一种金属衬垫双向缠绕机构、一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及航空发动机零部件制造技术领域，特别涉及一种金属衬垫双向缠绕机构、一体化装置及方法。

背景技术

航空发动机外部管路的装夹固定都是由卡箍紧固件完成的，金属衬垫为紧固件重要组成部分，金属衬垫零件特点是种类多、尺寸不一，并且每年需要零件数量较大。

金属衬垫的加工中一重要工序是螺旋弹簧缠绕，螺旋弹簧要求在板形胎夹具上缠绕4层，相邻的两层缠绕方向应交叉并符合图纸中X和Y的箭头所指方向，比如，第一层向Y方向缠绕，Y方向缠绕满一层后，换方向进行X方向缠绕，X方向缠绕满一层后，再换方向进行X方向缠绕，如此反复，直到弹簧丝全部缠绕完成，而且，缠绕时保证螺旋弹簧每圈之间间隔0.8-1.5mm。传统的加工方式是人工将弹簧缠绕在模具上，不仅加工速度满足不了生产，缠绕时螺旋弹簧每圈之间间隔0.8-1.5mm也因人而异、满足不了零件的一致性，稳定性差。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种金属衬垫双向缠绕机构、一体化装置及方法，其能够实现金属衬垫加工中自动双向缠绕功能及送料、移料、下料，保证金属衬垫加工的一致性及性能稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种金属衬垫双向缠绕机构，包括：

位于模具上方并且依次连接的上移动副、上旋转副和上抓手；

位于模具下方并且依次连接的下移动副、下旋转副和下抓手；

位于模具左侧并且依次连接的左移动副、左旋转副和左抓手；以及

位于模具右侧并且依次连接的右移动副、右旋转副和右抓手。

进一步的，所述上移动副、下移动副、左移动副和右移动副均分别采用螺母丝杠结构，所述螺母丝杠结构包括丝杠、套设在丝杠外部的螺母以及与螺母固连的滑块，所述滑块沿滑轨滑动；所述上旋转副、下旋转副、左旋转副和右旋转副均分别包括电机以及与电机输出轴连接的转盘，所述转盘与对应的抓手固连。

进一步的，所述上抓手、下抓手、左抓手和右抓手均分别设置有两个。

一种金属衬垫双向缠绕一体化装置，包括框架以及设置于框架的上料输送机构、移动送料机构、下料机构和上述金属衬垫双向缠绕机构；

所述上料输送机构包括套设在主动轴和被动轴外部的两条平行设置的同步带，两条同步带之间设置有若干个均与主动轴平行的弹簧固定板，所述弹簧固定板上设置有弹簧固定槽，用于放置螺旋弹簧；

所述移动送料机构包括固设于框架两侧的两个X向滑道，两个X向滑道上滑动连接有Z向滑道，Z向滑道可沿X向滑道移动；所述Z向滑道上滑动连接有至少两个Y向滑道，Y向滑道可沿Z向滑道移动；所述Y向滑道上滑动连接有直角坐标机械手，直角坐标机械手可沿Y向滑道移动。

进一步的，所述下料机构包括滑板槽以及位于滑板槽下方的接料箱，所述滑板槽固定于框架。

进一步的，所述主动轴设置有一个，所述主动轴外套设有两个主动轮，每个主动轮的位置与每条同步带对应，以带动同步带转动；所述被动轴设置有三个，每个被动轴外均套设有两个被动轮，同一个被动轴上每个被动轮的位置与每条同步带对应，以带动同步带转动。

进一步的，所述弹簧固定槽为长条状结构，其两端设置有抓取槽，人工摆放时将螺旋弹簧的两端放置在弹簧固定槽两端的抓取槽内，直角坐标机械手抓取螺旋弹簧时直接抓取抓取槽内螺旋弹簧的两端，提高工作效率和稳定性。

一种金属衬垫双向缠绕方法，采用上述金属衬垫双向缠绕一体化装置，包括如下步骤：

S1、操作人员在框架外将螺旋弹簧逐个放置到上料输送机构的弹簧固定槽内，上料输送机构将螺旋弹簧运送到框架内；

S2、Z向滑道沿X向滑道向上料输送机构方向移动，两个直角坐标机械手从上料输送机构上抓取一个螺旋弹簧的两端；两个Y向滑道沿Z向滑道相背移动，使两个Y向滑道上的两个直角坐标机械手将螺旋弹簧拉长到设定节距；Z向滑道沿X向滑道向金属衬垫双向缠绕机构方向移动，然后两个直角坐标机械手分别沿两个Y向滑道向下移动，将螺旋弹簧送至模具的中心位置，螺旋弹簧沿Z方向设置；

