一種三維立體編織設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維立體編織設(shè)備，該設(shè)備包括三維編織預(yù)制件、成型裝置、齒輪式主動攜紗器，齒條式編織底盤，由直流電動機(jī)驅(qū)動齒輪式主動攜紗器上的齒輪，齒輪和編織機(jī)底盤上的齒條嚙合，使齒輪式主動攜紗器在底盤上運(yùn)行，帶動編織紗線完成三維預(yù)制件的編織作業(yè)。本發(fā)明利用自身攜帶的直流電動機(jī)提供攜紗器的驅(qū)動力，從而提高了齒輪式主動攜紗器的運(yùn)動，可以改善異形三維編織預(yù)制件的減紗和加紗難題，適用于各種三維編織預(yù)制件的制備。
【專利說明】一種三維立體編織設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維立體編織【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種三維立體編織設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]三維整體編織技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的高新紡織技術(shù)，具有異型件一次編織成型的特點(diǎn)。編織過程中，所有紗線同時參加織造，每根紗線按一定的規(guī)律運(yùn)動，從而相互交織在一起，形成一個三維整體織物。這種增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料具有輕質(zhì)、不分層、強(qiáng)度高、整體性能好和結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活等特點(diǎn)，為復(fù)合材料應(yīng)用于承載結(jié)構(gòu)提供了廣闊的前景，已在航天、航空、交通、化工、體育、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]1982年,Flornetine發(fā)明了稱為Mganawevae的編織機(jī),奠定了縱橫編織的技術(shù)基礎(chǔ)。從此，對縱橫編織技術(shù)和編織預(yù)型件的研究進(jìn)入一個新時期，80年代末至90年代中期出現(xiàn)了一個研究高潮，在編織模式、編織設(shè)備以及編織預(yù)制件的結(jié)構(gòu)和性能方面都取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。
[0004]三維編織復(fù)合材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性能，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于航天航空、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中的三維編織機(jī)主要有角導(dǎo)輪式和行列式兩種，其區(qū)別在于三維編織機(jī)的底盤，因此底盤也是決定三維編織機(jī)工作方式和性能的關(guān)鍵。角導(dǎo)輪式三維編織機(jī)在編織時，攜紗器是遵循相互連接的“數(shù)字8”的軌跡運(yùn)動；而行列式三維編織機(jī)采用是“二步法”和“四步法”進(jìn)行編織。
[0005]應(yīng)用于各種設(shè)備中的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件大多具有不規(guī)則的形狀，因此必須先得到與結(jié)構(gòu)件外形一致的三維異形編織預(yù)制件，再通過基體復(fù)合等技術(shù)得到需要的預(yù)制件。早期的三維異形編織預(yù)制件的制備是先得到規(guī)則的等截面預(yù)制件，再用機(jī)械后加工的方法得到需要的形狀，但這樣會使預(yù)制件表面的紗線發(fā)生斷裂或磨損，降低了預(yù)制件的整體力學(xué)性能。角導(dǎo)輪式三維編織機(jī)在編織變截面三維預(yù)制件時難以實(shí)現(xiàn)減紗和加紗，會造成預(yù)制件徑向厚度的不一致，因而三維異形編織預(yù)制件的織造中多使用行列式三維編織機(jī)。根據(jù)行列式的三維編織機(jī)的運(yùn)行方式衍生出一些減紗和加紗方法，但都無法便捷、有效地解決三維異形編織預(yù)制件的制造難題。究其原因，主要是受限于行列式三維編織機(jī)攜紗器的運(yùn)動形式。行列式三維編織機(jī)的攜紗器是以整行或者整列的形式運(yùn)行的，單個攜紗器無法實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動，因此當(dāng)三維編織預(yù)制件的截面積發(fā)生變化，需要適時地從編織區(qū)移出或者加入紗線是比較困難的。
