CN108422685A - 一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，两伺服电机A驱动输出的两个齿轮沿X向长齿条转动，从而带动横向梁沿纵向梁滑动；伺服电机B驱动滑座沿横向梁滑动；伺服电机C驱动Z向丝杠旋转，从而带动滑枕沿滑座上下滑动；固定在固定体上的C轴回转机构带动C轴回转体沿C轴回转体的中心轴C轴旋转；A轴回转机构带动摆动体沿同轴心的两轴的轴心线A轴旋转；固定在摆动体上的C1轴回转机构带动纱架沿纱架中心轴C1轴旋转；铺丝头和铺丝头压辊固定在纱架的下端；控制系统控制C轴、C1轴、A轴回转机构和刹闸装置的动作；伺服电机D带动工件沿工件回转主轴旋转。本发明铺设精度高，速度快，铺设作业效率高，铺设质量稳定。

Description

一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备

技术领域

本发明涉及一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备。

背景技术

纤维复合材料广泛应用在飞机、航空航天、风电和交通运输等行业。目前的纤维增强复合材料的加工方式主要为手糊、真空袋、模压以及自动铺丝工艺。自动铺丝技术是未来飞机、航空航天、风电和交通运输领域重点发展的技术。但现有的自动铺丝设备广泛应用在飞机、航空航天以及军工领域，技术主要掌握在欧美国家，并对我国技术需要施加限制；国内技术人员也在抓紧研究，但只限于一些局部技术的改进，如专利号为201210150630.8，名称为自动铺设预浸丝的方法和设备的发明专利申请，解决了压辊遇到折边时翘起而导致预浸丝无法压实的技术问题；专利号为201710032960.X，名称为一种纤维缠绕铺层的工艺设备想要解决现有的纤维增强材料加工难度大的问题，研究了一种由固定的外环、外环内自由转动的内盘、内盘中定位孔中的套筒组成的一个设备。但由于没有其它技术的配合，不能应用于实际，而且在实际应用中到底能不能实现也是一个问题。目前国内尚没有一台完整的纤维复合材料自动铺丝设备，且国外一直对中国禁运该类设备，并进行技术封锁，所以国内对纤维复合材料的铺设都采用手工加工装铺设，其铺设精度差，速度慢，铺设作业效率低，铺放质量不稳定。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种铺设精度高，速度快，铺设作业效率高，铺设质量稳定的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，包括对称设置的两立柱、安装在两立柱上的两纵向梁、横向梁、滑座、滑枕、回转装置、包括控制伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C、伺服电机D、C轴回转机构、C1轴回转机构、A轴回转机构和刹闸装置的动作的运行控制系统、红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制装置的控制系统、包括纱架、铺丝头、铺丝头压辊和红外加热装置的铺丝头装置、工装夹具装置；

所述的两立柱置于地面上，两纵向梁上端外侧面上固定有X向长齿条；横向梁的两端底部分别安装底座Ⅰ，底座Ⅰ下端面安装滑块，底座Ⅰ带动横向梁在两纵向梁的滑道上滑动，两底座Ⅰ的侧面各固定有伺服电机A和与伺服电机A连接的减速机A，减速机A下端输出的两个齿轮与X向长齿条啮合连接；两伺服电机A驱动输出的两个齿轮沿X向长齿条转动，从而带动横向梁沿纵向梁滑动；

所述的滑座后端通过滑块安装在横向梁前端面上、下安装的直线导轨上，其后端还固定在丝母A上，丝母A螺纹连接在Y向丝杠上，Y向丝杠两端铰接在固定在横向梁内的丝杠铰接座上，其一端连接伺服电机B；伺服电机B驱动滑座沿横向梁滑动；

所述的滑座前端面上铰接固定有Z向丝杠，螺纹连接在Z向丝杠上的丝母B固定在滑枕的后端，滑枕还通过Z向丝杠两侧的直线导轨和滑块可滑动地连接在滑座前端；滑枕下端面固定在回转装置的固定体上端；伺服电机C驱动Z向丝杠旋转，从而带动滑枕沿滑座上下滑动；

