專利名稱：鋪放頭裝置的制作方法
鋪放頭裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維鋪放設備，特別是涉及一種碳纖維鋪放設備的鋪放頭裝置。
背景技術：
復合材料纖維鋪放成型技術是作為對纖維纏繞和自動鋪帶技術的改革而發(fā)展起來的一種全自動復合材料加工技術。纖維纏繞設備中只有與之相關的出絲口，不具備鋪放頭的功能，也就局限了纖維纏繞設備只能針對回轉體制品，最終是將絲束纏繞在回轉體制品上；傳統(tǒng)的含有較大型平面的回轉體都采用手工鋪放制造，其生產(chǎn)效率非常低，制品質量 也不穩(wěn)定。碳纖維鋪放設備理論上可以鋪放任意型面的芯模，鋪放頭自身要完成絲束的導向、夾緊、重送、剪切、加熱集合與施壓，最終將絲束鋪放在芯模表面。在現(xiàn)有技術中，對芯模的局限性比較大，纖維纏繞技術只適用于回轉體制品，對于大型帶有平面的回轉體制品一般采用手工鋪放，不能完成復雜曲面、變厚度、加筋等成型問題，成型效率不高、制品質量不穩(wěn)定。

發(fā)明內容鑒于上述狀況，有必要提供一種鋪放效率高、質量穩(wěn)定的鋪放頭裝置。一種鋪放頭裝置，具有絲束通道，包括導向模塊，用于將絲束傳送到絲束通道內；夾緊模塊，在剪切之前將所述絲束夾緊；重送模塊，用于傳送所述絲束；剪切模塊，剪切所述絲束；施壓模塊，將所述絲束壓緊在制品表面；及 加熱集合模塊，用于加熱所述絲束并集合所述絲束。進一步地，所述夾緊模塊包括夾緊氣缸、夾緊連桿、壓緊塊，所述夾緊氣缸為無桿氣缸，所述夾緊連桿的兩端分別與所述夾緊氣缸的活塞及所述壓緊塊可轉動連接，所述夾緊氣缸帶動所述夾緊連桿，所述夾緊連桿推動所述壓緊塊，將所述絲束壓緊在所述絲束通道上。進一步地，所述夾緊模塊包括夾緊氣缸、夾緊連桿、壓緊塊；所述夾緊氣缸為有桿式氣缸，所述夾緊連桿采用杠桿式增力機構；所述夾緊連桿的兩端分別與所述夾緊氣缸的伸縮桿及所述壓緊塊可轉動連接。進一步地，所述重送模塊包括重送氣缸、重送連桿、重送壓輥、主動輪、重送電機；所述重送氣缸為無桿氣缸；所述重送連桿的兩端分別與所述重送氣缸的活塞及所述重送壓輥可轉動連接；所述重送氣缸驅動所述重送連桿轉動，所述重送連桿帶動所述重送壓輥朝向所述主動輪運動；所述重送電機驅動所述主動輪轉動，所述主動輪與所述重送壓輥相對設置。
進一步地，所述重送模塊包括重送氣缸、重送連桿、重送壓輥、主動輪、重送電機；所述重送氣缸為有桿式氣缸，所述重送連桿采用杠桿增力機構；所述重送連桿的兩端分別與所述重送氣缸的伸縮桿及所述重送壓輥可轉動連接；所述重送氣缸驅動所述重送連桿轉動，所述重送連桿帶動所述重送壓輥朝向所述主動輪運動；所述重送電機驅動所述主動輪轉動，所述主動輪與所述重送壓輥相對設置。進一步地，所述剪切模塊包括剪切氣缸、剪切連桿、導向塊、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切氣缸為無桿氣缸；所述剪切連桿的兩端分別與所述剪切氣缸的活塞及所述導向塊可轉動連接；所述下切刀固定于所述導向塊，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切氣缸驅動所述剪切連桿轉動，所述剪切連桿帶動所述導向塊朝向所述上切刀滑動，使所述下切刀與所述上切刀相抵接。進一步地，所述剪切模塊包括剪切氣缸、剪切連桿、導向塊、下切刀、上切刀及固定 座；所述剪切氣缸為有桿式氣缸，所述剪切連桿采用杠桿增力機構；所述剪切連桿的兩端分別與所述剪切氣缸的伸縮桿及所述導向塊可轉動連接；所述下切刀固定于所述導向塊，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切氣缸驅動所述剪切連桿轉動，所述剪切連桿帶動所述導向塊朝向所述上切刀滑動，使所述下切刀與所述上切刀相抵接。進一步地，所述施壓模塊包括施壓氣缸和壓輥，所述施壓氣缸驅動所述壓輥，所述壓輥將所述絲束壓緊在制品表面；所述壓輥可繞軸旋轉。