻；
76.缠绕时，缠绕机构8沿拉索6轴向运行工作，第二控制机构处第二驱动机构的伺服电机启动并通过齿轮齿条在第二安装座803上滑动，也就是第二安装座803上的滑块在底座5上的直线导轨10上滑动，同时第四驱动机构802处的伺服电机带动第二出丝组件801转动，并使第二出丝组件801的导丝辊轴围绕拉索6转动并带动丝束缠绕至拉索6上，安装上述步骤不断循环将丝束缠绕在拉索6上即可。
77.上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。