CN101247942B - 拖带切割设备和系统 - Google Patents

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Abstract

一种切割拖带的切割装置包括拖带支撑件、第一刃片以及拖带支撑件偏转器。所述拖带支撑件支撑所述拖带。所述第一刃片切割所述拖带。所述拖带支撑件偏转器设置成与所述第一刃片协作对准，从而向所述拖带支撑件上施加偏转力。所述偏转力基本上防止所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。

Description

拖带切割设备和系统
技术领域
本发明一般涉及切割设备。更特别地，本发明涉及用于拖带切割设备的刃片布置以及与所述刃片布置一起使用的系统。
背景技术
复合元件通常用层压在一起的材料层构成。用来制造或“层布(layup)”复合元件的材料类别包括例如纤维、织物、带、膜和箔片。在这些类别每一种内，采用许多不同的材料。例如，采用的纤维包括：玻璃、碳、聚芳族酰胺、石英等。当这些纤维布置成编织片材和单向长条时，它们分别被称为织物或布带。
纤维安放是用来构造或制造复合元件的过程。这些复合元件包括相对简单的平面片材或平板以及相对较大且复杂的结构。复合元件通常由多层或片层(ply)复合材料构成，这些复合材料以未固结树脂预浸渍(“预浸渍体”)。这些片层通过头部安放到模型上，所述头部由定位设备诸如机器人手臂或塔架(gantry)来定位。
复合材料通常从辊子或卷轴以多种宽度供给。通常，轮廓越高的复合元件用相对越窄的复合材料制成。宽度约为1/8英寸到约1英寸的复合材料通常称为“拖带(tow)”并且通常若干股拖带一次安放，从而构成较宽的带子或“带程(course)”。拖带安放设备上的头部将一组预浸渍拖带布置成连续条带并将其贴靠模型或层布工具表面压紧。在每个带程末端，通常将全部拖带切断，然后将其穿导(rethread)以开始下一个带程。另外，有时也在带程安放过程中切断个别拖带以减小带程的总体宽度或形状。拖带安放设备中传统切割件模块的缺点在于，切割件经常失效。切割件失效通常使生产停止，直到采取补救措施。这种停顿降低了布置率并提高了产品成本。
传统切割件模块的另一项缺陷在于，来自预浸渍拖带的树脂可能污染切割件模块的刃片和其他部件。这种污染助长了切割件失效并通常需要采取清洁过程。这种清洁过程通常要求关闭拖带安放设备，并且可能需要局部拆开。这种过程也会降低布置率和增加产品成本。
因此，希望能提供一种至少能一定程度克服此处所述缺陷的装置和系统。
发明内容
本发明在很大程度上满足了前述需求，其中在一个方面，提供了一种设备和系统，其在一些实施例中提高了拖带安放设备中切割件模块的可靠性。
本发明的实施例涉及切割拖带的切割装置。所述切割装置包括拖带支撑件、第一刃片和拖带支撑件偏转器。所述拖带支撑件支撑所述拖带。第一刃片切割拖带。所述拖带支撑件偏转器设置成与所述第一刃片协作对准，从而在所述拖带支撑件上施加偏转力。所述偏转力基本上防止了所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。
本发明的另一个实施例涉及以拖带制造复合元件的拖带安放系统。所述系统包括拖带安放头部、定位设备和切割装置。所述拖带安放头部将拖带施加到工具。所述定位设备将拖带安放头部定位。所述切割装置切割所述拖带。所述切割装置包括拖带支撑件、第一刃片和拖带支撑件偏转器。所述拖带支撑件支撑所述拖带。所述第一刃片切割所述拖带。所述拖带支撑件偏转器设置成与所述第一刃片协作对准，从而在所述拖带支撑件上施加偏转力。所述偏转力基本上防止了所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。
而本发明的另一种实施例涉及切割拖带的装置。所述装置包括支撑所述拖带的器件、切割所述拖带的器件和将所述支撑器件偏转从而基本上防止所述切割器件撞击所述支撑器件的器件。
而本发明的另一种实施例涉及切割拖带的方法。在该方法中，所述拖带支撑在支撑件上，以刃片切割所述拖带，并偏转所述支撑件，从而基本上防止所述刃片撞击所述支撑件。
应该说这里宽泛地概述了本发明的特定实施例，以使本发明的详细说明得到更好的理解，并且使本发明对本领域的贡献更为清楚。当然，以下还要说明本发明的另外实施例，它们将形成附带的权利要求书的主题。
