CN107059252A - 一种变直径回转体织物针刺成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变直径回转体针刺成型设备，包括机架、针刺机构、压力反馈及调节装置、模具旋转机构和模具升降机构；针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构从上到下依次设置，针刺机构和模具升降机构均设在机架上，模具旋转机构设在模具升降机构上、在模具升降机构的带动下升降，压力反馈及调节装置设在针刺机构上。本发明变直径回转体针刺成型设备，实现了针刺纤维多层变直径回转体准三维预制体生产，主要解决现有工艺操作过程中生产效率低、成本高和产品质量稳定性差等问题，并通过压力反馈及调节装置实现剥网板在线压力监测及调节，有效控制针刺产品密度，实现高精度针刺成型；本发明结构简单，操作方便，适于产业化生产。

Description

一种变直径回转体织物针刺成型设备

技术领域

本发明涉及一种变直径回转体织物针刺成型设备，属于织物针刺成型领域。

背景技术

针刺成型设备用于叠层针刺多层纤维层制备高性能三维预制体，三维预制体主要应用于航空航天等领域，针刺工艺在三维预制体制备上具有快速、高效、成本低等特点，已经广泛应用。目前针刺成型设备已经实现平板、等直径筒形等特定类型的预制体针刺成型。

平板针刺机，区别于普通无纺针刺机，虽在机械结构上有很大创新和优化，但是仅用于平板类产品的针刺成型，无法实现回转体织物成型。

环形针刺复合机，通过将平板针刺机平面的托网板改成环形辊筒，用于等直径回转体类产品的针刺成型，但无法实现变直径回转体针刺成型。

申请号为201220461612.7的专利介绍了一种异型数控针刺机，采用悬臂式结构的针刺装置能满足多品种特定形态壳体的针刺成型，但是由于采用小针板针刺，针刺效率较低，且对大长径比的回转体产品针刺成型难度大。

目前平板类产品针刺成型设备已经相对成熟，对于回转体类产品针刺成型仍存在很多问题，尤其是变直径回转体快速高效针刺成型的设备鲜有介绍，且现有的针刺设备存在产品分层，层密度不均的问题。

发明内容

针对现有变直径回转体类产品针刺成型无法实现及回转体针刺成型过程中存在产品分层，层密度不均的问题，本发明设计了一种变直径回转体织物针刺成型设备。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种变直径回转体针刺成型设备，包括机架、针刺机构、压力反馈及调节装置、模具旋转机构和模具升降机构；针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构从上到下依次设置，针刺机构和模具升降机构均设在机架上，模具旋转机构设在模具升降机构上、在模具升降机构的带动下升降，压力反馈及调节装置设在针刺机构上。

模具旋转机构中的模具可根据产品外形设计成相应的产品外形的形状，模具旋转机构在模具升降机构的带动下完成织造过程中的升降；压力反馈及调节装置反馈针刺机构中剥网板压力变化，并根据织物要求，通过调节压力来满足层密度要求。

为了提高针刺质量，针刺机构包括伺服电机1、皮带轮组、主轴、一对外侧双向凸轮、一对内侧双向凸轮、两个内侧连杆、两个外侧连杆、针梁、仿形针板和仿形剥网板；伺服电机1固定在机架顶部，伺服电机1通过皮带轮组驱动主轴旋转；一对外侧双向凸轮和一对内侧双向凸轮均安装在主轴上、且在主轴上上下往复运动，其中，一对内侧双向凸轮位于一对外侧双向凸轮之间；一对内侧双向凸轮分别通过两个内侧连杆与针梁连接，仿形针板固定在针梁上；一对外侧双向凸轮分别通过两个外侧连杆与仿形剥网板连接，仿形剥网板位于针梁下方，压力反馈及调节装置安装在外侧连杆与仿形剥网板之间。

本申请伺服电机是作为动力源的。本申请的上下、顶部底部等方位词，均指装置正常使用时的相对位置。

为了提高压力反馈和调节的准确性，压力反馈及调节装置包括压力传感器和压力调节装置；压力调节装置包括压力调节弹簧和导向杆，导向杆穿过压力调节弹簧，导向杆一端与外侧连杆连接、另一端通过压力传感器与仿形剥网板连接。

