CN104859134B - 一种缠绕机多功能导丝头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种缠绕机多功能导丝头，安装在拖动平台上，通过伺服电机驱动，并经同步带减速，通过丝杠螺母结构实现导丝头沿X轴方向移动。通过伺服电机驱动齿轮减速，实现丝嘴的绕A轴旋转运动。导丝头支架上各级辊子从后向前依次布置是：放卷导向辊，导丝头加热辊，张力传感器辊，测速辊，丝束汇聚辊；四个口字型布置的放卷导向辊，引导纤维的走向；加热辊上安装温度传感器；张力传感器辊上方布置有张力传感器；测速辊上安装速度编码器。丝束汇聚辊保证丝束缠绕在各个辊子中部位置。纤维最终经分线梳与丝嘴加热辊后进行缠绕。本发明的优点为：在有限的空间内集成了温度控制，张力检测，速度测量和丝束汇聚等多种功能，保障了纤维缠绕质量。

Description

一种缠绕机多功能导丝头

技术领域

本发明涉及复合材料成型领域,具体来说,是一种具有温度控制、张力检测、速度测量、丝束汇聚等功能的两自由度数控缠绕机导丝头，可以沿X轴平动，沿A轴转动。

背景技术

纤维缠绕成型是复合材料成型的一种重要方法，纤维缠绕成型中纤维张力控制，纤维表面温度的控制与复合材料制品机械性能，制品的强度和抗疲劳性能与缠绕张力有密切关系。

现有通用缠绕机导丝头部分只具备移动和转动功能，将纤维缠绕至成型产品上，不具备张力控制和温度控制的设备。但这种通用纤维缠绕机导丝头对张力和温度控制效果不够满足要求，不能实现在一定空间的精确张力控制和温度控制。

发明内容

为了克服现有纤维缠绕机不能精确控制纤维张力和温度，缠绕制品质量不佳的缺点，提出一种缠绕机多功能导丝头,可使缠绕制品达到较高工艺参数指标，且对纤维进行精确的温度、张力控制。

本发明一种缠绕机多功能导丝头,导丝头箱体、放卷导向辊、加热辊、温度传感器、张力传感器辊、张力传感器、测速辊、速度编码器、丝束汇聚辊、丝嘴加热辊、丝嘴支架、分线梳、旋转机构与平移机构。

所述放卷导向辊、加热辊、张力传感器辊、测速辊、丝束汇聚辊由前至后安装在导丝头箱体底部。其中，放卷导向辊为4个，呈口字型设置；加热辊、张力传感器辊、测速辊、丝束汇聚辊轴线均与水平面平行。加热辊上部竖直布置有温度传感器；张力传感器辊通过支架固定在张力传感器上，张力传感器固定于导丝头箱体上；测速辊的转轴一端通过联轴器连接速度编码器；丝束汇聚辊用来对纤维进行汇聚，使纤维传导路径保持在加热辊、张力传感器辊、测速辊的中部。

所述旋转机构设置于丝束汇聚辊后方，包括齿轮箱体、旋转转盘、小齿轮、大齿轮与伺服电机A。其中，旋转转盘与齿轮箱体间通过轴承相连；且通过伺服电机A驱动齿轮箱体内相互啮合的大齿轮与小齿轮驱动旋转转盘转动。

所述丝嘴支架水平设置，前端固定安装在旋转转盘上；丝嘴支架中部安装有分线梳，后端通过支架安装有丝嘴加热辊。

所述平移机构安装在导丝头箱体顶部，包括连接板、拖动平台、丝杠螺母结构、小同步带轮、大同步带轮、同步带与伺服电机B。其中，连接板与拖动平台间设置有丝杠螺母结构；丝杠螺母结构通过伺服电机B驱动小同步带轮、大同步带轮、同步带构成的传动机构运动，带动拖动平台运动前后方向移动。

当纤维束经过上述结构的导丝头时，纤维穿过口字型布置的四个放卷导向辊后，依次经加热辊下方、张力传感器辊上方、测速辊下方、丝束汇聚辊上方，经过丝束汇聚辊进行汇聚后，穿过旋转机构中旋转转盘上的纤维通道，由分线梳的齿状结构将多簇纤维束分离成单簇纤维；随后纤维由丝嘴加热辊下方缠绕后，经丝嘴加热辊再次进行加热后，最终缠绕需要成型的缠绕制品上；通过旋转机构使丝嘴加热辊具有绕A轴旋转功能，同时通过平移机构使本发明导丝头具有X方向直线运动功能，进而在纤维缠绕过程中适应缠绕制品外径的变化，适应不同尺寸纤维缠绕制品以及实现设定缠绕线型的要求。

本发明的优点在于：

1、本发明导丝头集成功能空间占用小；

2、本发明导丝头通过合理的辊子布置，测量张力准确；

3、本发明导丝头通过速度测量辅助完成张力控制；

4、本发明导丝头具有温度控制和丝束汇聚功能。

附图说明

图1为本发明导丝头结构示意图；

图2为本发明导丝头中加热辊结构示意图；

图3为本发明导丝头中旋转机构结构示意图；

图4为本发明导丝头中平移机构结构示意图；

图1中：

100放卷导向辊，101加热辊，102温度传感器，103张力传感器辊，104张力传感器，105测速辊，106速度编码器，107丝束汇聚辊；108旋转机构，109丝嘴支架，110分线梳，111丝嘴加热辊，112热风机，113导丝头箱体。