[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，因此，研制一種能夠克服上述問題的三維立體編織設(shè)備，已成為急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三維立體編織設(shè)備，該設(shè)備采用機(jī)械式驅(qū)動結(jié)構(gòu)，一方面可以遵循齒輪式主動攜紗器的運(yùn)行模式，適用于三維異形編織預(yù)制件的制備，另一方面可以克服電磁式齒輪式主動攜紗器對加工精度和電磁兼容問題較為苛刻的要求。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采取如下方案:
[0009]一種三維立體編織設(shè)備，該設(shè)備包括三維編織預(yù)制件、成型裝置、齒輪式主動攜紗器，齒條式編織底盤，其特征在于:
[0010]齒輪式主動攜紗器上設(shè)置有四個直流電動機(jī)，其中，X軸方向上兩個直流電動機(jī)，Y軸方向兩個直流電動機(jī)，每個直流電動機(jī)分別驅(qū)動一對同軸的齒輪，齒輪式主動攜紗器直接放置于齒條組成的底盤上；
[0011]齒條式編織底盤采用單元模塊拼裝式結(jié)構(gòu)，由等間距排列的相互垂直的第一齒條和第二齒條構(gòu)成，第一齒條和第二齒條的齒距相等，在交叉區(qū)域，第一齒條和第二齒條正交形成的四棱錐陣列，第一齒條、第二齒條以及四棱錐陣列共同構(gòu)成了供齒輪式主動攜紗器運(yùn)行的縱橫交錯的導(dǎo)軌；
[0012]齒條式編織底盤的底座邊緣開有鍵槽，齒條式編織底盤上端是屋檐狀的突出，兩個單元模塊拼接后，中間形成的齒條間隙用作定位桿的移動通道，定位塊位于屋檐狀突出的下端，其直徑大于定位桿移動通道的間距。
[0013]優(yōu)選的，所述齒輪式主動攜紗器有四個直流電動機(jī)驅(qū)動齒輪，當(dāng)同一水平線上的兩個直流電動機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)時，另外兩個直流電動機(jī)不工作，其聯(lián)結(jié)的齒輪在齒槽內(nèi)以滑動的方式移動。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0015]I)齒輪式主動攜紗器采用由直流電動機(jī)帶動齒輪在齒條上滾動和滑動并行的驅(qū)動方式，與電磁式的驅(qū)動結(jié)構(gòu)相比更為可靠，零件的加工較為容易，且不用考慮電磁兼容帶來的各種問題。
[0016]2)齒輪齒條和定位裝置的組合不但可以克服攜紗器運(yùn)行過程中的“卡死”問題，也可以防止攜紗器由于編織紗在運(yùn)行中的拉拽力過大而脫離編織底盤。
[0017]3)底座的單元化模塊拼接時，由鍵槽和鍵連接，方便安裝和拆卸，而且可以有效地保證單元模塊連接的可靠程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為三維立體編織設(shè)備的整體圖；
[0019]圖2為三維立體編織設(shè)備中輪式主動攜紗器與底盤齒條的配合圖；
[0020]圖3為三維立體編織設(shè)備中齒輪式主動攜紗器的側(cè)視圖；
[0021]圖4為三維立體編織設(shè)備中齒輪式主動攜紗器的俯視圖；
[0022]圖5為三維立體編織設(shè)備中齒輪式主動攜紗器與編織機(jī)底盤側(cè)視圖；
[0023]圖6為三維立體編織設(shè)備中控制模塊連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0025]該三維立體編織設(shè)備的整體圖如圖1所示。在整體圖中，I為三維編織預(yù)制件，2為成型裝置，3為編織紗，4為齒輪式主動攜紗器，5為齒條式編織底盤。齒輪式主動攜紗器4上裝設(shè)有四個直流電動機(jī)，每個直流電動機(jī)分別驅(qū)動一對齒輪，總共有四對齒輪。每對齒輪都是同軸的，其中X軸方向上兩個直流電動機(jī)，Y軸方向兩個直流電動機(jī)。這樣一來，在每個維度上的運(yùn)動都有兩個直流電動機(jī)提供動力，齒輪式主動攜紗器4直接放置于齒條組成的底盤上，底盤上的兩組齒條等間距排列。
[0026]編織紗線由攜紗器攜帶，并且按預(yù)制件的橫截面形狀排列，攜紗器攜帶編織紗線沿著編織機(jī)的4個方向運(yùn)動，使編織紗線彼此相互交織。一個編織循環(huán)分為4步，攜紗器的每一步移動，只能沿橫向或者縱向步進(jìn)。第I步，攜紗器按行向交錯式步進(jìn)；第2步，攜紗器按列向交錯式步進(jìn)；第3步，攜紗器的步進(jìn)方向與第I步相反；同樣，第4步的攜紗器移動也與第2步相反。經(jīng)過4步，攜紗器的排列形式與初始時相同。一般情況下，每個編織循環(huán)過后。都有一個打緊紗線的過程，使得編織結(jié)構(gòu)更加緊湊。
