CN107020757A - 碳纤维复合材料生产线及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维复合材料机械自动化设备技术领域，尤其涉及碳纤维复合材料生产线及生产方法，其包括自动转运装置以及设置在自动转运装置侧边的成型碳纤维复合材料零件的碳纤维成型装置、冷却碳纤维复合材料零件的冷却装置、对碳纤维复合材料零件进行切边的切边装置和清除碳纤维复合材料上杂物的清洗装置；该生产线及生产方法能够全自动化生产碳纤维复合材料，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率。

Description

碳纤维复合材料生产线及生产方法

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料机械自动化设备技术领域，尤其涉及碳纤维复合材料生产线及生产方法。

背景技术

随着科技的进步，各种碳纤维材料不断涌现，光是在汽车上，内饰、整体框架、燃料罐、座椅加热垫、轮毂、碳纤维汽车方向盘、碳纤维汽车行李箱盖等都可以用碳纤维来制作。碳纤维覆盖了很多行业，而且还在不断扩张中。它给我们的生活带来了更有品质的生活，给我们提供了更舒适、更安全的环境。

碳纤维复合材料生产在生产的过程中，工件需要从一道工序转运到另一道工序，且转运的过程中下一道工序对工件的不同面进行加工，这样就需要对工件进行翻转，以适应不同面的加工，然而工件的有些表面已经加工过就不适宜吸盘对其进行吸附，以防止对已加工的表面进行破坏。

公布号为CN103803324A的中国专利公开了一种板材翻转装置及其翻转方法，包括支座架、承料台、升降装置、吸盘转座、吸盘架、吸盘、水平移动装置，所述升降装置和水平移动装置分别驱动所述吸盘转座竖直和水平运动，所述吸盘转座连接所述吸盘架，所述吸盘架上连接所述吸盘，所述吸盘在静止时保持在吸盘架顶部。它是利用吸盘和工件吸附后重心位置相对于吸盘转座偏心的特点，来实现对工件的180度翻转。该装置存在以下的一些问题：一、该板材翻转装置的承料台为两平行的支架，使得翻转后放置于其上的材料不够平稳；二、该板材翻转装置依靠偏心和重心的作用，通过升降装置和吸盘转座的配合实现材料的翻转，翻转误差大，效率低，装置间的协调繁琐。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供碳纤维复合材料生产线及生产方法，该生产线及生产方法能够全自动化生产碳纤维复合材料，能够实现对零件的上下两面可选择性吸附并进行上下翻转，灵活性强，保证材料翻转后的平稳性，提高翻转精度，减少翻转和转运所需时间，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

碳纤维复合材料生产线，包括自动转运装置以及设置在自动转运装置侧边的成型碳纤维复合材料零件的碳纤维成型装置、翻转工作台、冷却碳纤维复合材料零件的冷却装置、对碳纤维复合材料零件进行切边的切边装置和清除碳纤维复合材料上杂物的清洗装置；自动转动装置在碳纤维成型装置、翻转工作台、冷却装置、切边装置和清洗装置之间转运碳纤维复合材料零件，包括水平移动轨道、设置在水平移动轨道上可水平移动的行走底座和固定在行走底座上的机器人，机器人的机械臂上连接有吸盘支架，吸盘支架安装有真空吸盘，机器人带动吸盘支架上下翻转和竖直方向移动。

其中，所述自动转运装置的侧边靠近冷却装置设置有翻转工作台，翻转工作台的形状与碳纤维复合材料零件相贴合，翻转工作台面对机器人的侧面上设置有供吸盘支架上下运动的通道，通道的宽度大于真空吸盘的宽度且通道的深度大于真空吸盘的高度。

其中，所述碳纤维成型装置包括薄壁表面构件成型装置和支撑构件成型装置；薄壁表面构件成型装置用于成型薄壁表面构件，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布，支撑构件成型装置用于成型支撑构件，支撑构件中的增强纤维呈随机分布。

其中，所述切边装置包括切边铣刀、定位装置和负压吸气式除尘装置，切边铣刀设置在机器人的侧边且由机器人带动水平移动，定位装置固定被切边零件的位置，定位装置与机器人之间设置有感应相互位置的传感器，负压吸气式除尘装置利用负压去除切边装置产生的含碳纤维的粉尘。

