CN107740224B - 一种含z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,包括移动工作台,钢针置换机构,送线机构,锁扣机构,张力控制机构及控制系统。移动工作台由伺服电机驱动,由Z向和Y向移动平台组成,设置有立体织物夹持装置;钢针置换机构由伺服电机驱动专用夹持器X向移动,完成夹紧取针;送线机构由伺服电机驱动送线针X向移动,将纱线送入立体织物;锁扣机构由步进电机驱动曲柄摇杆机构实现钩针往复摆动完成锁扣;张力控制机构由步进电机往复转动驱动储纱器往复移动,完成储纱、张力控制。本发明结构紧凑,设计新颖合理,实现了含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣的自动化,提高了生产效率和产品的一致性,实用性强,使用效果好,便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维立体织物缝合设备技术领域,尤其涉及一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置。
背景技术
碳纤维三维织物是近二十年来诞生的一种新型复合材料,是复合材料中异军突起的一支新秀,它以三维整体织物为增强体,其结构性显著改善了复合材料多方面的力学特性,从根本上克服了传统层合板层间剪切强度低而且易分层的缺点,在航空、航天、军工、汽车、医疗以及高级体育服务器等领域得到了广泛应用。然而,长期以来三维织物都采用人工编织方式进行,使得三维织物的成型效率低、人工劳动强度大、产品的一致性差。随着社会的进步和经济的发展,人工编织三维织物已不能碳纤维复合材料工艺的苛刻要求,因此轴棒法编织成型三维织物成型自动化需求迫切。
传统钢针置换及纤维锁扣工艺由两名工人协同工作完成。两名工人分别位于含Z向钢针立体织物的两侧,一侧的工人手持送线针将纱线穿过碳纤维三维织物,另一侧的工人将立体织物的钢针置换出,然后将送线针的纱线进行锁扣,完成一个循环。重复上述循环,完成碳纤维三维织物编织。这种编织方法需要两名工人协同作业,注意力高度集中,劳动强度大,效率低,人工成本昂贵。随着社会的进步和经济的发展,人工手动编织三维织物已不能满足市场的需求,急需一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置完成自动化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,提供一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,其结构紧凑,设计新颖合理,降低了劳动强度,提高了生产效率和产品的一致性,实现了含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣的自动化,缩短生产周期,降低生产成本。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,包括移动工作台,钢针置换机构,送线机构,锁扣机构和张力控制机构,所述移动工作台包括Z向移动平台Ⅰ和Y向移动平台Ⅱ,通过伺服电机驱动,该移动工作台上固定有含Z向钢针的立体织物夹紧装置;所述钢针置换机构由伺服电机Ⅲ驱动专用钢针夹持器X向移动,完成钢针取针、夹紧;所述送线机构由伺服电机Ⅳ驱动送线针X向移动,将纱线送入立体织物;所述锁扣机构由步进电机Ⅰ驱动曲柄摇杆机构实现钩针往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣;所述张力控制机构由步进电机Ⅱ往复转动驱动储纱装置往复移动,完成储纱、纱线张力控制。
所述移动工作台上安装有伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ,所述伺服电机Ⅰ通过驱动滚珠丝杠Ⅰ来带动移动平台Ⅰ在Z方向运动,所述伺服电机Ⅱ通过驱动滚珠丝杠Ⅱ来带动移动平台Ⅱ在Y方向运动,通过移动平台ⅠZ向的移动和移动平台ⅡY向的移动,对含Z向钢针立体织物的钢针进行定位,Z向移动平台Ⅰ设置有光轴,所述光轴与直线轴承配合,保证移动平台Ⅰ上下移动的平稳与垂直度;Y向移动平台Ⅱ的滚珠丝杠Ⅱ两侧设置有直线滑轨滑块组件Ⅰ,用来保证移动平台ⅡY向移动的直线度,Y向移动平台Ⅱ上设置有立体织物夹紧装置,用来保证立体织物夹紧,确定第一根置换刚针的基准。
所述钢针置换机构由伺服电机Ⅲ驱动专用钢针夹持器X向移动,采用直线滑轨滑块组件Ⅱ,保证其运动的直线度,所述钢针置换机构采用专用钢针夹持器,所述专用钢针夹持器包括楔形滑块和楔形薄壁夹持器,所述楔形滑块固定于直线滑轨滑块组件Ⅱ上,所述楔形薄壁夹持器由夹紧块Ⅰ夹紧固定,所述夹紧块Ⅰ通过连接块固连于滑块,在气缸的驱动下,往复直线运动,实现对钢针的夹紧与松弛。