[0027]輪式主動攜紗器與底盤齒條的配合圖如圖2所示。在圖2中，4為齒輪式主動攜紗器，5為齒條式編織底盤，51為與齒輪式主動攜紗器運(yùn)動方向平行的齒條，52為四棱錐整列，53為與齒輪式主動攜紗器運(yùn)動方向垂直的齒條?？v橫齒條的交叉處是由兩組齒條相切而形成齒條52的四棱錐陣列，設(shè)計成這種形狀的主要是為了使齒輪式主動攜紗器可以在交叉區(qū)域轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動。因?yàn)橐粋€維度上的齒輪與齒條形成滾動副的時候，另一個維度上的齒輪與齒條是形成滑動副，所以在齒條52的區(qū)域，原與齒條形成滾動副的齒輪變?yōu)榕c齒條組成滑動副，原與齒條形成滑動副的齒輪變?yōu)榕c齒條組形成滾動副，于是齒輪式主動攜紗器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動維度的切換。
[0028]齒輪式主動攜紗器的側(cè)視圖如圖3所示。在圖3中，411、413為同軸齒輪，42為電池與控制模塊，431、433為直流電動機(jī)，44為定位塊。
[0029]齒輪式主動攜紗器的俯視圖如圖4所示。在圖4中，411、412、413、414為同軸齒輪，42為電池與控制模塊，431、432、433、434為直流電動機(jī)。齒輪式主動攜紗器4上裝置著四對同軸齒輪411、412、413、414，分別由直流電動機(jī)431、432、433、434驅(qū)動。
[0030]齒條51上的齒槽與齒條53上的齒槽相互垂直，當(dāng)齒輪式主動攜紗器4在齒條51上運(yùn)動時，其上的同軸齒輪411、413與齒條51嚙合形成滾動副，而同軸齒輪412，同軸齒輪414在齒條51的齒槽中滑動，與齒條51形成滑動副，并起到定位的作用；當(dāng)齒輪式主動攜紗器4在齒條53上運(yùn)動時，其上的同軸齒輪411，同軸齒輪413在齒條53的齒槽中滑動，與齒條53形成滑動副，并起到定位的作用，同軸齒輪412，同軸齒輪414與齒條53嚙合形成滾動副。
[0031]齒輪式主動攜紗器與編織機(jī)底盤側(cè)視圖如圖5所示。在圖5中，45為定位桿，44為定位塊，53為鍵，54為鍵槽，57為齒條間隙。齒條式編織底盤5由外部輪廓呈正方形的單元模塊組成，為了使單元模塊方便安裝，底座的邊緣開有鍵槽54，鍵槽54中插入鍵53進(jìn)行聯(lián)結(jié)和固定。齒條式編織底盤5上端是屋檐狀的突出，兩個單元模塊拼接后，中間會形成一條齒條間隙57，齒條間隙57為定位桿45的移動通道；定位塊44位于屋檐狀突出的下端，其直徑大于定位桿45移動通道的間距，防止因?yàn)榫幙椉喞У牧α窟^大而使齒輪式主動攜紗器4脫離齒條式編織底盤5。
[0032]齒條式編織底盤5則由齒條51，齒條53和交叉區(qū)域的四棱錐陣列53構(gòu)成，齒條式編織底盤5采用的是拼裝式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)三維編織預(yù)制件截面積的要求，拼接成任意大小的網(wǎng)格狀平面。齒條51和齒條52的齒距相等，相互呈90度角。在交叉區(qū)域，是齒條51和齒條52正交形成的四棱錐陣列53，這種結(jié)構(gòu)是為了方便齒輪式主動攜紗器的運(yùn)動方向從一個維度轉(zhuǎn)換到另一個維度。齒條51，齒條53和四棱錐陣列53共同構(gòu)成了供齒輪式主動攜紗器運(yùn)行的縱橫交錯的導(dǎo)軌。齒輪式主動攜紗器4在齒條51上運(yùn)動時，其上的同軸齒輪411，同軸齒輪413與齒條51嚙合形成滾動副，而同軸齒輪412，同軸齒輪413在齒條51的齒槽中滑動，與齒條51形成滑動副，并起到定位的作用；當(dāng)齒輪式主動攜紗器4在齒條53上運(yùn)動時，其上的同軸齒輪411，同軸齒輪413在齒條53的齒槽中滑動，與齒條53形成滑動副，并起到定位的作用，同軸齒輪412，同軸齒輪414與齒條53嚙合形成滾動副。因此，當(dāng)直流電動機(jī)431、433驅(qū)動同軸齒輪411、413運(yùn)動時，直流電動機(jī)432、434不工作；同理，當(dāng)直流電動機(jī)432、434驅(qū)動同軸齒輪412、414運(yùn)動時，直流電動機(jī)431、433不工作。直流電動機(jī)431、432、433、434由電池和控制模塊42提供電源與控制策略，可以使齒輪式主動攜紗器4沿著齒條51或齒條53往復(fù)移動。由定位桿45和定位塊44組成的定位裝置卡在位于齒條51中心的間隙和齒條53中心的齒條間隙57中，用來防止齒輪式主動攜紗器4由于其上編織紗3的拉拽而脫離齒條式編織底盤5。當(dāng)多個齒輪式主動攜紗器4配合運(yùn)行時，便可以帶動編織紗3在齒條式編織底盤5的上方形成空間交織，最后在成型裝置2上編織出規(guī)定形狀的三維編織預(yù)制件I。
[0033]三維編織設(shè)備中對直流電動機(jī)431、432、433、434的控制采用的是PC機(jī)和控制模塊相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了三維整體編織的自動化生產(chǎn)過程，可自動編織多種不同截面形狀的預(yù)型件，三維立體編織設(shè)備中控制模塊連接示意圖如圖6所示。