S3、金属衬垫双向缠绕机构控制模具分别沿X、Y两个方向旋转实现螺旋弹簧相交叉缠绕，具体包括：

S3.1、使上抓手、下抓手、左抓手和右抓手均夹紧模具；

S3.2、左抓手和右抓手均松开模具，并且左移动副带动左抓手向左移动，右移动副带动右抓手向右移动；然后上旋转副和下旋转副同时带动上抓手、下抓手以及模具以Y轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧缠绕满一层，停止旋转，即缠绕完第一层；

S3.3、左移动副带动左抓手向右移动，右移动副带动右抓手向左移动，并且左抓手和右抓手均夹紧模具；然后，上抓手和下抓手均松开模具，并且上移动副带动上抓手向上移动，下移动副带动下抓手向下移动；接下来，左旋转副和右旋转副同时带动左抓手、右抓手以及模具以X轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧缠绕完满一层，停止旋转，即缠绕完第二层；

S3.4、上移动副带动上抓手向下移动，下移动副带动下抓手向上移动，并且上抓手和下抓手均夹紧模具；然后，左抓手和右抓手均松开模具，并且左移动副带动左抓手向左移动，右移动副带动右抓手向右移动；接下来，上旋转副和上旋转副同时带动上抓手、上抓手以及模具以Y轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧缠绕满一层，停止旋转，即缠绕完第三层；

S3.5、重复上述步骤S3.3和S3.4，直到缠绕完设定层数，完成金属衬垫的螺旋弹簧缠绕工序；

S4、螺旋弹簧缠绕完成后，两个直角坐标机械手夹持金属衬垫，将金属衬垫送到下料机构；

S5、重复上述S2-S4，进行下一个金属衬垫的螺旋弹簧缠绕工序，按此循环，直到全部金属衬垫加工结束。

进一步的，所述步骤S2中，螺旋弹簧的设定节距为0.8-1.5mm。

进一步的，所述螺旋弹簧的丝的直径0.09mm。

本发明的有益效果：

1)本发明结构巧妙，操作快速、简单方便，实用性强；

2)本发明的金属衬垫双向缠绕机构在金属衬垫加工中起到至关重要的作用，保证加工产品的多样性，性能稳定性；

3)本发明通过4个移动副、4个旋转副及8个抓手使模具在位置不变的情况下实现螺旋弹簧在X、Y两个方向相交叉缠绕，保证X、Y两个方向的缠绕层数及螺旋弹簧每圈之间间隔0.8-1.5mm的尺寸，保证零件的一致性，稳定性。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕机构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕机构抓紧模具的四个部分的示意图；

图3是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕机构将模具的四个部分组合成整体模具的示意图；

图4是本发明实施例提供的上抓手和下抓手抓紧模具的示意图；

图5是本发明实施例提供的左抓手和右抓手抓紧模具的示意图；

图6是本发明实施例提供的模具的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕一体化装置的结构示意图一；

图8是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕一体化装置的结构示意图二；

图9是本发明实施例提供的金属衬垫双向缠绕一体化装置的俯视示意图；

图10是本发明实施例提供的移动送料机构和金属衬垫双向缠绕机构的安装示意图；

图11是本发明实施例提供的上料输送机构的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的弹簧固定板的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-金属衬垫双向缠绕机构，2-模具，3-上移动副，4-上旋转副，5-上抓手，6-下移动副，7-下旋转副，8-下抓手，9-左移动副，10-左旋转副，11-左抓手，12-右移动副，13-右旋转副，14-右抓手，15-丝杠，16-滑块，17-滑轨，18-转盘，19-安装板，20-伺服电机，21-框架，22-上料输送机构，23-主动轴，24-被动轴，25-同步带，26-弹簧固定板，27-弹簧固定槽，28-螺旋弹簧，29-X向滑道，30-Z向滑道，31-Y向滑道，32-直角坐标机械手，33-滑板槽，34-接料箱，35-抓取槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图6所示，本发明提供了一种金属衬垫双向缠绕机构1，包括：

