CN103161033A - 一种用于加工碳纤维制品的针刺机 - Google Patents

Abstract

一种用于加工碳纤维制品的针刺机，包括控制系统和机械部件，所述机械部件包括机座、进料机构、高度调节机构、针梁、以及针刺机构，其中，所述进料机构包括直线导轨、托网板、进料丝杠、进料步进电机；所述高度调节机构包括高度调节步进电机、高度调节丝杠、高度调节导柱；所述针刺机构包括异步电机、水平转轴、针刺板凸轮机构、针刺板、针刺板导柱、剥毛板凸轮机构、剥毛板、剥毛板导柱。所述控制系统连接进料步进电机、高度调节步进电机、以及异步电机。本发明的针刺机运行稳定，在针刺加工碳纤维时，纤维毛网均匀性好，并最大程度地避免了加工中的断针，可以满足高质量的生产要求。

Description

一种用于加工碳纤维制品的针刺机

技术领域

本发明涉及一种针刺机械设备，尤其涉及一种用于加工碳纤维制品的全自动针刺机。

背景技术

碳纤维具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性良好等。同时，它又具有纤维般的柔曲性，可进行编织加工和缠绕成型。碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维，它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍左右，是一种力学性能优异的新材料。碳纤维复合材料应用在航天、导弹和运动器材上，可以显著减轻重量，提高有效载荷，改善性能，是航天工业的重要结构材料。

目前，大多数加工碳纤维制品的针刺机是由人工操作控制每个工艺环节，各步骤间歇时间长，生产效率低下且易出现针刺制品叠层、产品不均匀等瑕疵。现有技术中的全自动针刺机是通过升降针刺机的下半部分来调节工作面高度，并且采用链条传动进料，置于链条上的进料板的稳定程度不够高。此外，现有的全自动针刺机的剥毛板与针刺板是同步运动。在针刺高强度碳纤维和多层毛网时，进料板的不稳定以及剥毛板和针刺板的同步运动容易导致针的折断和纤维毛网不均匀，干扰加工过程并且造成产品瑕疵，无法满足高质量的生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于加工碳纤维制品的针刺机，其运行稳定，在针刺加工碳纤维时，纤维毛网均匀性好，并最大程度地避免了加工中的断针，可以满足高质量的生产要求。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于加工碳纤维制品的针刺机，包括控制系统和机械部件，所述机械部件包括机座、安装在机座上的进料机构、安装在机座上的高度调节机构、支承在高度调节机构上的针梁、以及安装在针梁上的针刺机构，其中：

所述进料机构包括固定在机座上的直线导轨、安装在直线导轨上的托网板、与托网板连接的进料丝杠、与进料丝杠连接并固定到机座的进料步进电机；

所述高度调节机构包括固定到机座的多个高度调节步进电机、下端与高度调节步进电机连接并且上端滑动连接到针梁的高度调节丝杠、下端固定到机座并且上部连接到针梁的多个高度调节导柱；

所述针刺机构包括固定在针梁上的异步电机、与异步电机连接并且通过支撑轴承连接到针梁的水平转轴、连接到水平转轴的多个针刺板凸轮机构、连接到针刺板凸轮机构下端的针刺板、下端与针刺板连接并且上部滑动连接到针梁的多个针刺板导柱、连接到水平转轴的多个剥毛板凸轮机构、连接到剥毛板凸轮机构下端的剥毛板、下端与剥毛板连接并且上部滑动连接到针梁的剥毛板导柱，且剥毛板位于托网板和托网板上方的针刺板之间；