这里，在详细解释本发明至少一个实施例以前，应该理解，本发明的应用并未限于以下说明或附图图示的结构细节以及部件布置。本发明除所述内容之外还可以实施，并以不同方式实践或施行。另外，应该理解，本发明以及摘要采用的表达方式和术语用于说明的目的，而不应该认为有限制的意思。
于是，本领域技术人员应该理解，本公开内容所依据的概念容易用作设计其他结构、方法和系统的基础，从而用于实施本发明的若干目的。因此，重要的是指出权利要求书包括这种同等结构，只要它们不背离本发明的精神和范围。
附图说明
图1是本发明实施例层压系统的透视图；
图2是适合与图1所述层压系统一起使用的端部操作器分解详图；
图3是适合与图1所示层压系统一起使用的切割/穿导模块详图；
图4A是根据图1所示实施例处于拖带分配模式下的切割件配置沿图3中A-A线切开的截面图；
图4B是根据图1所示实施例处于拖带切割模式下的切割件配置沿图3中A-A线切开的截面图；
图4C是根据图1所示实施例处于拖带穿导模式下的切割件配置沿图3中A-A线切开的截面图。
具体实施方式
现在参照附图说明本发明，全文中类似的附图标记指代类似的部件。如图1所示，层切系统10适合用于本发明实施例，包括拖带安放头部12、定位设备14和模型16。拖带安放头部12用于将预定宽度的拖带安放在模型16上。拖带18通常存放在一个或多个卷轴20上，并从其分配。通过将来自卷轴20的拖带18安放在模型16上然后实施固结过程来制造复合元件22。根据拖带制造商的产品规格，固结过程可以变化。例如固结双马来酰亚胺(BMI)树脂通常包括让制造好的复合元件接受高温和压力处理。
定位设备14包括任何相对于模型16将拖带安放头部12定位的适当设备或端部操作器。适当的定位设备包括机器人手臂(armature)，如图1所示，塔架类型的设备等。在本发明实施例中，定位设备14是机器人手臂或塔架类型的定位设备，其用来控制3至10个或更多个移动轴。但是，应该理解，轴的具体数目取决于特定的操作条件，因此受控轴的数目并不是本发明的关键。
模型16包括任何用于在其上安放拖带18的适当模型、工具、或心轴。拖带18以多带程24安放在模型16上，从而形成层或片层26。通常，诸如复合元件22的元件由多片层26制成。通常模型16的表面、带程24和/或片层26称为基底28，其上安放后续的拖带18带程。如图1所示，模型16受控围绕轴线旋转。如果如此受控旋转，则模型16通常称为心轴。在其他实施例中，模型16可以是静止的，或者受控沿着各个轴移动。例如，模型16可以固紧到滑动工作台或X-Y工作台。在这一方面，模型16和/或拖带安放头部12受控彼此相对移动的这些实施例以及其他实施例，都落入本发明的范围。另外，定位设备14和模型16的移动两者都用来将拖带安放头部12相对于模型16定位。而且，定位设备14和模型16的移动通常一定程度上相协调，使得这些设备基本上作为单个单元操作，因此为了披露的目的，相对于定位设备14来说，将称为定位设备14和/或模型16的调制。模型16的特征，诸如尺寸、形状、轮廓等取决于元件22的设计参数。
图2是适合与图1所示层压系统10一起使用的拖带安放头部12的分解详图。如图2所示，拖带安放头部12包括主框架结构(“框架”)30和多个沿着拖带路径32设置的部件。框架30为沿着拖带路径32设置的多个部件提供支撑和连接点。拖带路径32基本上包括从存放拖带18的卷轴20到安放拖带18的模型16的路径。沿着拖带路径32设置的多个部件包括一对拖带对准托盘(“托盘”)40、一对分度(index)和键锁框架(“分度框架”)42、一对拖带切割件/穿导模块44、伺服驱动馈送件(“驱动件”)46以及施加辊子(“辊子”)48。应该注意，虽然提供了示例，其中若干部件以成对形式出现，但是在其他各种实施例中，一些部件或者全部部件以单个、成对或多个的形式出现，全部这些实施例都落入本发明的范围。
托盘40有利于拖带18对准。例如，每个托盘40包括一个或多个槽50，其经由驱动件46和拖带切割件/穿导模块44将拖带18向辊子48引导。槽50包括任何用来保持拖带18对准的适当结构。所述适当结构包括例如槽、凹槽、狭槽、梳齿等。槽50包括表面，其适合于与拖带18一起使用。例如，超高分子量塑料(“UHMW”)通常适合BMI和其他树脂系统。在一些实施例中，托盘40全部或者大部分是UHMW塑料。在其他实施例中，托盘40包括UHMW塑料层或涂层。
