CN105420933B - 一种多层碳布缝合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层碳布缝合装置，包括进行预刺和缝合植针的针刺机构，锁扣机构，夹持碳布的水平工作台；控制系统。针刺机构的主轴由步进电机驱动，主轴带动两个偏心轮转动，偏心轮带动连杆，连杆与针杆相连，一根为预刺针针杆，一根为植针针杆，在步进电机的驱动下实现两针杆做往复运动；锁扣机构主凸轮轴与步进电机相连，主凸轮轴安装有两个凸轮，主凸轮轴带动副凸轮轴上的勾针做往复摆动和轴向的往复运动，与针刺机构同步转动；工作台由X向移动平台和Y向移动平台组成，工作台上安装有步进电机，以实现放布支撑板的移动；该装置的预刺功能，减轻碳纱穿过碳布时的摩擦，降低对碳纱的损伤，实现多层碳布的缝合。

Description

一种多层碳布缝合装置

技术领域

本发明涉及一种碳纤维立体织物成型的多层碳布缝合装置。

背景技术

三维织物是近40年来发展起来的性能最优的纤维增强结构，主要用于航空、航天、汽车、医疗及新技术领域。多层碳布缝合技术是三维织物的一种成型技术，其工艺采用预先裁剪的方形碳布多层叠加抻平后放置在夹持碳布的水平工作台的碳布放置平台上，进行预刺和缝合植针的针刺机构带动两根针杆往复运动，锁扣机构在引纱针穿过碳布后进行锁扣。夹持碳布的水平工作台的移动可以精确控制针脚的大小和换行。

随着科学技术的进步，人们逐步将以往手工操作的流程、工艺与信息、微电子、自动化、精密制造等技术有机结合起来，以提高生产效率、降低劳动强度。与传统的手工操作相比，自动化生产装备具有操作准确，生产效率高，降低劳动强度，节省生产成本的优点。

科技论文“立体编制预制体用自动单针插刺机设计”(玻璃纤维2011(3)：18一20)介绍了一种自动单针插刺机用于三维编织预制体成型工艺过程中的单针插刺，实现单针插刺的自动化。该设备与传统手工单针插刺工艺相比，虽然具有单针插刺间距一致性好，生产效率高，劳动强度低等特点，可更好的适应三维编制预制体形状复杂化、大型化趋势要求等优点。但其不足之处在于：仅能实现单根钢针依次对多层碳布的预刺，刚针预刺之后需人工进行穿线，增加了生产周期，提高了生产成本，降低劳动效率。

与现有技术相比，本发明一种多层碳布缝合装置具有以下特点：该装置具有预刺功能，安装的预刺针略大于植针，可以减轻碳纱穿过碳布时的摩擦，降低对碳纱的损伤，实现多层碳布的缝合。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种多层碳布缝合装置，用于实现碳纤维立体织物的生产，通过连杆与两根针杆的往复运动，不仅实现了预刺功能，还实现了自动引线功能，两者结合实现了多层碳布缝合效果，提高了生产效率，同时预刺针略大于植针，预刺之后再进行植针缝合，垂直穿过碳纱，可以减少碳纱穿过碳布时的摩擦力，减少碳纱的损伤，提高装置工作效率和精度，以此实现碳布的缝合。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：进行预刺和缝合植针的针刺机构，锁扣机构，夹持碳布的水平工作台，控制系统；针刺机构的主轴由步进电机驱动带轮组从而带动主轴转动与针杆上下往复运动，针刺机构的转动平台与上支撑板之间采用高速轴承连接，针刺机构的转动平台的整体转动由人工完成，每次转动九十度，并由钢珠来固定转动后的位置，并通过传感器获取转动到的位置，以此控制夹持碳布的水平工作台的运动。；锁扣机构由步进电机驱动主凸轮轴转动，从而带动钩针主轴转动，主凸轮轴由一个盘形凸轮和一个圆柱凸轮组成，以此来带动钩针完成轴向的运动和往复的摆动，锁扣机构与下支撑板之间采用轴承连接，锁扣机构的转动与针刺机构的转动相配合；底部的夹持碳布的水平工作台分别由两个步进电机驱动两根正交放置的丝杠转动从而带动放布平台移动，夹持碳布的水平工作台在X，Y轴方向上每次移动的距离与时间间隔由针刺机构预刺针和引纱针的速度和两根针的间距，以及转动平台整体转动角的位置决定。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于涉及一种碳纤维立体织物成型的多层碳布缝合装置，实现了多层碳布的缝合，同时预刺针略大于植针，带有预刺功能，从而预刺之后，缝合植针带着碳纱通过预刺针孔进入多层碳布，可以减小碳纱穿过碳布时的摩擦，降低对碳纱的损伤，并可以提高多层碳布缝合效率。