進一步地，所述施壓模塊包括施壓氣缸、施壓連桿、箱體以及壓輥；所述施壓氣缸為無桿氣缸；所述壓輥可繞轉軸旋轉，所述壓輥的轉軸固定于所述箱體上；所述施壓連桿的兩端分別與所述施壓氣缸的活塞及所述箱體固定連接；所述壓輥將所述絲束壓緊在制品表面；所述導向模塊、夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊以及加熱集合模塊固定在所述箱體內。進一步地，所述加熱集合模塊包括第一路絲束通道、第二路絲束通道、第三路絲束通道、第四路絲束通道、出絲口及加熱裝置，所述加熱裝置設于所述出絲口。上述鋪放頭裝置通過各個功能模塊的配合，可單獨控制各路絲束，以完成復雜曲面、變厚度、加筋等成型問題，以提高制品質量而穩(wěn)定鋪放質量，并且，采用機械化作業(yè)提高了鋪放效率。


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圖12為圖8所示的鋪放頭裝置的剪切模塊的原理示意圖；圖13為圖8所示的鋪放頭裝置的施壓模塊的原理示意圖。
具體實施方式為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容的理解更加透徹全面。需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上·或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。本發(fā)明為七自由度的碳纖維鋪放設備提供一種鋪放頭裝置，該鋪放頭裝置可以完成絲束的導向、夾緊、重送、剪切、加熱集合以及施壓。該鋪放頭裝置包括導向模塊、夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊、加熱集合模塊、施壓模塊，絲束依次通過上述模塊，通過碳纖維鋪放設備的手臂與手腕的位置與姿態(tài)控制，最終由施壓模塊將絲束壓緊在芯模表面，完成制品成型。本發(fā)明的鋪放頭裝置通過模塊化的設計，大大簡化了鋪放頭裝置的結構，每路絲束都可以單獨控制，都可以完成絲束的夾緊、重送和剪切的動作，絲束重送成功率較大，理論可以針對任意形狀的制品進行鋪放。請參閱圖1，實施方式一的鋪放頭裝置包括導向模塊110、夾緊模塊120、重送模塊130、剪切模塊140、加熱集合模塊150、施壓模塊160、絲束通道170、通風口 180以及氣源裝置 190。導向模塊110主要起絲束101導向作用，使絲束101能夠順利進入絲束通道170 ；夾緊模塊120起到夾緊絲束101的作用，當某一路絲束需要剪斷，在剪切模塊140動作之前，夾緊模塊120將絲束夾緊，防止絲束101在張力作用下彈回；重送模塊130起到運輸送料的作用；剪切模塊140起到剪切絲束101的作用，當某一路絲束需要剪斷，剪切模塊140動作；施壓模塊150起到將絲束壓緊在制品表面的作用；加熱集合模塊160起到加熱、集合絲束的作用，絲束101通過加熱具有一定的粘性，集合在一起后由施壓模塊150壓緊在制品表面。請參閱圖2，絲束101 —次經(jīng)過導向模塊110、夾緊模塊120、重送模塊130、剪切模塊140，經(jīng)過加熱集合模塊150后，絲束101具有一定的粘性，最終由施壓模塊160將絲束101壓緊在芯模表面上。通風口 180與絲束通道170相連通。氣源裝置190用于給各個功能模塊的氣缸充氣。鋪放頭裝置100的夾緊模塊120、重送模塊130和剪切模塊140的動力源全部采用無桿氣缸，由無桿氣缸驅動連桿機構，執(zhí)行所要完成的動作。由于無桿氣缸自身比較緊湊，所以大大簡化了鋪放頭裝置100內部的結構，減輕了鋪放頭裝置100的自身重量，使鋪放工