[0034]在三維編織設(shè)備的4個方向上各設(shè)計安裝一個直流電動機(jī)，例如直流步進(jìn)電機(jī)，推動攜紗器攜帶編織紗線運(yùn)動。4個方向的直流電動機(jī)在某時刻只有兩個方向的電機(jī)在運(yùn)動。即當(dāng)東西方向的直流電動機(jī)運(yùn)行工作時，南北方向的直流電動機(jī)不工作，反之一樣。因此，設(shè)計采用了兩個驅(qū)動器驅(qū)動4臺直流電動機(jī)的方案，驅(qū)動器與電機(jī)間通過使用繼電器作為轉(zhuǎn)向控制，經(jīng)過4步，完成一個編織循環(huán)，電機(jī)回到原位，而攜紗器的排列形式與初始時相同，再依次執(zhí)行下去。
[0035]齒輪式主動攜紗器上還包括有控制模塊、驅(qū)動模塊、繼電器、PLC單元以及接口?？刂颇K完成對電機(jī)的管理和控制，是PC主機(jī)與機(jī)械裝置的接口，控制模塊選取了日本SEEK公司推出的AS-49PC-4運(yùn)動控制卡，驅(qū)動器采用ZETA4-240型驅(qū)動器，AS-49PC-4卡是一塊4軸PCI總線運(yùn)動控制卡，可以實(shí)現(xiàn)4軸PCI總線運(yùn)動控制，適用于脈沖信號控制的伺月艮、步進(jìn)和直流等電機(jī)的定位和速度，可直接從CPU實(shí)現(xiàn)控制?？刂颇K的最高輸出頻率可達(dá)4.9MHz，使用同步啟動功能，可以0.0023*10_6的脈沖速率進(jìn)行最佳直線插補(bǔ)。每軸均可輸出脈沖和方向信號以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，可外接原點(diǎn)、原點(diǎn)前、減速、限位等開關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能，這些開關(guān)信號由AS-49PC-4卡自動檢測并作出反應(yīng)。AS-49PC-4運(yùn)動控制卡與驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)連接，主要任務(wù)是產(chǎn)生脈沖和方向信號，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，使編織機(jī)按照編織工藝文件執(zhí)行編織動作。
[0036]在三維編織設(shè)備的控制中，由PC機(jī)指令控制模塊控制編織過程。控制模塊作為電機(jī)上位控制單元，與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互接口的管理和實(shí)時監(jiān)控等方面的工作，包括鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等?？刂颇K完成運(yùn)動控制的所有細(xì)節(jié)，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號的檢測等等。
[0037]本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三維立體編織設(shè)備，該設(shè)備包括三維編織預(yù)制件、成型裝置、齒輪式主動攜紗器，齒條式編織底盤，其特征在于: 齒輪式主動攜紗器上設(shè)置有四個直流電動機(jī)，其中，X軸方向上兩個直流電動機(jī)，Y軸方向兩個直流電動機(jī)，每個直流電動機(jī)分別驅(qū)動一對同軸的齒輪，齒輪式主動攜紗器直接放置于齒條組成的底盤上； 齒條式編織底盤采用單元模塊拼裝式結(jié)構(gòu)，由等間距排列的相互垂直的第一齒條和第二齒條構(gòu)成，第一齒條和第二齒條的齒距相等，在交叉區(qū)域，第一齒條和第二齒條正交形成的四棱錐陣列，第一齒條、第二齒條以及四棱錐陣列共同構(gòu)成了供齒輪式主動攜紗器運(yùn)行的縱橫交錯的導(dǎo)軌； 齒條式編織底盤的底座邊緣開有鍵槽，齒條式編織底盤上端是屋檐狀的突出，兩個單元模塊拼接后，中間形成的齒條間隙用作定位桿的移動通道，定位塊位于屋檐狀突出的下端，其直徑大于定位桿移動通道的間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維編織設(shè)備，其特征在于:所述齒輪式主動攜紗器有四個直流電動機(jī)驅(qū)動齒輪，當(dāng)同一水平線上的兩個直流電動機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)時，另外兩個直流電動機(jī)不工作，其聯(lián)結(jié)的齒輪在齒槽內(nèi)以滑動的方式移動。
【文檔編號】D03D51/00GK103911744SQ201410130876
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】吳世林, 李政寧, 汪峰, 楊軍 申請人:吳世林