如图11所示，通过速度瞬心法计算预刺针的速度，主轴圆心与主轴连杆的非固定圆心连线构成构件1，连杆圆心与连杆底部连接的预刺针构成构件2，预刺针速度未知。将预刺针以滑块3代替，主轴转速ω已知，通过作图得知速度瞬心点P₁₃，进而有公式(1)计算求出预刺针的穿刺速度V₃：

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明.

图1是本发明碳布缝合装置主视图

图2是本发明碳布缝合装置左视图

图3是本发明碳布缝合装置右视图

图4是本发明碳布缝合装置俯视图

图5是本发明碳布缝合装置示意图

图6是本发明装置的移动工作台主视图

图7是本发明装置的移动工作台左视图

图8是本发明装置的移动工作台俯视图

图9是本发明装置的移动工作台示意图

图10本发明碳布缝合装置控制系统框图

图11偏心轮结构原理图

图中：

100-步进电机1 101-1-(2)-大(小)带轮 102-联轴器

103-轴承挡板 104-连杆1 105-1-2-轴承挡板-偏心轮1

106-连杆2 107-主轴 108-轴承座

109-进行预刺和缝合植针的针刺机构 110-连接块

111-植针针杆 112-预刺针杆 113-植针

114-预刺针 115-传感器 116-连接板

117-上支撑板 118-连接支撑板 119-高速轴承

201-锁扣机构 202-钩针 203-步进电机2

204-弹性联轴器 205-主凸轮轴 206-支撑板

207-圆柱凸轮 208-盘形凸轮 209-从动件1

210-从动件2 211-钩针轴 212-从动件滚子

213-从动凸轮 214-直线轴承 301-夹持碳布的水平工作台

302-步进电机3 303-步进电机4 304-X移动平台

305-Y移动平台 306-X上滚珠丝杠 307-Y上滚珠丝杠

308-直线滑块导轨 309-支撑铝型材 310-碳布支撑板

311-碳布 312-压板 313-角铝

401-步进电机驱动器 402-PLC可编程控制器 403人机界面

具体实施方式

如图1所示，所述一种多层碳布缝合装置，包括进行预刺和缝合植针的针刺机构(109)的主轴(107)由步进电机1(100)驱动带轮组(101-1-2)进行，从而带动主轴的转动，转动同时带动两个偏心轮(105-1-2)上下往复运动，两者通过键联接，所述两个偏心轮(105-1-2)分别带有连杆1(104)和连杆2(106)，连杆与针杆相连，一根为植针针杆(111)，一根为预刺针杆(112)，，并带动两根针杆上下往复运动，两者的相位差为九十度，所述植针针杆(111)上有植针(113)，所述预刺针杆(112)上有预刺针(114)。所述针刺机构(109)与上支撑板(117)之间采用高速轴承(119)连接，每次可旋转180°。针刺机构的整体转动由人工完成，每次转动九十度，并由钢珠来固定转动后的位置，并通过传感器(115)获取转动到的位置，以此控制以下夹持碳布的水平工作台(301)的运动。如图3所示，所述锁扣机构(201)由步进电机(203)驱动主凸轮轴(205)转动，所述主凸轮轴(205)与步进电机2(203)之间通过弹性联轴器(204)连接，并通过滚珠轴承与支撑板(206)相连。