所述送线机构由伺服电机Ⅳ驱动送线针X向移动,所述送线针通过夹紧块Ⅱ夹紧,所述夹紧块Ⅱ通过连接块固连于直线滑轨滑块组件Ⅲ,保证其运动的直线度,所述送线针经过抱针块将纱线平稳地送入立体织物。
所述锁扣机构由步进电机Ⅰ驱动曲柄摇杆机构实现钩针往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣。
所述张力控制机构由步进电机Ⅱ往复转动驱动同步带轮Ⅰ往复转动,另一端的同步带轮Ⅱ固定于支承座,同步带往复移动,储纱装置固定于同步带上随同步带往复移动,完成储纱、纱线张力控制。
本发明还包括控制系统,所述控制系统包括人机界面(触摸屏)、PLC可编程控制器、驱动器、伺服电机、步进电机、直线气缸、电磁阀及光电传感器;所述人机界面用于指令的输入与显示,可通过数据线与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,所述PLC可编程控制器向驱动器发出脉冲指令,所述移动工作台的运动对被置换钢针进行定位、钢针置换机构、送线机构和锁扣机构协同工作,所述光电传感器与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。
本发明移动工作台包括Z向移动平台Ⅰ和Y向移动平台Ⅱ,通过伺服电机驱动,移动工作台上固定有含Z向钢针的立体织物夹紧装置,通过Z向Y向的移动,保证钢针的精准定位;钢针置换机构由伺服电机Ⅲ驱动专用钢针夹持器X向移动,采用直线滑轨滑块组件Ⅱ保证移动的直线度,专用钢针夹持器包括楔形滑块和楔形薄壁夹持器,由气缸驱动楔形滑块,完成对钢针夹紧与松弛;送线机构由伺服电机Ⅳ驱动送线针X向移动,采用直线滑轨滑块组件Ⅲ保证移动的直线度,将纱线送入立体织物;钢针置换机构与送线机构的安装需同轴,待钢针置换机构夹紧钢针后,送线机构与钢针置换机构同步工作,完成钢针置换;锁扣机构由步进电机Ⅰ驱动曲柄摇杆机构实现钩针往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣;张力控制机构由步进电机Ⅱ驱动同步带轮Ⅰ往复转动,固连于同步带的储纱装置往复移动,完成储纱、纱线张力控制,实现纱线张力恒定,保证缝合质量。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明用于含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣,实现了钢针置换及纤维锁扣缝合的自动化,通过移动工作台的精准定位,钢针置换机构、送线机构和纤维锁扣机构协同工作,张力控制机构控制纱线张力恒定,保证了缝合质量,提高了产品一致性,极大的提高了产品的生产效率,降低了生产成本,实用性强,便于推广使用。
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,本发明的优点和实现方式将会更加明显,其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明,而不构成对本发明的任何意义上的限制,在附图中:
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明图1的俯视结构示意图
图3是本发明图1的左视结构示意图
图4是本发明的立体结构示意图
图5是本发明移动工作台结构示意图
图6是本发明钢针置换机构结构示意图
图7是本发明直线滑轨滑块组件Ⅱ结构示意图
图8是本发明专用钢针夹持器结构示意图
图9是本发明送线机构结构示意图
图10是本发明锁扣机构结构示意图
图11是本发明张力控制机构结构示意图
图12是本发明控制系统结构框图
图中:
1、移动工作台 2、钢针置换机构
3、送线机构 4、锁扣机构
5、张力控制机构 101、伺服电机Ⅰ
102、伺服电机Ⅱ 103、滚珠丝杠Ⅰ
104、移动平台Ⅰ 105、滚珠丝杠Ⅱ
106、移动平台Ⅱ 107、光轴
108、直线轴承 109、直线滑轨滑块组件Ⅰ
1010、立体织物夹紧装置 201、伺服电机Ⅲ
202、直线滑轨滑块组件Ⅱ 203、专用钢针夹持器
204、夹紧块Ⅰ 205、气缸
202-01、滑块 202-02、直线滑轨
203-01、楔形滑块 203-02、楔形薄壁夹持器
301、伺服电机Ⅳ 302、送线针
303、夹紧块Ⅱ 304、连接块
305、直线滑轨滑块组件Ⅲ 306、抱针块
401、步进电机Ⅰ 402、曲柄摇杆机构
403、钩针 501、步进电机Ⅱ
502、同步带轮1 503、同步带轮Ⅱ
504、支撑座 505、同步带
506、储纱装置