作更具可靠性。導向模塊110改變絲束101的運動方向，使絲束101能夠順利進入絲束通道170內。具體在本實施例中，導向模塊110包括設于絲束通道170的輸入口的傳送輪，該傳送輪可旋轉。在其他實施方式中，導向模塊110也可為傳送帶、傳送滾軸等。請參閱圖3，夾緊模塊120包括夾緊氣缸121、夾緊連桿122、壓緊塊123。夾緊連桿121的兩端分別與夾緊氣缸121的活塞及壓緊塊123可轉動連接。當需要夾緊絲束101時，夾緊氣缸121動作帶動夾緊連桿122，推動壓緊塊123，將絲束101壓緊在絲束通道170上；當需要松開絲束101時，對夾緊氣缸121換向即可。夾緊模塊120采用無桿氣缸作為動力源方式，優(yōu)化了結構。請參閱圖4，重送模塊130包括重送氣缸131、重送連桿132、重送壓輥133、主動輪134、重送電機135。重送連桿132的兩端分別與重送氣缸131的活塞及重送壓輥133可轉動連接，重送氣缸131驅動重送連桿132轉動，重送連桿132帶動重送壓輥133朝向主動輪134運動。重送氣缸131為無桿氣缸。重送電機135驅動主動輪134轉動，主動輪134與重送壓輥133相對設置，且可分別抵壓絲束101的兩側。重送模塊130主要完成絲束101的送料功能。當需要增加某一路絲束時，重送氣缸131驅動重送壓輥133將絲束101壓到主動輪134上，同時，通風口 1801通風，且氣流方向與運送絲束101的方向相同，絲束101在主動輪134與重送壓輥133的擠壓以及風力作用下向前運動，最終到達制品表面。重送模塊130采用無桿氣缸驅動重送壓輥133，節(jié)省了空間。請參閱圖5，剪切模塊140包括剪切氣缸141、剪切連桿142、導向塊143、下切刀144、上切刀145及固定座146。剪切氣缸141為無桿氣缸。剪切連桿142的兩端分別與剪切氣缸141的活塞及導向塊143可轉動連接。下切刀144固定于導向塊143，上切刀145固定于固定座146。剪切氣缸141驅動剪切連桿142轉動，剪切連桿142帶動導向塊143朝向上切刀145滑動，使下切刀144與上切刀145相抵接。在鋪放零件的局部結構或者結束一次鋪放的位置，鋪放工藝要求絲束101部分切斷或者全部切斷，此時，剪切模塊140工作。剪切氣缸141驅動剪切連桿142帶動下切刀144將絲束101剪斷。剪切模塊140采用無桿氣缸，節(jié)省鋪放頭裝置100內部的空間。請參閱圖6，加熱集合模塊150包括相互平行的第一路絲束通道151、第二路絲束通道152、第三路絲束通道153、第四路絲束通道154、出絲口 155及加熱裝置(圖未示)。加熱裝置在出絲口 155處布置。絲束101進過導向模塊110、夾緊模塊120、重送模塊130、剪切模塊140，在加熱集合模塊150中集合成多束絲束緊密排列的絲帶。絲束101在加熱之前處于低粘度或者基本無粘性狀態(tài)，以確保絲束101能夠在絲束通道170內順利通過并且到達施壓模塊160。絲束101經(jīng)過加熱裝置加熱后具有一定粘性，確保絲帶能夠緊貼制品型面。請參閱圖7，施壓模塊160包括施壓氣缸161、施壓連桿162、箱體163以及壓輥164。壓棍164可以繞軸旋轉,壓棍164的轉軸固定于箱體163上。施壓氣缸161為無桿氣缸。施壓連桿162的兩端分別與施壓氣缸161的活塞及箱體163固定連接。絲束101到達壓輥164后，施壓氣缸161施加一定的壓力將絲束101壓緊在制品表面，對鋪層起到鋪平壓實、層間連接和排除空氣的作用，以消除內層纖維在寬度方向上的間隙，同時控制施壓氣缸161的氣壓達到控制壓輥壓力的目的。導向模塊110、夾緊模塊120、重送模塊130、剪切模塊140以及加熱集合模塊150固定在箱體163內，隨施壓氣缸161的活塞在施壓方向上小范圍上下運動。本實施方式中，絲束101與加熱集合模塊的出絲口之間的距離固定，絲束不可控部分的長度不變，易于絲束的重送控制。請參閱圖1至圖7，鋪放頭裝置100的工作原理如下，開啟重送電機135，帶動主動輪134傳動，如果絲束101被夾緊則對夾緊氣缸121換向松開絲束101，再開啟重送氣缸131，通過重送連桿132使從動輪133壓到主動輪134上，擠壓絲束101運動，絲束101到達壓輥164下，施壓氣缸161將絲束101壓在制品表面上，對重送氣缸1321換向，從動輪133抬起。當需要剪切時，啟動夾緊氣缸121夾緊絲束101，之后再啟動剪切氣缸141，對絲束101實施剪切動作，動作完成后對剪切氣缸141進行換向，收回下切刀144，進行下一輪鋪放，上述動作循環(huán)進行。上述鋪放頭裝置100通過各個功能模塊的配合，可單獨控制各路絲束，以完成復雜曲面、變厚度、加筋等成型問題，以提高制品質量而穩(wěn)定鋪放質量，并且，采用機械化作業(yè)提高了鋪放效率。