所述主凸轮轴(205)上安装有两个凸轮，一个盘形凸轮(208)，一个圆柱凸轮(207)。所述主凸轮轴(205)通过两个凸轮以及从动件(209-210)带动钩针轴(211)转动，以此来完成钩针(202)的运动控制。所述盘形凸轮(208)通过从动件(209)和滚子(212)来控制钩针(202)沿钩针轴(211)径向的往复摆动，所述圆柱凸轮(207)通过从动件(210)来控制钩针(202)沿轴向的往复移动。所述钩针轴(211)安装有从动凸轮(213，)通过直线轴承(214)与支撑板(206)相连。整个锁扣机构与所述针刺机构同步转动。如图6所示，下部的夹持碳布的水平工作台(301)固定有步进电机3(302)和步进电机4(303)，所述步进电机3(302)通过驱动滚珠丝杠(306)来带动X-工作台(304)在X方向运动，以此控制针脚的换行。所述X-工作台(304)上固定有所述步进电机4(303)驱动滚珠丝杠(307)来控制Y-工作台(305)在Y方向运动，以此来控制针脚的大小。所述滚珠丝杠(306-307)两边分别有与所述滚珠丝杠平行的直线滑块导轨(308)，以防止所述夹持碳布的水平工作台(301)在移动过程中产生轻微的晃动。所述夹持碳布的水平工作台(301)通过四条支撑铝型材(309)与碳布放置平台连接，所述支撑铝型材通过角铝(313)固定在所述夹持碳布的水平工作台支撑板上(301)，以此实现所述碳布放置平台的移动。所述碳布放置平台上有碳布支撑板(310)，所述碳布支撑板上放有压板(312)，碳布(311)放置在所述压板(312)和所述碳布支撑板(310)之间，且所述压板上通过夹紧螺栓与所述碳布支撑板(310)连接。所述夹紧螺栓拧紧时，碳布被压紧，以免碳布缝合过程中滑动。所述步进电机1(100)带动主轴(107)旋转，以此带动两个偏心轮(105-1-2)上下往复运动，带动所述植针(113)开始向下运动，与此同时，锁扣机构也进行同步转动，当植针带着碳纱穿过碳布后，锁扣机构的钩针(202)将碳纱从针的一边勾住，然后将碳纱拉到一边，在植针退回去后能形成一定的开口，当植针再次穿过碳布时，钩针需要将碳纱的开口拉回到植针下方，以便植针从开口中通过，往复循环形成锁扣，将多层碳布缝合到一起，提高精度。

如图10所示，其控制系统包括：人机界面(403)、PLC可编程逻辑控制器(402)、与闭环步进电机联接的闭环步进电机驱动器(401)以及检测进行预刺和缝合植针的针刺机构转到位置和锁扣机构转到位置的传感器(115)。

所述人机界面(403)用于指令的输入与显示，所述人机界面(403)通过数据线与PLC可编程控制器相连，通过数据线将设定的参数输入到PLC可编程控制器中，PLC可编程控制器向所述步进电机驱动器(401)发出脉冲指令，从而控制所述进行预刺和缝合植针的针刺机构(109)的转动，锁扣机构(201)的转动，并带动针脚移动和换行的夹持碳布的水平工作台(301)的运动。所述传感器(115)通过数据线与PLC可编程控制器相连，并作出反馈，从而对位置和运动进行检测和控制。