托盘40任选包括分度点54、驱动窗口56和58。如果存在的话，则分度点54有利于将托盘40定位在框架30上。例如，如图2所示，分度点54包括用来与各个凸片60配合的凹口。在另一种示例中，分度头54包括与各个销或孔配合的孔或销。任选包括驱动窗口56和58，从而为驱动件46提供开口，以接触拖带18。在其他情况下，其中例如驱动件46相对设置在槽50上方的时候，省略驱动窗口58。根据拖带切割件和/或穿导模块44的配置，设置一个或多个切割件凹部，这样有利于拖带切割件/穿导模块44的操作。就是说，如果拖带切割件/穿导模块44的一些部分在托盘44表面以下操作，则所述切割件凹部容纳拖带切割件/穿导模块44的操作。在其他情况下，即其中拖带切割件/穿导模块44不在托盘44表面以下操作时，可以省略切割件凹部。
分度框架42有利于将各个托盘40固紧到框架30。例如，分度框架42包括一个或多个紧固件62。
以下更为详细地说明拖带切割件/穿导模块44。一般来说，拖带切割件/穿导模块44切割、夹紧和/或穿导拖带18。拖带切割件/穿导模块44包括一个或多个紧固件70来将拖带切割件/穿导模块44固紧到框架30，和/或将拖带切割件/穿导模块44固紧到介入的部件。
驱动件46用来啮合拖带18并沿着拖带路径促动拖带18。在这方面，驱动件46包括一个或多个伺服从动辊子78。另外，驱动件46包括紧固件80来将驱动件46固紧到框架30。
辊子48提供承载表面，朝向模型16促动拖带18，从而将拖带18施加在基底28上。
另外，沿着拖带路径32设置的多个部件以相协调的方式用来处理预定宽度的拖带18。根据复合元件22的设计参数，这种预定宽度包括1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸、1英寸等。同样，用来处理其他宽度的拖带18的部件也落入本发明各种实施例的范围。
图3是适合与图1所示层压系统10一起使用的切割件/穿导模块44详图。如图3所示，切割件/穿导模块44包括多个槽92、辊子94、切割/夹紧框架96以及刃片98。操作中，拖带18多个片段的每一个片段沿着其各自的槽92穿过，经过辊子94并穿过切割/夹紧框架96。槽92有利于拖带18对准。辊子94在各种实施例中自由滚动，仅沿一个方向滚动，和/或经由伺服器或其他这类促动器受控滚动。每个切割/夹紧框架96包括促动器，如图所示和如此所述，用来朝向拖带切割件/穿导模块44促动各刃片98，从且当刃片98穿过拖带18时切割各拖带18。刃片98包括任何适当硬质耐磨材料。适当材料包括金属诸如碳化物、钢和各种合金钢，以及非金属诸如陶瓷等。
为了穿导，切割/夹紧框架96返回到伸展位置，且辊子94和/或驱动件46受控使拖带18前进。这样，根据复合元件22的设计参数，以受控方式切割和穿导一些拖带或全部拖带18。
应该注意，虽然图3示出切割件/穿导模块44用来与6片或更少的拖带18片段协作，但是在各种实施例中，切割件/穿导模块44用来与任何适当数量的拖带18协作。拖带的适当数量包括1、2、3、4、6、12等。
图4A至4C是图1所示实施例在各种模式下的切割件配置沿着图3中的线A-A切开的截面图。如图4A-4C所示，除了刃片98以外，切割件/穿导模块44任选包括刃片100，其与刃片98操作对准并用来协助或有利于刃片98的切割动作。如果存在的话，刃片100包括适当硬质耐磨材料。适当材料包括金属诸如碳化物、钢和各种合金钢，以及非金属材料诸如陶瓷等。切割件/穿导模块44进一步包括拖带支撑件102、拖带支撑件偏转器104和促动器106。拖带支撑件102包括弹性支撑表面，用来支撑拖带18。拖带支撑件102响应施加于其上的力而偏转。用于拖带支撑件102的适当材料包括弹簧钢、其他弹性材料、塑料等。任选拖带支撑件102与拖带18接触的任何表面用来减少树脂堆积。例如，将拖带支撑件102抛光、冷铸(chilled)和/或以基本上非粘性的材料涂覆。适当的非粘性材料包括UHMW塑料等。促动器106可操作，以响应来自控制器的信号调制切割/夹紧框架96的位置。特别地，促动器106操作，以相对向内拖曳切割/夹紧框架96并将切割/夹紧框架96返回向外位置。
如图4A所示，切割件/穿导模块44处于拖带分配模式。就是说，切割/夹紧框架96从切割件/穿导模块44相对向外延伸。这样，拖带18就沿着108方向自由移动。