其中，所述机器人包括依次顺序连接的转盘、第一机械臂、第二机械臂和旋转关节，转盘设置于行走底座上，第一机械臂下端与转盘转动副连接，第一机械臂下端与行走底座转动副连接，第一机械臂上端与第二机械臂一端转动副连接，第二机械臂另一端与旋转关节固定连接，旋转关节的转动部固定，旋转关节的转动部与吸盘支架固定连接。

其中，所述行走底座包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，驱动机构驱动行走底座在水平移动轨道上行走。

其中，所述驱动机构是伺服电机，传感器是一种与伺服电机相连接的编码器。

其中，所述水平移动轨道设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块。

采用上述碳纤维复合材料生产线生产碳纤维复合材料的方法，包含如下步骤：

第一步：碳纤维复合材料在碳纤维成型装置内成型；

第二步：自动转运装置的驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，同时机器人带动吸盘支架在竖直方向移动，从而使真空吸盘伸入成型装置内，吸附并取出已经成型的零件；

第三步：驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，带动机器人将零件转运至翻转工作台并将零件放置在翻转工作台的通道的上方，机器人带动吸盘支架伸入通道内；真空吸盘对零件的下表面进行吸附后上移至翻转工作台的上方后进行翻转；

第四步：驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，带动机器人将翻转后的零件送往冷却装置进行冷却；

第五步：机器人的真空吸盘从冷却装置取出成型零件，驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，带动机器人将冷却后的零件送往切边装置进行切边和除尘；

第六步：行走机器人的真空吸盘从切边装置取出切边后的零件，驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，带动机器人将切边后的零件送往清洗装置清洗进行清洗；

第七步：行走机器人从清洗装置取出清洗后的零件，堆放至成品区域。

本发明具有如下有益效果：

本发明的生产线及生产方法能够全自动化生产碳纤维复合材料，能够实现对零件的上下两面可选择性吸附并进行上下翻转，灵活性强，保证材料翻转后的平稳性，提高翻转精度，减少翻转和转运所需时间，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的自动转运装置的侧面结构示意图；

图3为本发明的机器人的结构示意图；

图4为本发明的翻转工作台的的结构示意图。

附图标记说明：

1-自动转运装置、11-水平移动轨道、111-机械挡块、12-行走底座、13-机器人、131-转盘、132-第一机械臂、133-第二机械臂、134-旋转关节、135-吸盘支架、136-真空吸盘、2-碳纤维成型装置、21-薄壁表面构件成型装置、22-支撑构件成型装置、3-翻转工作台、31-通道、4-冷却装置、5-切边装置、51-切边铣刀、52-定位装置、53-负压吸气式除尘装置、6-清洗装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1，碳纤维复合材料生产线，包括自动转运装置1、碳纤维成型装置2、翻转工作台3、冷却装置4、切边装置5和清洗装置6；

参见图2，所述自动转动装置包括水平移动轨道11、行走机构以及存储装置；

所述行走机构包括行走底座12和机器人13；

所述行走底座12在水平移动轨道11上行走，行走底座12包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，所述驱动机构驱动行走底座12在水平移动轨道11上行走。本实施例中，所述驱动机构是伺服电机，所述传感器是一种与伺服电机相连接的编码器。

参见图3，所述机器人13固定在行走底座12上，包括依次顺序连接的转盘131、第一机械臂132、第二机械臂133和旋转关节134，转盘131设置于行走底座12上，第一机械臂132下端与转盘131转动副连接，第一机械臂132下端与行走底座12转动副连接，第一机械臂132上端与第二机械臂133一端转动副连接，第二机械臂133另一端与旋转关节134固定连接，旋转关节134的转动部固定连接有吸盘支架135，吸盘支架135分成若干列，每列安装至少一个真空吸盘136，真空吸盘136的吸嘴以吸盘支架135为对称轴上下对称设置，机器人13带动吸盘支架135上下翻转和竖直方向移动。

所述水平移动轨道11设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块111。

所述存储装置存储机器人13的动作和停留位置等参数，机器人13在水平移动轨道11上行走，并将检测实时位置的传感器的读数以及机器人13的动作与运算于存储装置中存有的机器人13的动作和停留位置等参数做比较，根据比较的结果，反馈到机器人13，控制机器人13的动作，在某个设定的停留位置完成特定的动作。

所述碳纤维成型装置2、翻转工作台3、冷却装置4、切边装置5和清洗装置6依次设置在水平移动轨道11的侧边。

具体的，所述碳纤维成型装置2设置在水平移动轨道11一端的端部前端，用于碳纤维复合材料的成型，具体的，所述碳纤维成型装置2是一种HP-RTM或RTM或SMC碳纤维成型装置；