位于模具2上方并且依次连接的上移动副3、上旋转副4和上抓手5；

位于模具2下方并且依次连接的下移动副6、下旋转副7和下抓手8；

位于模具2左侧并且依次连接的左移动副9、左旋转副10和左抓手11；以及

位于模具2右侧并且依次连接的右移动副12、右旋转副13和右抓手14。

上移动副3、下移动副6、左移动副9和右移动副12均分别采用螺母丝杠结构，螺母丝杠结构包括丝杠15、套设在丝杠15外部的螺母以及与螺母固连的滑块16，滑块16沿滑轨17滑动；上旋转副4、下旋转副7、左旋转副10和右旋转副13均分别包括电机以及与电机输出轴连接的转盘18，转盘18与对应的抓手固连。具体的，上移动副3的滑块16与上旋转副4的电机固连，上移动副3的丝杠15转动使滑块16沿滑轨17上下移动带动上旋转副4上下移动，上旋转副4的转盘18与两个上抓手5固连，上旋转副4的电机带动转盘18转动进而带动上抓手5旋转；下移动副6的丝杠15转动使滑块16与下旋转副7的电机固连，下移动副6的滑块16沿滑轨17上下移动带动下旋转副7上下移动，下旋转副7的转盘18与两个下抓手8固连，下旋转副7的电机带动转盘18转动进而带动下抓手8旋转；左移动副9的滑块16与左旋转副10的电机固连，左移动副9的丝杠15转动使滑块16沿滑轨17左右移动带动左旋转副10左右移动，左旋转副10的转盘18与两个左抓手11固连，左旋转副10的电机带动转盘18转动进而带动左抓手11旋转；右移动副12的丝杠15转动使滑块16与右旋转副13的电机固连，右移动副12的滑块16沿滑轨17左右移动带动右旋转副13左右移动，右旋转副13的转盘18与两个右抓手14固连，右旋转副13的电机带动转盘18转动进而带动右抓手14旋转。本实施例中，螺母丝杠结构的丝杠15和滑轨17均固设在安装板19上，安装板19固定在框架21上，各个螺母丝杠结构中丝杠15的转动均分别通过固定在安装板19上的伺服电机20带动。

上抓手5、下抓手8、左抓手11和右抓手14均分别设置有两个，抓手采用现有技术，以实现抓紧和松开模具2。

本发明中，模具2由四个部分组成，分别由上抓手5、下抓手8、左抓手11和右抓手14抓紧，便于模具2的组合和分开，刚开始，上抓手5、下抓手8、左抓手11和右抓手14每个抓手抓住模具2的一部分，然后一起送到金属衬垫双向缠绕机构1的中部组成整体模具2，然后再通过上抓手5和下抓手8抓紧实现以Y轴为轴线进行旋转缠绕以及通过左抓手11和右抓手14抓紧实现以X轴为轴线进行旋转缠绕。

如图7至图12所示，本发明还提供了一种金属衬垫双向缠绕一体化装置，包括框架21以及设置于框架21的上料输送机构22、移动送料机构、下料机构和上述金属衬垫双向缠绕机构1；

上料输送机构22包括套设在主动轴23和被动轴24外部的两条平行设置的同步带25，两条同步带25之间设置有若干个均与主动轴23平行的弹簧固定板26，弹簧固定板26上设置有弹簧固定槽27，用于放置螺旋弹簧28；

移动送料机构包括固设于框架21两侧的两个X向滑道29，两个X向滑道29上滑动连接有Z向滑道30，Z向滑道30可沿X向滑道29移动；Z向滑道30上滑动连接有至少两个Y向滑道31，Y向滑道31可沿Z向滑道30移动，Y向滑道31上滑动连接有直角坐标机械手32，直角坐标机械手32可沿Y向滑道31移动。直角坐标机械手32用于将上料输送机构22弹簧固定槽27里的螺旋弹簧28取下、拉长并运送到模具2的中部，最后将螺旋弹簧28缠绕完成后的金属衬垫送到下料结构。

下料机构包括滑板槽33以及位于滑板槽33下方的接料箱34，滑板槽33固定于框架21。直角坐标机械手32将螺旋弹簧28缠绕完成后的金属衬垫送到滑板槽33，金属衬垫沿滑板槽33滑到接料箱34内。

主动轴23设置有一个，主动轴23套设有两个主动轮，每个主动轮的位置与每条同步带25对应，以带动同步带25转动；被动轴24设置有三个，每个被动轴24均设置有两个被动轮，同一个被动轴24上每个被动轮的位置与每条同步带25对应，以带动同步带25转动。本实施例中，上料输送机构22固设于框架21，主动轴23与电机连接，通过电机带动主动轴23转动使同步带25和弹簧固定板26移动将螺旋弹簧28运送到框架21内，操作人员在框架21外侧将螺旋弹簧28放置到上料输送机构22上，通过上料输送机构22将螺旋弹簧28送到框架21内部，保证了操作人员的安全，而且上料输送机构22能够成批量的输送螺旋弹簧28，提高了工作效率，减轻的人力，避免一个一个的上料。