并且，上述鋪放裝置100內部采用模塊化設計，優(yōu)化了鋪放頭裝置內部結構；施壓模塊160易于絲束的重送控制,而且施壓模塊160中壓棍可繞軸旋轉,施壓模塊160在工作過程中，滾動摩擦不會劃傷絲帶，并且避免設計了收卷機構。請參閱圖8及圖9，實施方式二的鋪放頭裝置200與實施方式一的鋪放頭裝置100，其包括導向模塊210、夾緊模塊220、重送模塊230、剪切模塊240、加熱集合模塊250、施壓模塊260、絲束通道270、通風口 280以及氣源裝置290。絲束201 —次經(jīng)過導向模塊210、夾緊模塊220、重送模塊230、剪切模塊240，經(jīng)過加熱集合模塊250后，絲束201具有一定的粘性，最終由施壓模塊260將絲束201壓緊在芯模表面上。導向模塊210與實施方式一的導向模塊210相同，導向模塊210改變絲束101的運動方向，使絲束201能夠順利進入絲束通道270內。請參閱圖10，夾緊模塊220與實施方式一的夾緊模塊220基本相似，包括夾緊氣缸221、夾緊連桿222、壓緊塊223，不同之處在于夾緊氣缸221為有桿式氣缸，夾緊連桿2_2采用杠桿式增力機構，增加了夾緊可靠性；夾緊連桿221的兩端分別與夾緊氣缸221的伸縮桿及壓緊塊223可轉動連接。請參閱圖11，重送模塊230與實施方式一的重送模塊130基本相似，不同之處在于重送氣缸231為有桿式氣缸，重送連桿232采用杠桿增力機構，增加了重送的可靠性；重送連桿232的兩端分別與重送氣缸231的伸縮桿及重送壓輥133可轉動連接。請參閱圖12，剪切模塊240與實施方式一的剪切模塊140基本相似，其不同之處在于，剪切氣缸241為有桿式氣缸，剪切連桿242采用杠桿增力機構，剪切成功率增大；剪切連桿242的兩端分別與剪切氣缸241的伸縮桿及導向塊243可轉動連接。加熱集合模塊250與實施方式一的加熱集合模塊150相同。請參閱圖13，施壓模塊260包括施壓氣缸261和壓輥264。施壓氣缸261施加一定壓力，壓輥264將絲束201壓緊在制品表面。壓輥264可繞軸旋轉。本實施方式結構簡單，動作迅速。絲束通道270、通風口 280以及氣源裝置290與實施方式一的絲束通道170、通風口 180以及氣源裝置190相同。需要說明的是，由于本發(fā)明實施方式的鋪放頭裝置主要由多個功能模塊構成，因此，實施方式一的鋪放頭裝置100的各個功能模塊可與實施方式二的鋪放頭裝置200的各個功能模塊相互替換。上述“杠桿式增力機構”是指在連桿的中部設置杠桿支撐點，使連桿除了具有可轉動連接兩物體作用之外，還具有杠桿的作用。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種鋪放頭裝置，具有絲束通道，其特征在于，包括 導向模塊，用于將絲束傳送到絲束通道內； 夾緊模塊，在剪切之前將所述絲束夾緊； 重送模塊，用于傳送所述絲束； 剪切模塊，剪切所述絲束； 施壓模塊，將所述絲束壓緊在制品表面 '及 加熱集合模塊，用于加熱所述絲束并集合所述絲束。
2.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述夾緊模塊包括夾緊氣缸、夾緊連桿、壓緊塊，所述夾緊氣缸為無桿氣缸，所述夾緊連桿的兩端分別與所述夾緊氣缸的活塞及所述壓緊塊可轉動連接，所述夾緊氣缸帶動所述夾緊連桿，所述夾緊連桿推動所述壓緊塊，將所述絲束壓緊在所述絲束通道上。
3.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述夾緊模塊包括夾緊氣缸、夾緊連桿、壓緊塊；所述夾緊氣缸為有桿式氣缸，所述夾緊連桿采用杠桿式增力機構；所述夾緊連桿的兩端分別與所述夾緊氣缸的伸縮桿及所述壓緊塊可轉動連接。
4.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述重送模塊包括重送氣缸、重送連桿、重送壓輥、主動輪、重送電機；所述重送氣缸為無桿氣缸；所述重送連桿的兩端分別與所述重送氣缸的活塞及所述重送壓輥可轉動連接；所述重送氣缸驅動所述重送連桿轉動，所述重送連桿帶動所述重送壓輥朝向所述主動輪運動；所述重送電機驅動所述主動輪轉動，所述主動輪與所述重送壓輥相對設置。