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1至图12所示,一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,包括移动工作台1,钢针置换机构2,送线机构3,锁扣机构4和张力控制机构5,所述移动工作台1包括Z向移动平台Ⅰ104和Y向移动平台Ⅱ106,通过伺服电机驱动,该移动工作台上固定有含Z向钢针的立体织物夹紧装置1010;所述钢针置换机构2由伺服电机Ⅲ201驱动专用钢针夹持器203X向移动,完成钢针取针、夹紧;所述送线机构3由伺服电机Ⅳ301驱动送线针302X向移动,将纱线送入立体织物;所述锁扣机构4由步进电机Ⅰ401驱动曲柄摇杆机构402实现钩针403往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣;所述张力控制机构5由步进电机Ⅱ501往复转动驱动储纱装置506往复移动,完成储纱、纱线张力控制。
所述移动工作台1上安装有伺服电机Ⅰ101和伺服电机Ⅱ102,所述伺服电机Ⅰ101通过驱动滚珠丝杠Ⅰ103来带动移动平台Ⅰ104在Z方向运动,所述伺服电机Ⅱ102通过驱动滚珠丝杠Ⅱ105来带动移动平台Ⅱ106在Y方向运动,通过移动平台Ⅰ104Z向的移动和移动平台Ⅱ106Y向的移动,对含Z向钢针立体织物的钢针进行定位,Z向移动平台Ⅰ104固有光轴107,所述光轴107与直线轴承108配合,保证移动平台Ⅰ104上下移动的平稳与垂直度;Y向移动平台Ⅱ106的滚珠丝杠Ⅱ105两侧固有直线滑轨滑块组件Ⅰ109,用来保证移动平台Ⅱ106Y向移动的直线度,Y向移动平台Ⅱ106固有立体织物夹紧装置1010,用来保证立体织物夹紧,确定第一根置换刚针的基准。
钢针置换机构2由等长的光轴进行定位,与送线机构3等高,并保证专用钢针夹持器203与送线302同轴。
所述钢针置换机构2由伺服电机Ⅲ201驱动专用钢针夹持器(203)X向移动,采用直线滑轨滑块组件Ⅱ202,保证其运动的直线度,所述钢针置换机构2采用专用钢针夹持器203,所述专用钢针夹持器203包括楔形滑块203-01和楔形薄壁夹持器203-02,所述楔形滑块203-01固定于直线滑轨滑块组件Ⅱ202上,所述楔形薄壁夹持器203-02由夹紧块Ⅰ204夹紧固定,所述夹紧块Ⅰ204通过连接块固连于滑块202-01,在气缸205的驱动下,往复直线运动,实现对钢针的夹紧与松弛。
当被置换钢针定位后,专用钢针夹持器203在伺服电机Ⅲ201的驱动下由钢针置换机构2原点向含Z向钢针立体织物移动,带钢针进入楔形薄壁夹持器203-02后,楔形滑块203-01在气缸205的作用下使楔形薄壁夹持器203-02发生弹性形变,完成对钢针的夹紧,然后向原点移动完成置换钢针。
同时,送线机构3由伺服电机Ⅳ301驱动送线针302X向移动,所述送线针302通过夹紧块Ⅱ303夹紧,所述夹紧块Ⅱ303通过连接块304固连于直线滑轨滑块组件Ⅲ305,保证其运动的直线度,所述送线针302经过抱针块306将纱线平稳地送入立体织物。
待钢针完全被置换出,含有纱线的送线针302完全穿过立体织物,锁扣机构4通过等长的光轴定位,保证钩针403与专用钢针夹持器203的轴向距离。
所述锁扣机构4由步进电机Ⅰ401驱动曲柄摇杆机构402实现钩针403往复摆动。
钩针403与含有纱线的送线针302相切,完成勾线,采用单边缝合方式完成锁扣。在钢针置换及纤维锁扣缝合过程中,通过纱线张力控制机构5,控制纱线张力,保证产品质量与一致性。
所述张力控制机构5由步进电机Ⅱ501往复转动驱动同步带轮Ⅰ502往复转动,另一端的同步带轮Ⅱ503固定于支承座504,同步带505往复移动,储纱装置506固定于同步带505上随同步带505往复移动,完成储纱、纱线张力控制。
待送线针302取到纱线后,送线针302回到原点,送线针302与储纱装置506的移动距离等长,含有纱线的送线针302在原点位置完成储纱,送线针302将纱线送入立体织物过程中,完成中点取纱线以减小摩擦力。送线时,送线针302与储纱装置506同步运动,保证纱线张力恒定。上述过程为一个循环,重复N个循环,完成钢针置换及纤维锁扣。
本发明还包括控制系统,所述控制系统包括人机界面(触摸屏)、PLC可编程控制器、驱动器、伺服电机、步进电机、直线气缸、电磁阀及光电传感器;所述人机界面用于指令的输入与显示,可通过数据线与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,所述PLC可编程控制器向驱动器发出脉冲指令,所述移动工作台1的运动对被置换钢针进行定位、钢针置换机构2、送线机构3和锁扣机构4协同工作,所述光电传感器与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。
工作人员在人机界面输入工作参数后,所述人机界面将数据传输到所述PLC可编程控制器上,从而控制相应的电动机和传感器工作,完成钢针置换及纤维锁扣,这样就会大大减少操作的复杂性并提高效率。