弹簧固定槽27为长条状结构，其两端设置有抓取槽35，人工摆放时将螺旋弹簧28的两端放置在弹簧固定槽27两端的抓取槽35内，直角坐标机械手32抓取螺旋弹簧28时直接抓取抓取槽35内螺旋弹簧28的两端，提高工作效率和稳定性。

一种金属衬垫双向缠绕方法，采用上述金属衬垫双向缠绕一体化装置，包括如下步骤：

S1、操作人员在框架21外将螺旋弹簧28逐个放置到上料输送机构22的弹簧固定槽27内，上料输送机构22将螺旋弹簧28运送到框架21内；

S2、Z向滑道30沿X向滑道29向上料输送机构22方向移动，两个直角坐标机械手32从上料输送机构22上抓取一个螺旋弹簧28的两端；两个Y向滑道31沿Z向滑道30相背移动，使两个Y向滑道31上的两个直角坐标机械手32将螺旋弹簧28拉长到设定节距；Z向滑道30沿X向滑道29向金属衬垫双向缠绕机构1方向移动，然后两个直角坐标机械手32分别沿两个Y向滑道31向下移动，将螺旋弹簧28送至模具2的中心位置，并沿Z方向设置；

S3、金属衬垫双向缠绕机构1控制模具2分别沿X、Y两个方向旋转实现螺旋弹簧28相交叉缠绕，具体包括：

S3.1、使上抓手5、下抓手8、左抓手11和右抓手14均夹紧模具2；

S3.2、左抓手11和右抓手14均松开模具2，并且左移动副9带动左抓手11向左移动，右移动副12带动右抓手14向右移动；然后上旋转副4和下旋转副7同时带动上抓手5、下抓手8以及模具2以Y轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧28缠绕满一层，停止旋转，即缠绕完第一层；

S3.3、左移动副9带动左抓手11向右移动，右移动副12带动右抓手14向左移动，并且左抓手11和右抓手14均夹紧模具2；然后，上抓手5和下抓手8均松开模具2，并且上移动副3带动上抓手5向上移动，下移动副6带动下抓手8向下移动；接下来，左旋转副10和右旋转副13同时带动左抓手11、右抓手14以及模具2以X轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧28缠绕完满一层，停止旋转，即缠绕完第二层；

S3.4、上移动副3带动上抓手5向下移动，下移动副6带动下抓手8向上移动，并且上抓手5和下抓手8均夹紧模具2；然后，左抓手11和右抓手14均松开模具2，并且左移动副9带动左抓手11向左移动，右移动副12带动右抓手14向右移动；接下来，上旋转副4和上旋转副4同时带动上抓手5、上抓手5以及模具2以Y轴为轴线进行旋转，直到螺旋弹簧28缠绕满一层，停止旋转，即缠绕完第三层；

S3.5、重复上述步骤S3.3和S3.4，直到缠绕完设定层数，完成金属衬垫的螺旋弹簧28缠绕工序；

S4、螺旋弹簧28缠绕完成后，两个直角坐标机械手32夹持金属衬垫，将金属衬垫送到下料机构；

S5、重复上述S2-S4，进行下一个金属衬垫的螺旋弹簧28缠绕工序，按此循环，直到全部金属衬垫加工结束。

步骤S2中，螺旋弹簧28的设定节距为0.8-1.5mm。

螺旋弹簧28的丝的直径0.09mm。

本发明中，螺旋弹簧28可以成批量逐个放置到上料输送机构22的弹簧固定槽27内，操作人员放置完一批后，金属衬垫双向缠绕一体化装置可以工作一段时间，不用一直进行放置螺旋弹簧28的工作，节省了人力。通过控制旋转副的旋转速度保证X、Y两个方向的每层的缠绕圈数，保证零件的一致性和稳定性。两个直角坐标机械手32夹持螺旋弹簧28缠绕完成后的金属衬垫，沿着由Y向滑道31、Z向滑道30和X向滑道29移动，将金属衬垫送到下料机构的滑板槽33内。

本发明在实际使用时，缠绕第一层螺旋弹簧28时，缠绕一半后停止旋转，通过直角坐标机械手32将螺旋弹簧28的一端送入已缠绕好的螺旋弹簧28内，进行收丝；缠绕完最后一层螺旋弹簧28后，再通过直角坐标机械手32将螺旋弹簧28的另一端送入已缠绕好的螺旋弹簧28内，进行收丝。

本发明在实际使用时，可以加入现有技术中的控制系统，对整个金属衬垫双向缠绕一体化装置的工作过程进行控制，代替人工实现自动化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。