所述控制系统连接进料步进电机、高度调节步进电机、以及异步电机。

进一步地，所述控制系统包括可编程逻辑控制器。

进一步地，所述控制系统包括连接到异步电机的变频器、以及与进料步进电机和高度调节步进电机连接的步进控制系统，并且变频器和步进控制系统分别连接到可编程逻辑控制器。

进一步地，所述高度调节机构还包括固定到针梁并且与高度调节导柱滑动连接的高度调节直线轴承。

进一步地，所述高度调节丝杠是梯形丝杠。

进一步地，所述高度调节步进电机的数量为4个，并且高度调节导柱的数量为4个。

进一步地，所述针刺机构还包括固定到针梁并且与针刺板导柱滑动连接的针刺板直线轴承、以及固定到针梁并且与剥毛板导柱滑动连接的剥毛板直线轴承。

进一步地，所述针刺板凸轮机构的数量为2个。

进一步地，所述剥毛板凸轮机构的数量为2个。

进一步地，所述的针刺板导柱的数量为2个。

由于采用以上技术方案，本发明的有益效果包括：

采用步进电机和丝杠配合直线导轨进料，进料板稳定性高，在针刺碳纤维时，纤维毛网均匀性好，最大程度地避免了加工中的断针；

改进为调节针刺机上部的针刺机构高度并且使剥毛板和针刺板异步运动，进一步避免了加工中的断针；

通过可编程逻辑控制器控制碳纤维加工，其中预设含有多种操作模式的可编程逻辑控制器程序，以满足不同的加工需要，降低成本，简化操作。

附图说明

图1示出了本发明的针刺机的示意图；

其中，101是机座；102是托网板；103是进料丝杠；104是直线导轨；105、106是高度调节步进电机；107、108是高度调节导柱；109、110是高度调节丝杠；111、112是高度调节丝杠螺母；113、114是高度调节直线轴承；115是针梁；116是异步电机；117、119是皮带轮；118是传动皮带；120是水平转轴；121、122、123、124是支撑轴承；125、126是剥毛板凸轮机构；127、128是针刺板凸轮机构；129是剥毛板；130是针刺板；131、132是针刺板导柱；133、134是针刺板直线轴承；135是剥毛板导柱；136是剥毛板直线轴承。

具体实施方式

为充分公开的目的，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，以下所述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。

图1示出了本发明的针刺机的整体结构的示意图。如图1所示，本发明的针刺机包括机械部件和控制系统，其中，机械部件包括五个部分：机座101、安装在机座101上的进料机构、安装在机座101上的高度调节机构、支承在高度调节机构上的针梁115、以及安装在针梁上的针刺机构。

如图1中所示，本发明的针刺机的进料机构包括进料步进电机（未示出）、进料丝杠103、托网板102、直线导轨104。其中，进料步进电机固定在机座101前端边沿处，进料步进电机的转轴与进料丝杠103连接，进料丝杠103通过固定到托网板102的进料丝杠螺母（未示出）与托网板102相连接，托网板102安装在直线导轨104上，直线导轨104固定到机座101。在进料步进电机驱动下，通过进料丝杠103的传递，硬质的托网板102可以在直线导轨104上滑动。相比于现有技术中的链条传动结构，本发明的进料板（即托网板102）运行更加平稳，针刺高强度碳纤维时，纤维毛网均匀性更好。

如图1中所示，本发明的针刺机的高度调节机构包括4个高度调节步进电机105、106（第3、4个受到遮挡而未示出）、4根高度调节丝杠109、110（第3、4个受到遮挡而未示出）、4个高度调节丝杠螺母111、112（第3、4个受到遮挡而未示出）、4根高度调节导柱107、108（第3、4个受到遮挡而未示出）、4个高度调节直线轴承113、114（第3、4个受到遮挡而未示出）。4个高度调节步进电机分别安装在机座101四个角附近，其转轴垂直于机座101平面，4个高度调节步进电机的转轴分别与4根高度调节丝杠的下端连接，4根高度调节丝杠的上端分别与4个高度调节丝杠螺母连接，4个高度调节丝杠螺母固定到针梁115。分别位于机座101四个角附近的4根高度调节导柱的下端固定到机座101，上端分别滑动连接到4个高度调节直线轴承，高度调节直线轴承固定到针梁115，必须确保4个高度调节导柱垂直于机座101平面。例如，如图1中所示，固定到机座101的高度调节步进电机105与高度调节丝杠109下端连接，高度调节丝杠109上端连接到高度调节丝杠螺母111，高度调节丝杠螺母111固定到针梁115；高度调节导柱107的下端固定到机座101，上端滑动连接到高度调节直线轴承113，高度调节直线轴承113固定到针梁115。在4个高度调节步进电机的驱动下，通过4根高度调节丝杠的传递，并且通过4根高度调节导柱的定位导向，能够实现针梁115的平稳上下升降。其中，4个高度调节丝杠优选为梯形丝杠。