所述的回转装置包括固定体、C轴回转体、C轴回转机构、摆动体、C1轴回转机构、纱架、铺丝头和A轴回转机构；轴承内圈固定在固定体下端伸出的固定耳A上，其外圈固定在C轴回转体上端伸出的固定耳B上；固定在固定体上的C轴回转机构带动C轴回转体沿C轴回转体的中心轴C轴旋转；摆动体下端部的同轴心的两轴其中与摆动体一体的轴铰接在C轴回转体开有的同轴心线的相对的两个的其中一个安装孔B内，另一个轴为固定在摆动体开有的孔内的A轴回转机构的输出轴，A轴回转机构固定在C轴回转体开有的另一个安装孔B内，A轴回转机构带动摆动体沿同轴心的两轴的轴心线A轴旋转；固定在摆动体上的C1轴回转机构带动纱架沿纱架中心轴C1轴旋转；铺丝头和铺丝头压辊固定在纱架的下端；摆动体上安装有刹闸装置；控制系统控制C轴回转机构、C1轴回转机构、A轴回转机构和刹闸装置的动作；

所述的工装夹具装置包括主动支撑座和从动支撑座；工件两端的回转主轴分别可旋转地安装在工装夹具装置的主动支撑座和从动支撑座上，主动支撑座固定在底座Ⅱ上，从动支撑座可前后滑动地固定在底座Ⅲ上；主动支撑座上固定有伺服电机D，伺服电机D带动工件沿工件回转主轴E轴旋转。

上述所述的C轴回转机构包括带减速器Ⅰ的伺服电机Ⅰ、带消隙机构的消隙小齿轮组、消隙大齿轮和联轴器；所述的固定体下端部的内圆上开有安装孔A，伺服电机Ⅰ的减速器Ⅰ通过联接件Ⅰ固定在安装孔A的壁上，带消隙机构的消隙小齿轮组安装在安装孔A内，消隙小齿轮组的主轴通过联轴器连接在减速器Ⅰ的输出轴上，消隙大齿轮与消隙小齿轮组的两小齿轮啮合，消隙大齿轮通过联接件Ⅱ固定到C轴回转体上端；伺服电机Ⅰ由所述的控制系统控制运行。需要旋转时伺服电机Ⅰ带动消隙小齿轮组转动，消隙小齿轮组带动消隙大齿轮旋转，消隙大齿轮带动C轴回转体沿C轴转动。此C轴回转机构结构简单，体积小，控制精确度高，铺丝设备的铺丝头实现了围绕C轴±180°旋转。

上述所述的A轴回转机构包括伺服电机Ⅱ和减速器Ⅱ，减速器Ⅱ的输出轴就是A轴回转机构的输出轴，该输出轴由螺钉固定在摆动体的安装孔C 内，减速器Ⅱ由螺钉固定在C轴回转体开有的另一个安装孔B内，伺服电机Ⅱ固定在减速器Ⅱ上；伺服电机Ⅱ由所述的控制系统控制运行。伺服电机Ⅱ带动减速器Ⅱ转动，从而带动摆动体沿A轴摆动，此A轴回转机构结构简单，体积小，控制精确度高，铺丝头实现了围绕A轴±45°摆动。

上述所述的C1轴回转机构包括伺服电机Ⅲ、双导程蜗杆和蜗轮；蜗轮下端固定蜗轮连接件，蜗轮连接件下端固定在纱架的法兰盘上；与蜗轮匹配连接的双导程蜗杆端部固定有同步带轮，其通过同步带连接在伺服电机Ⅲ输出的同步带轮上；伺服电机Ⅲ通过电机座固定到双导程蜗杆和蜗轮的外壳上，该外壳固定到摆动体的上端；伺服电机Ⅲ由所述的控制系统控制运行。伺服电机Ⅲ通过双导程蜗杆和蜗轮带动纱架沿C1轴旋转，此C1轴回转机构结构简单，体积小，控制精确度高，铺丝头实现了围绕C1轴±180°旋转。