图2中：

200辊子轴，201辊子外套，202弹性挡圈，203深沟球轴承，204加热器，205匀热衬套，206止动挡圈与207圆螺母。

图3中：

300齿轮箱体，301旋转转盘，302转轴、303轴承，304小齿轮、305大齿轮，306伺服电机。

图4中：

401连接板，402拖动平台，403丝杠螺母结构，404小同步带轮，405大同步带轮，406同步带，407伺服电机B。

具体实施方式

本发明缠绕机多功能导丝头,包括导丝头箱体113、放卷导向辊100、加热辊101、温度传感器102、张力传感器辊103、张力传感器104、测速辊105、速度编码器106、丝束汇聚辊107、丝嘴加热辊111、丝嘴支架109、分线梳110、热风机112、旋转机构108与平移机构109，如图1、图4所示。

所述导丝头箱体113底部固定安装辊架，辊架上由前至后通过支架安装有放卷导向辊100、加热辊101、张力传感器辊103、测速辊105、丝束汇聚辊107；

其中，放卷导向辊100为4个，呈口字型设置，形成限位穿入通道，即：其中两个放卷导向辊100轴线垂直水平面设置，且位于同一竖直平面A内；另两个放卷导向辊100轴线与水平面平行设置，同样位于竖直平面B内。通过4个放卷导向辊100实现纤维运动过程中的限位。

加热辊101、张力传感器辊103、测速辊105、丝束汇聚辊107轴线均与水平面平行。其中，加热辊101上部竖直布置有温度传感器102，温度传感器102安装于导丝头箱体113上，通过温度传感器102测量的纤维温度，依据温度传感器102的反馈值调节加热辊101对纤维的加热温度。张力传感器辊103通过支架固定在张力传感器104上，张力传感器104固定与辊架上，纤维在张力传感器辊103上产生的压力可以由张力传感器104获得，通过换算得出纤维张力值。测速辊105的转轴一端通过联轴器连接速度编码器106，通过速度编码器106测量测速辊105的转速。丝束汇聚辊107用来对纤维进行汇聚，使纤维传导路径保持在加热辊101、张力传感器辊103、测速辊105的中部。上述加热辊101与张力传感器辊103的中心距离和张力传感器辊103与测速辊105的中心距离相同，并且加热辊101与测速辊105空间位置低于张力传感器辊103，由此保证张力传感器辊103上较大的包角，并且张力传感器104前后位置的纤维张力相同，从而使张力传感器104测得数据更加准确。测速辊105空间位置低于其前后的张力传感器辊103和丝束汇聚辊107，并且与张力传感器辊103和丝束汇聚辊107的中心距离相同，使速度编码器106测得数据更加准确。

本发明加热辊101与丝嘴加热辊111均采用下述结构：

如图2所示，加热辊101包括辊子轴200、辊子外套201、弹性挡圈202、深沟球轴承203、加热器204、匀热衬套205、止动挡圈206与圆螺母207。其中，辊子轴200采用空心设计，内部作为走线通道。辊子轴200上套有加热器204，加热器204两端通过固定在辊子轴200上的定位螺钉定位，防止加热器204的轴向攒动。加热器204外套有匀热衬套205，保证加热器204均匀加热。均热外套205外侧套有辊子外套201，用于缠绕纤维；且辊子轴200两端分别通过一个深沟球轴承203与辊子外套201相连。两个深沟球轴承201的外圈通过辊子外套201内部周向上设计的台肩定位，其中一个深沟球轴承201内圈通过套接在辊子轴200上的弹性挡圈202定位。另一个深沟球轴承201通过在辊子轴200上套接的圆螺母207顶紧辊子轴200上套接的止动挡圈206，实现定位，同时实现两个深沟球轴承201间的相对定位。

如图3所示，所述旋转机构108设置于丝束汇聚辊107后方，包括齿轮箱体300、旋转转盘301、转轴302、轴承303、小齿轮304、大齿轮305与伺服电机A306。其中，旋转转盘301末端设计有连接轴，连接轴伸入齿轮箱体300，与齿轮箱体300前后两侧通过轴承303相连。旋转转盘301上沿轴向还开设有纤维通道。转轴302位于齿轮箱体300内；转轴302内圈套接在旋转转盘301的连接轴上，外圈与大齿轮305内圈套接；转轴302内外两面均为花键，使转轴302不会与旋转转盘301转动时产生相对运动。小齿轮304固定安装在伺服电机A306的输出轴上，且与大齿轮305啮合，形成一级减速结构；由此通过伺服电机A306驱动大齿轮305和小齿轮304传动，进而带动旋转转盘301转动。上述结构旋转机构中齿轮箱体300固定安装于导丝头箱体113上，且伺服电机A306通过辊架上设计的支撑台进行支撑。