如图1中所示，本发明的针刺机的针刺机构包括异步电机116、水平转轴120、剥毛板凸轮机构125和126、针刺板凸轮机构127和128、支撑轴承121、122、123和124、剥毛板129，针刺板130，针刺板导柱131和132、针刺板直线轴承133和134、剥毛板导柱135、以及剥毛板直线轴承136。其中，异步电机116安装到针梁115，并且通过传动皮带118和皮带轮117、119传动连接到水平转轴120，水平转轴120通过4个支撑轴承121、122、123、124支撑在针梁115上；剥毛板凸轮机构125、126连接到水平转轴120，并且下端连接到剥毛板129，剥毛板129与剥毛板导柱135的下端连接，剥毛板导柱135与固定到针梁115的剥毛板直线轴承136滑动连接，以起到定位导向的作用；针刺板凸轮机构127、128连接到水平转轴120上剥毛板凸轮机构125和126之间，并且下端连接到针刺板130，针刺板130与针刺板导柱131、132的下端连接，针刺板导柱131、132分别与固定到针梁115的针刺板直线轴承133、134滑动连接，起到导向定位的作用；剥毛板129位于托网板102和托网板102上方的针刺板130之间。针（未示出）连接到针刺板，并且在加工中可以伸出（即穿过）剥毛板或者从其中缩回。

针刺加工过程中，在异步电机116驱动下，通过传动皮带118和皮带轮117、119的传动，水平转轴120旋转，并且带动剥毛板凸轮机构125、126中的剥毛板凸轮（未示出）和针刺板凸轮机构127、128中的针刺板凸轮（未示出）旋转，剥毛板凸轮和针刺板凸轮分别带动剥毛板凸轮机构125、126下端连接的剥毛板129以及针刺板凸轮机构127、128下端连接的针刺板130运动，其中，剥毛板129运行位移图的相位比针刺板130运行位移图的相位超前。针刺时，剥毛板129先下压，然后针刺板130下压；回复升起时，针刺板130先升起，然后剥毛板129升起。当托网板102带动其上的纤维毛网步进时，剥毛板129下降一部分，此时针尖未伸出剥毛板129，步进完成后，针尖通过剥毛板129刺入纤维毛网。在现有技术中，针刺板和剥毛板是同步动作，这在纤维毛网步进时很容易造成断针。

本发明的控制系统包括可编程逻辑控制器（PLC），其中预设含有多种操作模式的可编程逻辑控制器程序；本发明的控制系统还包括连接到异步电机的变频器、以及与进料步进电机和高度调节步进电机连接的步进控制系统；并且，变频器和步进控制系统分别连接到可编程逻辑控制器。在针刺机的自动控制中，可编程逻辑控制器控制变频器和步进控制系统的运行，由变频器调频控制异步电机以调节针刺机构的运动速度，由步进控制系统分别控制托网板102的水平移动速度和移动距离以及针梁115的升降速度和升降量。