图4B是根据图1所示实施例处于拖带切割模式下的切割件配置A-A截面图。如图4B所示，拖带支撑件102包括紧固臂110和支撑臂112，它们在交点114处接合。在各种实施例中，支撑臂112为挠性或者基本上刚性的(ridged)，而交点114基本上为刚性、挠性或铰接。在拖带切割过程中，借助促动器106的动作沿着116方向并相对朝向切割件/穿导模块44拖曳切割/夹紧框架96。注意，示出了拖带支撑件偏转器104向拖带支撑件102施加偏转力，并且当该偏转力经过拖带传递时，导致支撑臂112弯曲或者以其他方式沿着116方向移动。拖带支撑件偏转器104包括设置在刃片98高度或大约该高度处的承载表面。就是说，拖带支撑件偏转器104设置地略微高于或略微低于刃片98，或者位于刃片98高度处。在特别实施例中，如果朝向切割件/穿导模块44拖曳，则在刃片98接触拖带18的时刻或刚好在此时刻之前，拖带支撑件偏转器104接触拖带18。通常，拖带支撑件偏转器用来提供力，以促动拖带支撑臂112从刃片98离开。这样，拖带支撑件偏转器104基本上防止了刃片98接触拖带支撑臂112。任选拖带支撑件偏转器104与拖带支撑臂112结合操作，从而如此所述在拖带18上产生夹紧力。
在向拖带18拖曳刃片98时，拖带18沿着108方向的任何移动都沿着108方向促动刃片98。这种沿着108方向促动刃片通常将刃片98向刃片100拖曳。当刃片98经过刃片100时，刃片98密切靠近刃片100并且促动两个刃片98和100一起提供了有效剪切动作，改善了切割性能和/或减小了树脂在刃片98和100上的堆积，这是本发明实施例的一项优势。在切割过程完成后，位于刃片98下游的一部分拖带18自由地继续沿着108方向移动，而拖带18上游的一部分拖带18基本上停止，直到启动穿导过程。
通常借助拖带18粘附到基底28加上拖带安放头部12相对于模型16的移动，从卷轴20经由拖带路径32牵引并拖拉拖带18。因此，当拖带18下游部分从拖带18上游部分切断时，借助拖带断开动作，拖带18上游部分受控停止和/或倾向于自愿停止。在实施例中，拖带支撑件偏转器104用来直接促动拖带支撑件102。在该实施例中，基本上不会借助拖带支撑件偏转器104促动拖带支撑件102的动作向拖带18施加夹紧力来。例如，拖带支撑件偏转器104和拖带支撑件102可以比拖带18宽。在这个示例中，拖带支撑件偏转器104和拖带支撑件102可以直接彼此接触。更具体地说，拖带支撑件偏转器104和拖带支撑件两者或者其中之一可以包括突出部分，该部分有利于引导拖带支撑件偏转器104和拖带支撑件102之间进行接触而不会向拖带18施加力。在另一种实施例中，由拖带支撑件偏转器104施加的力进一步为设置在拖带支撑件偏转器104和拖带支撑件102之间的拖带18提供夹紧动作。就是说，拖带支撑件偏转器104促动拖带18进入拖带支撑件102，从而偏转拖带支撑件102。这种夹紧动作有利于拖带18保持在如图3所示的各个槽92中。
图4C是根据图1所示实施例处于拖带穿导模式下的切割件配置A-A截面图。如图4C所示，切割/夹紧框架96已经返回到如图4A所示的拖带分配模式位置。鉴于不存在由拖带支撑件偏转器104施加的偏转力，所以支撑臂112返回到拖带分配位置。就是说，支撑臂112已经返回到基本上与刃片100对齐或略微高于刃片100的高度。这样，由于被驱动件46向前促动，所以拖带18的被切割端设置成在刃片100上前进，基本上不会卡在其上。在穿导和分配模式下，与刃片98对齐或者刚好低于刃片98高度的拖带支撑件偏转器104限制了拖带18接触刃片98。此外，通过限制拖带18可能会导致穿导错误的向上移动，拖带偏转器104进一步有利于穿导。
任选切割/夹紧框架96包括提升销120，其横穿切割/夹紧框架96并提供力来促动支撑臂112进入拖带穿导和分配位置。
从以上详细说明中，本发明的许多特征和优势是显然的，因此，表明凭借附带的权利要求书覆盖全部这些落入本发明真实精神和范围的特征和优势。而且，由于对于本领域技术人员来说，容易制作许多改动和变形，所以并非希望将本发明限制于所示和所述的精确构造和操作，因此可以复原的全部的适当改动和等同方案落入本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种切割拖带的装置，包括：
支撑拖带的支撑器件；
切割拖带的切割器件；和