所述碳纤维复合材料包括薄壁表面构件和支撑构件,薄壁表面构件和支撑构件相互胶合，薄壁表面构件的碳纤维丝形成平行于薄壁表面构件的成型面的分布，支撑构件的碳纤维丝随机分布，薄壁表面构件和支撑构件二者的胶合实现了碳纤维复合材料更好的整体性能。

所述碳纤维成型装置2包括薄壁表面构件成型装置21和支撑构件成型装置22；

所述薄壁表面构件成型装置21用于成型薄壁表面构件，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布。本实施例中，所述薄壁表面构件成型装置21是一种铺设层状纤维的HP-RTM或RTM或SMC碳纤维成型装置。

所述支撑构件成型装置22用于制造支撑构件，支撑构件为一种纤维增强复合材料，支撑构件中的增强纤维呈随机分布。本实施例中，所述支撑构件成型装置22是纤维随机分布的SMC碳纤维成型装置2或纤维增强热塑性复合材料成型装置，具体包括LFT-D，LFT-G等。

所述翻转工作台3和冷却装置4分别设置在水平移动轨道11的一端的两侧且靠近碳纤维成型装置2设置。

参见图4，所述翻转工作台3的形状与所转运的零件相贴合，翻转工作台3面对机器人13的侧面上设置有供吸盘支架135上下运动的通道31，通道31的宽度大于真空吸盘136的宽度且通道31的深度大于真空吸盘136的高度。所转运的零件需要翻转时可以先放在翻转工作台3上，真空吸盘136在零件上方的时候可以直接吸取翻转工作台3上的零件；真空吸盘136在零件下方的时候，吸盘支架135的每个列都进入翻转工作台3对应的通道31中吸取零件，上下均不存在干涉的问题，然后通过直接翻转吸盘支架135，就可以实现零件的翻转，缩短了翻转零件时间，提高了工作效率。

所述冷却装置4对其上的零件进行吹风冷却。

所述切边装置5包括切边铣刀51和定位装置52；所述切边铣刀51设置在机器人13的侧边且由机器人13带动水平移动切割碳纤维复合材料零件，所述定位装置52固定被切边零件的位置，以便切边铣刀51更好的切割零件，所述定位装置52与机器人13之间设置有感应相互位置的传感器。优选的，所述切边装置5还包括负压吸气式除尘装置53，负压吸气式除尘装置53利用负压可以有效去除切边装置5产生的含碳纤维的粉尘。

所述清洗装置6为压缩空气的吹除装置。

利用上述生产线生产碳纤维复合材料的方法，包含如下步骤：

第一步：碳纤维复合材料在碳纤维成型装置2内成型；

第二步：自动转运装置1的驱动机构驱动行走底座12沿着水平移动轨道11移动，同时机器人13带动吸盘支架135在竖直方向移动，从而使真空吸盘136伸入成型装置内，吸附并取出已经成型的零件；

第三步：驱动机构驱动行走底座12沿着水平移动轨道11移动，带动机器人13将零件转运至翻转工作台3并将零件放置在翻转工作台3的通道31的上方，机器人13带动吸盘支架135伸入通道31内；真空吸盘136对零件的下表面进行吸附后上移至翻转工作台3的上方后进行翻转；

第四步：驱动机构驱动行走底座12沿着水平移动轨道11移动，带动机器人13将翻转后的零件送往冷却装置4进行吹风冷却；

第五步：机器人13的真空吸盘136从冷却装置4取出成型零件，驱动机构驱动行走底座12沿着水平移动轨道11移动，带动机器人13将冷却后的零件送往切边装置5，定位装置52固定冷却后的零件并由机器人13带动切边铣刀51对零件进行切割，同时负压吸气式除尘装置53工作，去除切边装置5产生的含碳纤维的粉尘；

第六步：行走机器人13的真空吸盘136从切边装置5取出切边后的零件，驱动机构驱动行走底座12沿着水平移动轨道11移动，带动机器人13将切边后的零件送往清洗装置6清洗进行清洗；