通过设置可编程逻辑控制器程序，本发明的针刺机具有点动、间歇、连续三种操作模式。

在点动操作模式中，可手动控制剥毛板129和针刺板130的下压、托网板102的前进后退和停止、针梁115的上升下降和停止。

在间歇操作模式中，设备复位并按下托网板102启动按钮后，剥毛板129和针刺板130分别下压，每下压一次，托网板102前进一个步进量，直至设定的产品长度或后退限位。托网板102前进动作完成后，剥毛板129和针刺板130停止下压，针梁115自动上升一个步进量，此时可以对产品进行人工操作（上料等）。然后，按下托网板102后退按钮，剥毛板129和针刺板130分别下压，每下压一次，托网板102后退一个步进量，直至设定的产品长度或后退限位。托网板后退动作完成后，剥毛板129和针刺板130停止下压，针梁115自动上升一个步进量，此时可以对产品进行人工操作（上料等）。然后，此模式返回起点并不断循环，直至产品达到要求的高度。

连续操作模式与间歇操作模式类似，运行过程为：设备复位并按下托网板102启动按钮后，剥毛板129和针刺板130分别下压，每下压一次，托网板102前进一个步进量，直至设定的产品长度或是后退限位；托网板102的前进动作完成后，剥毛板129和针刺板130停止下压，针梁115自动上升一个步进量，随后托网板102自动返回初始位置，此时可以对产品进行人工操作（上料等）。然后，此模式返回起点并不断循环，直至产品达到要求的高度。

在本发明的针刺机中，可以根据实际产品要求通过可编程逻辑控制器设置托网板102的步进量和针梁115的步进量。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于加工碳纤维制品的针刺机，其特征在于，包括控制系统和机械部件，所述机械部件包括机座、安装在机座上的进料机构、安装在机座上的高度调节机构、支承在高度调节机构上的针梁、以及安装在针梁上的针刺机构，其中：

所述进料机构包括固定在机座上的直线导轨、安装在直线导轨上的托网板、与托网板连接的进料丝杠、与进料丝杠连接并固定到机座的进料步进电机；

所述高度调节机构包括固定到机座的多个高度调节步进电机、下端与高度调节步进电机连接并且上端连接到针梁的高度调节丝杠、下端固定到机座并且上部滑动连接到针梁的多个高度调节导柱；

所述针刺机构包括固定在针梁上的异步电机、与异步电机连接并且通过支撑轴承连接到针梁的水平转轴、连接到水平转轴的多个针刺板凸轮机构、连接到针刺板凸轮机构下端的针刺板、下端与针刺板连接并且上部滑动连接到针梁的多个针刺板导柱、连接到水平转轴的多个剥毛板凸轮机构、连接到剥毛板凸轮机构下端的剥毛板、下端与剥毛板连接并且上部滑动连接到针梁的剥毛板导柱，且剥毛板位于托网板和托网板上方的针刺板之间；

所述控制系统连接进料步进电机、高度调节步进电机、以及异步电机。

2.根据权利要求1所述的针刺机，其特征在于，所述控制系统包括可编程逻辑控制器。

3.根据权利要求2所述的针刺机，其特征在于，所述控制系统还包括连接到异步电机的变频器、以及与进料步进电机和高度调节步进电机连接的步进控制系统，并且变频器和步进控制系统分别连接到可编程逻辑控制器。

4.根据权利要求3所述的针刺机，其特征在于，所述高度调节机构还包括固定到针梁并且与高度调节导柱滑动连接的高度调节直线轴承。

5.根据权利要求4所述的针刺机，其特征在于，所述高度调节丝杠是梯形丝杠。

6.根据权利要求4所述的针刺机，其特征在于，所述高度调节步进电机的数量为4个，并且高度调节导柱的数量为4个。

7.根据权利要求4所述的针刺机，其特征在于，所述针刺机构还包括固定到针梁并且与针刺板导柱滑动连接的针刺板直线轴承、以及固定到针梁并且与剥毛板导柱滑动连接的剥毛板直线轴承。

8.根据权利要求7所述的针刺机，其特征在于，所述针刺板凸轮机构的数量为2个。

9.根据权利要求7所述的针刺机，其特征在于，所述剥毛板凸轮机构的数量为2个。

10.根据权利要求7所述的针刺机，其特征在于，所述的针刺板导柱的数量为2个。