上述所述的工装夹具装置还包括浮动辅助支撑装置；浮动辅助支撑装置包括箱体、两组工件支撑装置和两组对称分布在两组工件支撑装置两侧的浮动支撑装置；每组工件支撑装置包括固定套、导向套Ⅲ、导向杆Ⅱ、滚轮、滚轮轴、轴承、锁母和滚轮限位机构；导向杆Ⅱ下端固定在所述的底座Ⅱ上，固定套、导向套Ⅲ和箱体下端壁依次穿在导向杆Ⅱ上，导向套Ⅲ固定在箱体下端；滚轮轴两端固定在箱体的前后壁上，滚轮通过轴承固定在滚轮轴上；滚轮限位机构置于导向套Ⅲ内，限制滚轮向下移动，箱体可沿导向杆Ⅱ上下浮动；两个滚轮形成似V字形，工件主轴置于两个滚轮之间；每组浮动支撑装置包括碟簧、导向套Ⅰ、导向套Ⅱ、导向杆Ⅰ；导向杆Ⅰ下端固定在底座上，其上依次穿有碟簧、导向套Ⅱ和导向套Ⅰ；导向杆Ⅰ和导向套Ⅱ、导向套Ⅰ整体穿在箱体上下壁上开有的相匹配的上安装孔和下安装孔内，导向套Ⅱ下端固定在箱体下壁上，碟簧位于箱体下壁和底座之间；导向杆Ⅰ上端部有螺纹，锁母螺纹拧接在导向杆Ⅰ上，压接固定在导向套Ⅰ上，调节浮动距离。两组工件支撑装置的滚轮共同支撑工件主轴，工件安装在主动支撑座和从动支撑座上时，是先将工件两端的旋转轴安装在从动支撑座和支撑在浮动辅助支撑装置上，再将工件向主动支撑座方向推，安装在主动支撑座的旋转轴安装孔内；由于工件重量很重，旋转轴会弯曲，导致旋转轴不一定对准主动支撑座的旋转轴安装孔，这时在放工件前可调整锁母，使得两个滚轮形成似V字形的中心线与主动支撑座的旋转轴安装孔中心线同轴，同时拧限位机构的顶固螺钉，钢球被顶出法兰盘口，顶在固定套上，限制了滚轮向下移动，在这种情况下安装工件，将工件放到浮动辅助支撑和从动支撑座上，然后将工件推向主动支撑座，使工件主轴进入主动支撑座旋转轴安装孔内，可旋转地固位好，这时工件安装完毕，然后松开锁母和顶固螺钉，使得浮动支撑处于上下浮动状态。浮动支撑装置的碟簧支撑在箱体底部，锁母在导向杆Ⅰ 上的锁紧位置决定了箱体的高低，根据工件支撑装置需要浮动的幅度，调节锁母在导向杆Ⅰ上的锁紧位置，就能调节工件支撑装置浮动的幅度。本浮动辅助支撑装置结构简单，浮动可靠性高，有它使工件的安装变得简单可靠，且在工作过程中使旋转轴和支撑座的变形尺寸小，增加了旋转轴及主动支撑座的使用寿命。

上述所述的滚轮限位机构包括两组每组多个钢球；在导向杆Ⅱ两侧的导向套Ⅲ的壁内对称开有钢球的竖直容纳槽、横向容纳槽和横向封堵槽；横向容纳槽、横向封堵槽和竖直容纳槽形成互相贯穿的T型结构；钢球由固定在横向封堵槽内的堵头封堵，多个钢球置于竖直和横向容纳槽内，在横向容纳槽内固定有钢球的顶固螺钉；竖直容纳槽的底部出口处固定有法兰盘，法兰盘的内径小于钢球直径；拧紧顶固螺钉，钢球被顶出法兰盘口，顶在固定套上，起到限位作用，防止箱体带动滚轮向下移动；将顶固螺钉松开，钢球处于自由状态，箱体带动滚轮处于浮动状态，可以沿导向杆Ⅱ 上下浮动。该结构简单可调，容易安装，可靠性高。