压力传感器反馈剥网板压力变化，压力调节装置通过压力传感器的反馈值，根据织物设计的公分层数，通过调节压力弹簧来满足层密度要求。

为了提高压力反馈的准确性，同时降低成本、简化结构，节约空间，压力传感器为薄片式压力传感器。进一步优选，薄片式压力传感器的厚度为0.2mm、响应时间为＜50ms。

为了保证织物针刺质量，同时简化结构、降低成本，模具升降机构包括伺服电机3、蜗轮蜗杆装置、导轨和升降平台；导轨有两道、相对设置在机架的两侧；伺服电机3固定在机架上，通过联轴器与蜗轮蜗杆装置连接；蜗轮蜗杆装置固定在机架上，蜗轮蜗杆的上部与升降平台连接、并带动升降平台上下移动；升降平台两端分别滑动联接在两道导轨内。

为了保证织物针刺质量，同时简化结构、降低成本，模具旋转机构包括伺服电机2、伞齿轮组、模具固定座、模具固定轴和模具；伺服电机2固定在升降平台上、并通过联轴器与伞齿轮组连接，伞齿轮组输出端与模具固定轴连接，模具固定轴与模具的一端连接，模具的另一端通过轴承固定在模具固定座上，模具固定座固连在升降平台上。

作为本申请的优选方案，上述伞齿轮组包括大伞齿、小伞齿、小伞齿连接轴和固定座；大伞齿和小伞齿成90°啮合；小伞齿通过小伞齿连接轴和固定座联接，小伞齿连接轴和伺服电机2连接，固定座固定在升降平台上。

本申请仿形针板可根据产品外形设计，本申请仿形是指保证针板和剥网板外形与模具沿母线的外形轮廓相贴合，可用于规则等直径和变直径模具仿形，仿形针板植针密度根据织物要求可设计，保证针刺质量和针刺效率；仿形针板针孔可任意设计方向，材料选用优质镁铝合金，保证使用性能；仿形剥网板尺寸按照仿形针板的尺寸设计，保证对织物的“压实”效果。

本申请模具进一步优选为8字型，针板和剥网板外形与模具沿母线的外形轮廓相贴合。

为了方便操作，提高效率，变直径回转体针刺成型设备，还包括控制系统，控制系统包括人机界面、PLC可编程逻辑控制器、与所述伺服电机联接的控制器及用于检测压力的压力传感器，实现针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构的相互协调运动，以及剥网板压力反馈的闭环控制。结合本申请公开的内容及现有技术可顺利实现自动化控制。

上述伺服电机包括伺服电机1-3。

在针刺工艺前需要将网胎和基布组成的单元层均匀缠铺在模具上，针刺完成后叠层缠铺，继续针刺，最后达到产品厚度。

本申请变直径回转体针刺成型设备用于针刺纤维多层变直径回转体织物，主要解决现有工艺操作过程中变直径回转体快速高效成型，同时剥网板具有压力反馈及调节装置，解决产品分层，层密度不均的问题，实现机械化、高精度的变直径回转体针刺成型。

本申请变直径回转体针刺成型设备也可用于等直径回转体针刺成型。

在生产过程中，针刺机构中伺服电机1通过皮带轮组驱动主轴转动，主轴转动带动两个内侧双向凸轮(一对内侧双向凸轮)及双向凸轮连接的内外侧连杆上下往复运行，进而驱动仿形针板往复针刺，同时模具旋转机构中伺服电机2通过驱动伞齿轮组驱动缠铺好纤维的模具按照工艺要求的速率均匀旋转，进行仿形针刺，模具旋转一周后，其升降机构通过伺服电机3驱动蜗轮蜗杆装置控制升降平台下降，然后进行纤维缠铺，如此往复至一定厚度的预制体。整个针刺过程中，压力传感器在线检测仿形剥网板的压力值用于反馈针刺织物的层间均匀性，通过压力调节装置进行实时调节，达到产品设计的层密度，同时保证内部均匀。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明变直径回转体针刺成型设备，实现了针刺纤维多层变直径回转体准三维预制体生产，主要解决现有工艺操作过程中生产效率低、成本高和产品质量稳定性差等问题，并通过压力反馈及调节装置实现剥网板在线压力监测及调节，有效控制针刺产品密度，实现高精度针刺成型；本发明结构简单，操作方便，适于产业化生产。