偏转所述支撑器件从而基本上防止所述切割器件撞击所述支撑器件的器件，其中：
所述支撑拖带的支撑器件是拖带支撑件；
所述切割拖带的切割器件包括第一刃片；和
偏转所述支撑器件从而基本上防止所述切割器件撞击所述支撑器件的器件是拖带支撑件偏转器，其设置成与所述第一刃片协作对准，从而向所述拖带支撑件施加偏转力，其中所述偏转力基本上防止所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切割器件还包括：
第二刃片，其相对于所述拖带的向前移动而可滑动地相对经过所述第一刃片上游，其中所述拖带的向前移动越大，所述第二刃片越被促动得更为贴近地经过所述第一刃片。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
第二刃片，其与所述第一刃片协作对准，其中所述第一刃片相对于所述第二刃片调制，以在所述拖带上产生剪切力来切割所述拖带，其中所述第二刃片位于所述拖带向前移动的下游，且所述拖带的向前移动产生力来朝向所述第二刃片促动所述第一刃片。
4.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
促动器，其响应切割指令朝向所述拖带促动所述第一刃片；
切割/夹紧框架，其中所述第一刃片和所述支撑件偏转器设置在所述切割/夹紧框架上，而所述促动器通过促动所述切割/夹紧框架来促动所述第一刃片和所述支撑件偏转器，所述促动器响应穿导指令而将所述切割/夹紧框架返回到分配位置。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拖带支撑件包括弹簧，其响应偏转力的消除而将所述拖带返回穿导位置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拖带支撑件偏转器配置成向所述拖带上施加偏转力，且所述偏转力经由所述拖带传递到所述拖带支撑件。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述拖带支撑件偏转器相对于所述拖带支撑件的移动产生将所述拖带保持就位的拖带夹紧力。
8.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
馈送驱动件，其通过向前方促动所述拖带而穿导所述拖带。
9.一种制造复合元件的拖带安放系统，所述系统包括：
将所述拖带施加到工具的拖带安放头部；
将所述拖带安放头部定位的定位设备；和
切割拖带的切割装置，所述切割装置包括：
拖带支撑件；
第一刃片；和
拖带支撑件偏转器，其设置成与所述第一刃片协作对准，从而向所述拖带支撑件施加偏转力，其中所述偏转力基本上防止所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。
10.如权利要求9所述的拖带安放系统，进一步包括：
第二刃片，其与所述第一刃片协作对准，其中所述第一刃片相对于所述第二刃片调制，以在所述拖带上产生剪切力来切割所述拖带，其中所述第二刃片处于所述拖带向前移动的下游，并且所述拖带的向前移动产生力来朝向所述第二刃片促动所述第一刃片；
促动器，其响应切割指令朝向所述拖带促动所述第一刃片；
切割/夹紧框架，其中所述第一刃片和所述支撑件偏转器设置在所述切割/夹紧框架上，而所述促动器通过促动所述切割/夹紧框架来促动所述第一刃片和所述支撑件偏转器，所述促动器响应穿导指令而将所述切割/夹紧框架返回到分配位置，
其中所述拖带支撑件包括弹簧，其响应偏转力的消除而将所述拖带返回穿导位置，
其中所述拖带支撑件偏转器配置成向所述拖带上施加偏转力，且所述偏转力经由所述拖带传递到所述拖带支撑件，
其中由所述拖带支撑件偏转器相对于所述拖带支撑件的移动产生将所述拖带保持就位的拖带夹紧力，和
馈送驱动件，其通过向前方促动所述拖带而穿导所述拖带。
11.一种切割拖带的方法，包括：
使用拖带支撑件将所述拖带支撑在支撑件上；
以使用相对于第二刃片移动的第一刃片的剪切动作切割所述拖带；和
使用拖带支撑件偏转器将所述支撑件偏转，所述拖带支撑件偏转器在所述第一刃片之前接触所述拖带从而使所述拖带支撑件偏转器基本上防止所述第一刃片撞击所述拖带支撑件。
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