本发明用于含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣,实现了钢针置换及纤维锁扣缝合的自动化,通过移动工作台的精准定位,钢针置换机构、送线机构和纤维锁扣机构协同工作,张力控制机构控制纱线张力恒定,保证了缝合质量,提高了产品一致性,极大的提高了产品的生产效率,降低了生产成本,实用性强,便于推广使用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,其特征在于:包括移动工作台(1),钢针置换机构(2),送线机构(3),锁扣机构(4)和张力控制机构(5),所述移动工作台(1)包括Z向移动平台Ⅰ(104)和Y向移动平台Ⅱ(106),通过伺服电机驱动,该移动工作台上固定有含Z向钢针的立体织物夹紧装置(1010);所述钢针置换机构(2)由伺服电机Ⅲ(201)驱动专用钢针夹持器(203)X向移动,完成钢针取针、夹紧;所述送线机构(3)由伺服电机Ⅳ(301)驱动送线针(302)X向移动,将纱线送入立体织物;所述锁扣机构(4)由步进电机Ⅰ(401)驱动曲柄摇杆机构(402)实现钩针(403)往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣;所述张力控制机构(5)由步进电机Ⅱ(501)往复转动驱动储纱装置(506)往复移动,完成储纱、纱线张力控制;
所述钢针置换机构(2)由伺服电机Ⅲ(201)驱动专用钢针夹持器(203)X向移动,采用直线滑轨滑块组件Ⅱ(202),保证其运动的直线度,所述钢针置换机构(2)采用专用钢针夹持器(203),所述专用钢针夹持器(203)包括楔形滑块(203-01)和楔形薄壁夹持器(203-02),所述楔形滑块(203-01)固定于直线滑轨滑块组件Ⅱ(202)上,所述楔形薄壁夹持器(203-02)由夹紧块Ⅰ(204)夹紧固定,所述夹紧块Ⅰ(204)通过连接块固连于滑块(202-01),在气缸(205)的驱动下,往复直线运动,实现对钢针的夹紧与松弛;
所述送线机构(3)由伺服电机Ⅳ(301)驱动送线针(302)X向移动,所述送线针(302)通过夹紧块Ⅱ(303)夹紧,所述夹紧块Ⅱ(303)通过连接块(304)固连于直线滑轨滑块组件Ⅲ(305),保证其运动的直线度,所述送线针(302)经过抱针块(306)将纱线平稳地送入立体织物;
所述锁扣机构(4)由步进电机Ⅰ(401)驱动曲柄摇杆机构(402)实现钩针(403)往复摆动,采用单边缝合方式完成锁扣;
所述张力控制机构(5)由步进电机Ⅱ(501)往复转动驱动同步带轮Ⅰ(502)往复转动,另一端的同步带轮Ⅱ(503)固定于支承座(504),同步带(505)往复移动,储纱装置(506)固定于同步带(505)上随同步带(505)往复移动,完成储纱、纱线张力控制。
2.根据权利要求1所述的含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,其特征在于:所述移动工作台(1)上安装有伺服电机Ⅰ(101)和伺服电机Ⅱ(102),所述伺服电机Ⅰ(101)通过驱动滚珠丝杠Ⅰ(103)来带动移动平台Ⅰ(104)在Z方向运动,所述伺服电机Ⅱ(102)通过驱动滚珠丝杠Ⅱ(105)来带动移动平台Ⅱ(106)在Y方向运动,通过移动平台Ⅰ(104)Z向的移动和移动平台Ⅱ(106)Y向的移动,对含Z向钢针立体织物的钢针进行定位,Z向移动平台Ⅰ(104)设置有光轴(107),所述光轴(107)与直线轴承(108)配合,保证移动平台Ⅰ(104)上下移动的平稳与垂直度;Y向移动平台Ⅱ(106)的滚珠丝杠Ⅱ(105)两侧设置有直线滑轨滑块组件Ⅰ(109),用来保证移动平台Ⅱ(106)Y向移动的直线度,Y向移动平台Ⅱ(106)上设置有立体织物夹紧装置(1010),用来保证立体织物夹紧,确定第一根置换刚针的基准。
3.根据权利要求1所述的含Z向钢针立体织物钢针置换及纤维锁扣装置,其特征在于:还包括控制系统,所述控制系统包括人机界面、PLC可编程控制器、驱动器、伺服电机、步进电机、直线气缸、电磁阀及光电传感器;所述人机界面用于指令的输入与显示,可通过数据线与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,所述PLC可编程控制器向驱动器发出脉冲指令,所述移动工作台(1)的运动对被置换钢针进行定位、钢针置换机构(2)、送线机构(3)和锁扣机构(4)协同工作,所述光电传感器与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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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