所述丝嘴支架109水平设置，前端固定安装在旋转转盘301上，可随旋转转盘301一同转动。丝嘴支架109中部安装有分线梳110，后端通过支架安装有丝嘴加热辊111；转盘转动使丝嘴加热辊111根据缠绕方向变化，转动相应角度。

所述平移机构109安装在导丝头箱体113顶部，包括连接板401、拖动平台402、丝杠螺母结构403、小同步带轮404、大同步带轮405、同步带406与伺服电机B407，如图4所示。其中，连接板401与拖动平台402上下平行设置，连接板401与拖动平台402间设置有丝杠螺母结构403。丝杠螺母结构403中，丝杠沿前后方向设置，通过支架安装在连接板401下表面；螺母与拖动平台402固定。丝杠螺母结构403中，丝杠一端固定安装有大同步带轮405，大同步带轮405通过同步带与小同步带轮404相连；小同步带轮404固定在伺服电机B407的输出轴上，伺服电机B407固定在连接板401下表面。由此通过伺服电机B407驱动大同步带轮404与小同步带轮405传动，进行减速，驱动丝杠螺母结构403运动，实现拖动平台402前后方向的移动，进而实现本发明导丝头在X轴方向的直线运动。

所述热风机112通过安装架安装在导丝头箱体113上，出风口朝向丝嘴加热辊111，由此通过热风机112保证即将缠绕成型的纤维温度。

当纤维束经过上述结构的导丝头时，纤维穿过口字型布置的四个放卷导向辊100后，依次经加热辊101下方、张力传感器辊103上方、测速辊105下方、丝束汇聚辊107上方，经过丝束汇聚辊107进行汇聚后，穿过旋转机构108中旋转转盘301上的纤维通道，由分线梳110的齿状结构将多簇纤维束分离成单簇纤维；随后纤维由丝嘴加热辊111下方缠绕后，经丝嘴加热辊111再次进行加热后，最终缠绕需要成型的缠绕制品上。通过旋转机构使丝嘴加热辊111具有绕A轴旋转功能，同时通过平移机构109使本发明导丝头具有X方向直线运动功能，进而在纤维缠绕过程中适应缠绕制品外径的变化。

Claims (4)

1.一种缠绕机多功能导丝头,其特征在于：包括导丝头箱体、放卷导向辊、加热辊、温度传感器、张力传感器辊、张力传感器、测速辊、速度编码器、丝束汇聚辊、丝嘴加热辊、丝嘴支架、分线梳、旋转机构与平移机构；

所述放卷导向辊、加热辊、张力传感器辊、测速辊、丝束汇聚辊由前至后安装在导丝头箱体底部；其中，放卷导向辊为4个，呈口字型设置；加热辊、张力传感器辊、测速辊、丝束汇聚辊轴线均与水平面平行；加热辊上部竖直布置有温度传感器；张力传感器辊通过支架固定在张力传感器上，张力传感器固定于导丝头箱体上；测速辊的转轴一端通过联轴器连接速度编码器；丝束汇聚辊用来对纤维进行汇聚，使纤维传导路径保持在加热辊、张力传感器辊、测速辊的中部；

所述旋转机构设置于丝束汇聚辊后方，包括齿轮箱体、旋转转盘、小齿轮、大齿轮与伺服电机A；其中，旋转转盘与齿轮箱体间通过轴承相连；且通过伺服电机A驱动齿轮箱体内相互啮合的大齿轮与小齿轮转动，大齿轮与小齿轮的转动驱动旋转转盘转动；

所述丝嘴支架水平设置，前端固定安装在旋转转盘上；丝嘴支架中部安装有分线梳，后端通过支架安装有丝嘴加热辊；

所述平移机构安装在导丝头箱体顶部，包括连接板、拖动平台、丝杠螺母结构、小同步带轮、大同步带轮、同步带与伺服电机B；其中，连接板与拖动平台间设置有丝杠螺母结构；丝杠螺母结构通过伺服电机B驱动小同步带轮、大同步带轮、同步带构成的传动机构的传动运动，丝杠螺母结构的运动带动拖动平台前后方向移动。

2.如权利要求1所述一种缠绕机多功能导丝头,其特征在于：所述加热辊与张力传感器辊的中心距离和张力传感器辊与测速辊的中心距离相同，并且加热辊与测速辊空间位置低于张力传感器辊；测速辊空间位置低于其前后的张力传感器辊和丝束汇聚辊，并且与张力传感器辊和丝束汇聚辊的中心距离相同，使速度编码器测得数据更加准确。

3.如权利要求1所述一种缠绕机多功能导丝头,其特征在于：所述加热辊与丝嘴加热辊均采用下述结构：

加热辊包括辊子轴、辊子外套、弹性挡圈、深沟球轴承、加热器、匀热衬套；其中，辊子轴采用空心设计，内部作为走线通道；辊子轴上套有加热器；加热器外套有匀热衬套，保证加热器均匀加热；匀热衬套外侧套有辊子外套；且辊子轴两端分别通过轴承与辊子外套相连。

4.如权利要求1所述一种缠绕机多功能导丝头,其特征在于：所述导丝头箱体上安装有热风机，出风口朝向丝嘴加热辊。