附图说明

图1是本发明变直径回转体针刺成型设备结构示意图；

图2是图1左视图；

图3是本发明变直径回转体针刺成型设备针刺机构局部视图；

图4是本发明变直径回转体针刺成型设备压力反馈及调节装置局部视图；

图5是本发明变直径回转体针刺成型设备模具旋转机构和升降机构局部视图；

图中，1-机架；2-针刺机构，2-1-伺服电机1，2-2-皮带轮组，2-3-主轴，2-4-双向凸轮，2-5-内侧连杆，2-6-外侧连杆，2-7-针梁，2-8-仿形针板，2-9-仿形剥网板；3-压力反馈及调节装置，3-1-压力传感器，3-2-压力调节装置，3-2-1-压力调节弹簧，3-2-2-导向杆；4-模具旋转机构，4-1-伺服电机2、4-2-伞齿轮组、4-3-模具固定座、4-4-模具固定轴，4-5-模具；5-模具升降机构，5-1-伺服电机3、5-2-蜗轮蜗杆装置、5-3-导轨，5-4-升降平台。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图所示，变直径回转体针刺成型设备，包括机架、针刺机构、压力反馈及调节装置、模具旋转机构和模具升降机构；

针刺机构包括伺服电机1、皮带轮组、主轴、一对外侧双向凸轮、一对内侧双向凸轮、两个内侧连杆、两个外侧连杆、针梁、仿形针板和仿形剥网板；伺服电机1固定在机架顶部，伺服电机1通过皮带轮组驱动主轴旋转；一对外侧双向凸轮和一对内侧双向凸轮均安装在主轴上、且在主轴上上下往复运动，其中，一对内侧双向凸轮位于一对外侧双向凸轮之间；一对内侧双向凸轮分别通过两个内侧连杆与针梁连接，仿形针板固定在针梁上；一对外侧双向凸轮分别通过两个外侧连杆与仿形剥网板连接，仿形剥网板位于针梁下方，压力反馈及调节装置安装在外侧连杆与仿形剥网板之间。

压力反馈及调节装置包括压力传感器和压力调节装置；压力调节装置包括压力调节弹簧和导向杆，导向杆穿过压力调节弹簧，导向杆一端与外侧连杆连接、另一端通过压力传感器与仿形剥网板连接。压力传感器反馈剥网板压力变化，压力调节装置通过压力传感器的反馈值，根据织物设计的公分层数，通过调节压力弹簧来满足层密度要求。压力传感器为薄片式压力传感器，厚度为0.2mm、响应时间为＜50ms。

模具升降机构包括伺服电机3、蜗轮蜗杆装置、导轨和升降平台；导轨有两道、相对设置在机架的两侧；伺服电机3固定在机架上，通过联轴器与蜗轮蜗杆装置连接；蜗轮蜗杆装置固定在机架上，蜗轮蜗杆的上部与升降平台连接、并带动升降平台上下移动；升降平台两端分别滑动联接在两道导轨内。

模具旋转机构包括伺服电机2、伞齿轮组、模具固定座、模具固定轴和模具；伺服电机2固定在升降平台上、并通过联轴器与伞齿轮组连接，伞齿轮组输出端与模具固定轴连接，模具固定轴与模具的一端连接，模具的另一端通过轴承固定在模具固定座上，模具固定座固连在升降平台上。

模具为8字型，针板和剥网板外形与模具沿母线的外形轮廓相贴合。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：伞齿轮组包括大伞齿、小伞齿、小伞齿连接轴和固定座；大伞齿和小伞齿成90°啮合；小伞齿通过小伞齿连接轴和固定座联接，小伞齿连接轴和伺服电机2连接，固定座固定在升降平台上。

实施例3

与实施例1基本相同，所不同的是：变直径回转体针刺成型设备还包括控制系统，控制系统包括人机界面、PLC可编程逻辑控制器、与所述伺服电机联接的控制器及用于检测压力的压力传感器，实现针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构的相互协调运动，以及剥网板压力反馈的闭环控制。