工作人员在所述人机界面403输入需要的碳布缝合参数，所述人机界面403将数据传输到所述PLC可编程控制器402上，从而控制相应的电动机和传感器工作，叠层机织多层碳布缝合装置就可以完成多层碳布的缝合，这样就会大大减少操作的复杂性并提高效率。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种多层碳布缝合装置，其特征在于：包括进行预刺和缝合植针的针刺机构(109)，锁扣机构(201)，夹持碳布的水平工作台(301)，控制系统；所述针刺机构(109)的主轴(107)由步进电机1(100)驱动带轮组(101-1-2)进行，从而带动主轴的转动，转动同时带动两个偏心轮(105-1-2)上下往复运动，两者通过键联接，所述两个偏心轮(105-1-2)分别带有连杆1(104)和连杆2(106)，连杆与针杆相连，一根为植针针杆(111)一根为预刺针杆(112)，并带动两根针杆上下往复运动，两者的相位差为九十度，所述植针针杆(111)上有植针(113)，所述预刺针杆(112)上有预刺针(114)；针刺机构(109)与上支撑板(117)之间采用高速轴承(119)连接，每次可旋转180°；针刺机构的整体转动由人工完成，每次转动九十度，并由钢珠来固定转动后的位置，并通过传感器(115)获取转动到的位置，以此控制以下夹持碳布的水平工作台(301)的运动；所述锁扣机构(201)由步进电机2(203)驱动主凸轮轴(205)转动，所述主凸轮轴(205)与步进电机2(203)之间通过弹性联轴器(204)连接，并通过滚珠轴承与支撑板(206)相连；所述主凸轮轴(205)上安装有两个凸轮，一个盘形凸轮(208)，一个圆柱凸轮(207)；所述主凸轮轴(205)通过两个凸轮以及从动件(209-210)带动钩针轴(211)转动，以此来完成钩针(202)的运动控制；所述盘形凸轮(208)通过从动件(209)和滚子(212)来控制钩针(202)沿钩针轴(211)径向的往复摆动，所述圆柱凸轮(207)通过从动件(210)来控制钩针(202)沿轴向的往复移动；所述钩针轴(211)安装有从动凸轮(213，)通过直线轴承(214)与支撑板(206)相连；整个锁扣机构与所述针刺机构同步转动；下部的夹持碳布的水平工作台(301)固定有步进电机3(302)和步进电机4(303)，所述步进电机3(302)通过驱动滚珠丝杠(306)来带动X-工作台(304)在X方向运动，以此控制针脚的换行；所述X-工作台(304)上固定有所述步进电机4(303)驱动滚珠丝杠(307)来控制Y-工作台(305)在Y方向运动，以此来控制针脚的大小；所述滚珠丝杠(306-307)两边分别有与所述滚珠丝杠平行的直线滑块导轨(308)，以防止所述夹持碳布的水平工作台(301)在移动过程中产生轻微的晃动；所述夹持碳布的水平工作台(301)通过四条支撑铝型材(309)与碳布放置平台连接，所述支撑铝型材通过角铝(313)固定在所述夹持碳布的水平工作台支撑板上(301)，以此实现所述碳布放置平台的移动；所述碳布放置平台上有碳布支撑板(310)，所述碳布支撑板上放有压板(312)，碳布(311)放置在所述压板(312)和所述碳布支撑板(310)之间，且所述压板上通过夹紧螺栓与所述碳布支撑板(310)连接；所述夹紧螺栓拧紧时，碳布被压紧，以免碳布缝合过程中滑动；所述步进电机1(100)带动主轴(107)旋转，以此带动两个偏心轮(105-1-2)上下往复运动，带动所述预刺针进行预刺之后，预刺针杆上升，植针(113)开始向下运动，与此同时，锁扣机构也进行同步转动，当植针带着碳纱穿过碳布后，锁扣机构的钩针(202)将碳纱从针的一边勾住，然后将碳纱拉到一边，在植针退回去后能形成一定的开口，再次循环预刺针进行预刺，当植针再次穿过碳布时，钩针需要将碳纱的开口拉回到植针下方，以便植针从开口中通过，往复循环形成锁扣，将多层碳布缝合到一起。

2.根据权利要求书1所述多层碳布缝合装置，其特征在于：所述控制系统包括：人机界面(403)、PLC可编程逻辑控制器(402)、与闭环步进电机联接的闭环步进电机驱动器(401)以及检测预刺和缝合植针的针刺机构转到位置和锁扣机构转到位置的传感器(115)；所述人机界面(403)用于指令的输入与显示，所述人机界面(403)通过数据线与PLC可编程控制器相连，通过数据线将设定的参数输入到PLC可编程控制器中，PLC可编程控制器向所述步进电机驱动器(401)发出脉冲指令，从而控制所述进行预刺和缝合植针的针刺机构(109)的转动，锁扣机构(201)的转动，下部带动针脚移动和换行的夹持碳布的水平工作台(301)的运动；所述传感器(115)通过数据线与PLC可编程控制器相连，从而对位置和运动进行检测和控制。

3.根据权利要求2所述多层碳布缝合装置，其特征在于：所述可编程逻辑控制器(402)选用型号为VIGOR VB1-24MT-D。

4.根据权利要求2所述多层碳布缝合装置，其特征在于：所述闭环步进电机和闭环步进电机驱动器(401)选用型号为57BYG350CL-SASSML-0601。

5.根据权利要求2所述多层碳布缝合装置，其特征在于：所述人机界面(403)选用昆仑通态TPC1062KS型触摸屏和TPC7062KS型触摸屏中的一种。

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