第七步：行走机器人13从清洗装置6取出清洗后的零件，堆放至成品区域。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.碳纤维复合材料生产线，其特征在于：包括自动转运装置（1）以及设置在自动转运装置（1）侧边的成型碳纤维复合材料零件的碳纤维成型装置（2）、冷却碳纤维复合材料零件的冷却装置（4）、对碳纤维复合材料零件进行切边的切边装置（5）和清除碳纤维复合材料上杂物的清洗装置（6）；自动转运装置（1）在碳纤维成型装置（2）、翻转工作台（3）、冷却装置（4）、切边装置（5）和清洗装置（6）之间转运碳纤维复合材料零件，其包括水平移动轨道（11）、设置在水平移动轨道（11）上可水平移动的行走底座（12）和固定在行走底座（12）上的机器人（13），机器人（13）的机械臂上连接有吸盘支架（135），吸盘支架（135）安装有真空吸盘（136），机器人（13）带动吸盘支架（135）上下翻转和竖直方向移动。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述自动转运装置（1）的侧边靠近冷却装置（4）设置有翻转工作台（3），翻转工作台（3）的形状与碳纤维复合材料零件相贴合，翻转工作台（3）面对机器人（13）的侧面上设置有供吸盘支架（135）上下运动的通道（31），通道（31）的宽度大于真空吸盘（136）的宽度且通道（31）的深度大于真空吸盘（136）的高度。

3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述碳纤维成型装置（2）包括薄壁表面构件成型装置（21）和支撑构件成型装置（22）；薄壁表面构件成型装置（21）用于成型薄壁表面构件，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布，支撑构件成型装置（22）用于成型支撑构件，支撑构件中的增强纤维呈随机分布。

4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述切边装置（5）包括切边铣刀（51）、定位装置（52）和负压吸气式除尘装置（53），切边铣刀（51）设置在机器人（13）的侧边且由机器人（13）带动水平移动，定位装置（52）固定被切边零件的位置，定位装置（52）与机器人（13）之间设置有感应相互位置的传感器，负压吸气式除尘装置（53）利用负压去除切边装置（5）产生的含碳纤维的粉尘。

5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述机器人（13）包括依次顺序连接的转盘（131）、第一机械臂（132）、第二机械臂（133）和旋转关节（134），转盘（131）设置于行走底座（12）上，第一机械臂（132）下端与转盘（131）转动副连接，第一机械臂（132）下端与行走底座（12）转动副连接，第一机械臂（132）上端与第二机械臂（133）一端转动副连接，第二机械臂（133）另一端与旋转关节（134）固定连接，旋转关节（134）的转动部固定，旋转关节（134）的转动部与吸盘支架（135）固定连接。

6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述行走底座（12）包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，驱动机构驱动行走底座（12）在水平移动轨道（11）上行走。

7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述驱动机构是伺服电机，传感器是一种与伺服电机相连接的编码器。

8.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线，其特征在于：所述水平移动轨道（11）设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块（111）。

9.采用权利要求1所述的碳纤维复合材料生产线生产碳纤维复合材料的方法，包含如下步骤：

第一步：碳纤维复合材料在碳纤维成型装置（2）内成型；

第二步：自动转运装置（1）的驱动机构驱动行走底座（12）沿着水平移动轨道（11）移动，同时机器人（13）带动吸盘支架（135）在竖直方向移动，从而使真空吸盘（136）伸入成型装置内，吸附并取出已经成型的零件；

第三步：驱动机构驱动行走底座（12）沿着水平移动轨道（11）移动，带动机器人（13）将零件转运至翻转工作台（3）并将零件放置在翻转工作台（3）的通道（31）的上方，机器人（13）带动吸盘支架（135）伸入通道（31）内；真空吸盘（136）对零件的下表面进行吸附后上移至翻转工作台（3）的上方后进行翻转；

第四步：驱动机构驱动行走底座（12）沿着水平移动轨道（11）移动，带动机器人（13）将翻转后的零件送往冷却装置（4）进行冷却；

第五步：机器人（13）的真空吸盘（136）从冷却装置（4）取出成型零件，驱动机构驱动行走底座（12）沿着水平移动轨道（11）移动，带动机器人（13）将冷却后的零件送往切边装置（5）进行切边和除尘；

第六步：行走机器人（13）的真空吸盘（136）从切边装置（5）取出切边后的零件，驱动机构驱动行走底座（12）沿着水平移动轨道（11）移动，带动机器人（13）将切边后的零件送往清洗装置（6）清洗进行清洗；

第七步：行走机器人（13）从清洗装置（6）取出清洗后的零件，堆放至成品区域。