上述各例设备针刺工艺前需要将网胎和基布组成的单元层均匀缠铺在模具上，针刺完成后叠层缠铺，继续针刺，最后达到产品厚度。

在生产过程中，针刺机构中伺服电机1通过皮带轮组驱动主轴转动，主轴转动带动两个双向凸轮及其连接的内侧连杆和外侧连杆上下往复运行，进而驱动仿形针板往复针刺，同时模具旋转机构中伺服电机2通过驱动伞齿轮组带动模具按照工艺要求的速率均匀旋转，旋转一周或数周后时，模具升降机构中通过伺服电机3驱动蜗轮蜗杆装置控制升降平台下降，如此往复直到一定厚度的预制体，在整个针刺过程中，压力传感器通过在线检测仿形剥网板的压力值，有效反馈织物层密度，并通过压力调节装置进行在线调节，达到产品设计的层密度，同时保证内部均匀。

Claims (10)

1.一种变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：包括机架、针刺机构、压力反馈及调节装置、模具旋转机构和模具升降机构；针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构从上到下依次设置，针刺机构和模具升降机构均设在机架上，模具旋转机构设在模具升降机构上、在模具升降机构的带动下升降，压力反馈及调节装置设在针刺机构上。

2.根据权利要求书1所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：针刺机构包括伺服电机1、皮带轮组、主轴、一对外侧双向凸轮、一对内侧双向凸轮、两个内侧连杆、两个外侧连杆、针梁、仿形针板和仿形剥网板；伺服电机1固定在机架顶部，伺服电机1通过皮带轮组驱动主轴旋转；一对外侧双向凸轮和一对内侧双向凸轮均安装在主轴上、且在主轴上上下往复运动，其中，一对内侧双向凸轮位于一对外侧双向凸轮之间；一对内侧双向凸轮分别通过两个内侧连杆与针梁连接，仿形针板固定在针梁上；一对外侧双向凸轮分别通过两个外侧连杆与仿形剥网板连接，仿形剥网板位于针梁下方，压力反馈及调节装置安装在外侧连杆与仿形剥网板之间。

3.根据权利要求书2所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：压力反馈及调节装置包括压力传感器和压力调节装置；压力调节装置包括压力调节弹簧和导向杆，导向杆穿过压力调节弹簧，导向杆一端与外侧连杆连接、另一端通过压力传感器与仿形剥网板连接。

4.根据权利要求书3所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：压力传感器为薄片式压力传感器。

5.根据权利要求书4所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：薄片式压力传感器的厚度为0.2mm、响应时间为＜50ms。

6.根据权利要求书2-5任意一项所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：模具升降机构包括伺服电机3、蜗轮蜗杆装置、导轨和升降平台；导轨有两道、相对设置在机架的两侧；伺服电机3固定在机架上，通过联轴器与蜗轮蜗杆装置连接；蜗轮蜗杆装置固定在机架上，蜗轮蜗杆的上部与升降平台连接、并带动升降平台上下移动；升降平台两端分别滑动联接在两道导轨内。

7.根据权利要求书6所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：模具旋转机构包括伺服电机2、伞齿轮组、模具固定座、模具固定轴和模具；伺服电机2固定在升降平台上、并通过联轴器与伞齿轮组连接，伞齿轮组输出端与模具固定轴连接，模具固定轴与模具的一端连接，模具的另一端通过轴承固定在模具固定座上，模具固定座固连在升降平台上。

8.根据权利要求书7所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：伞齿轮组包括大伞齿、小伞齿、小伞齿连接轴和固定座；大伞齿和小伞齿成90°啮合；小伞齿通过小伞齿连接轴和固定座联接，小伞齿连接轴和伺服电机2连接，固定座固定在升降平台上。

9.根据权利要求书7所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：还包括控制系统，控制系统包括人机界面、PLC可编程逻辑控制器、与伺服电机联接的控制器及用于检测压力的压力传感器，实现针刺机构、模具旋转机构和模具升降机构的相互协调运动，以及剥网板压力反馈的闭环控制。

10.根据权利要求书7所述的变直径回转体针刺成型设备，其特征在于：模具为8字型，针板和剥网板外形与模具沿母线的外形轮廓相贴合；针刺前需要将网胎和基布组成的单元层均匀缠铺在模具上，针刺完成后叠层缠铺，继续针刺，最后达到产品厚度。