5.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述重送模塊包括重送氣缸、重送連桿、重送壓輥、主動輪、重送電機；所述重送氣缸為有桿式氣缸，所述重送連桿采用杠桿增力機構；所述重送連桿的兩端分別與所述重送氣缸的伸縮桿及所述重送壓輥可轉動連接；所述重送氣缸驅動所述重送連桿轉動，所述重送連桿帶動所述重送壓輥朝向所述主動輪運動；所述重送電機驅動所述主動輪轉動，所述主動輪與所述重送壓輥相對設置。
6.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述剪切模塊包括剪切氣缸、剪切連桿、導向塊、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切氣缸為無桿氣缸；所述剪切連桿的兩端分別與所述剪切氣缸的活塞及所述導向塊可轉動連接；所述下切刀固定于所述導向塊，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切氣缸驅動所述剪切連桿轉動，所述剪切連桿帶動所述導向塊朝向所述上切刀滑動，使所述下切刀與所述上切刀相抵接。
7.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述剪切模塊包括剪切氣缸、剪切連桿、導向塊、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切氣缸為有桿式氣缸，所述剪切連桿采用杠桿增力機構；所述剪切連桿的兩端分別與所述剪切氣缸的伸縮桿及所述導向塊可轉動連接；所述下切刀固定于所述導向塊，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切氣缸驅動所述剪切連桿轉動，所述剪切連桿帶動所述導向塊朝向所述上切刀滑動，使所述下切刀與所述上切刀相抵接。
8.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述施壓模塊包括施壓氣缸和壓輥，所述施壓氣缸驅動所述壓輥，所述壓輥將所述絲束壓緊在制品表面；所述壓輥可繞軸旋轉。
9.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述施壓模塊包括施壓氣缸、施壓連桿、箱體以及壓輥；所述施壓氣缸為無桿氣缸；所述壓輥可繞轉軸旋轉，所述壓輥的轉軸固定于所述箱體上；所述施壓連桿的兩端分別與所述施壓氣缸的活塞及所述箱體固定連接；所述壓輥將所述絲束壓緊在制品表面；所述導向模塊、夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊以及加熱集合模塊固定在所述箱體內。
10.如權利要求1所述的鋪放頭裝置，其特征在于，所述加熱集合模塊包括第一路絲束通道、第二路絲束通道、第三路絲束通道、第四路絲束通道、出絲口及加熱裝置，所述加熱裝置設于所述出絲口。
全文摘要
一種鋪放頭裝置，具有絲束通道，包括導向模塊、夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊及施壓模塊。導向模塊用于將絲束傳送到絲束通道內。夾緊模塊在剪切之前將所述絲束夾緊。重送模塊用于傳送所述絲束。剪切模塊剪切所述絲束。施壓模塊將所述絲束壓緊在制品表面。加熱集合模塊用于加熱所述絲束并集合所述絲束。上述鋪放頭裝置通過各個功能模塊的配合，可單獨控制各路絲束，以完成復雜曲面、變厚度、加筋等成型問題，以提高制品質量而穩(wěn)定鋪放質量，并且，采用機械化作業(yè)提高了鋪放效率。
文檔編號B29C70/54GK102990950SQ20111027185
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2011年9月14日
發(fā)明者羅昌杰, 何凱, 荀大偉, 于文澤, 杜如虛 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院