上述所述的铺丝头装置的纱架包括纱架固定板和固定在纱架固定板上的多组每组由纱架安装轴、两个导向辊、涨紧辊、张力检测机构、伺服电机Ⅳ组成的纱线输送装置；所述的红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制系统包括CPU数控系统；纤维预浸带卷安装在纱架安装轴上，伺服电机Ⅳ带动纤维预浸带卷旋转，上端固定在纱架固定板上的张力检测机构的下端固定安装涨紧辊；铺丝头包括固定在纱架固定板上的铺丝头架、铰接在铺丝头架上的重送主动轮和重送被动轮、带动重送主动轮旋转的重送伺服电机、重送被动轮压力控制气缸、夹持机构、剪切机构、夹持气缸、剪切气缸、压辊气缸、固定在压辊气缸活塞杆顶端的铺丝头压辊，固定在铺丝头压辊侧面的红外加热装置；夹持气缸带动夹持机构夹持与松开，剪切气缸带动剪切机构的切刀前行切断丝束和后退；伺服电机Ⅳ和重送伺服电机由CPU数控系统控制动作；重送被动轮压力控制气缸的供气管路上安装有电磁阀Ⅰ和传感器Ⅰ；夹持气缸和剪切气缸的供气管路上分别安装有电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅲ，铺丝头压辊的供气管路上安装有电磁阀Ⅳ和传感器Ⅱ；重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的缸体分别固定在铺丝头架上，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ的输出端连接CPU数控系统的信号输入端，CPU数控系统的信号输出端连接电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ的信号输入端，控制重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的动作；各纤维预浸带分别向下绕过一个导向辊后向上绕过涨紧辊后再向下绕过另一导向辊后，穿越重送主动轮和重送被动轮后，再穿过夹持机构和剪切机构后，绕在铺丝头压辊上。该结构的铺丝头与纱架固定为一体式结构，使铺丝头和纱架一起运动，简化纤维预浸带输送环节，缩短输送距离。该结构的伺服电机Ⅳ带动纤维预浸带卷旋转，使纤维预浸带自动向下输送，再经过重送主动轮和重送被动轮的输送，使纤维预浸带压在铺丝头压辊下，随着回转装置各种方向的转动，使铺丝头压辊将纤维预浸带在各种方向上铺在工件上。而张力检测机构检测纤维预浸带的松紧，使其松紧合适；夹持机构和剪切机构共同作用，使纤维预浸带能够按照工件铺设要求切断。

本发明自动铺丝设备在纤维丝束铺放过程中，工件回转轴的两端由主动支撑座和从动支撑座座支撑，工件沿着工件回转轴E轴回转。与此同时由滑座带动的安装在回转装置上的铺丝头装置根据计算机输入的规划路径在转动的工件上铺放丝束，可实现0度方向（E轴轴向）、90度方向（E轴径向）及45度方向的铺放。铺丝头由该设备控制系统控制来实现铺丝头的C轴、C1轴和A轴的转动，以及X、Y、Z方向的移动，保证了铺丝头在空间的任意角度旋转姿态，如图1所示。该设备包括工件回转轴E轴和C轴、C1轴、A轴、X轴、Y轴和Z轴等七个轴的同步转动和移动，可实现七轴的联动，使铺丝头转动的非常自由方便。且该设备为国内首台能实现16丝束的铺放加工，实现了单丝束收放卷、涨紧、夹持、剪切及重送的功能。本发明铺设精度高，速度快，铺设作业效率高，铺设质量稳定。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明中铺丝头装置的主视图；

图4为本发明中横向梁、伺服电机A与X向长齿条之间的连接示意图；

图5为图4的AA剖视图；

图6为本发明中横向梁和滑座之间的连接主视示意图；

图7为本发明中横向梁和滑座之间的连接左视示意图；

图8为本发明中横向梁、滑座和滑枕之间的左视示意图；

图9为本发明中C轴回转机构的主视剖视图；

图10为图9中C轴回转机构中C1轴回转机构中伺服电机Ⅲ、双导程蜗杆和蜗轮之间的连接结构示意图；

图11为本发明中浮动辅助支撑装置的主视示意图；

图12为BB剖视图；

图13为本发明中铺丝头装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10和所示，本实施例包括对称设置的两立柱3、安装在两立柱3上的两纵向梁2、横向梁1、滑座8、滑枕9、回转装置7、包括控制伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C、伺服电机D、C轴回转机构、C1轴回转机构、A轴回转机构和刹闸装置的动作的运行控制系统、红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制装置的控制系统、包括纱架18、铺丝头19、铺丝头压辊13和红外加热装置的铺丝头装置、工装夹具装置。

所述的两立柱3置于地面上，两纵向梁2上端外侧面上固定有X向长齿条21。横向梁1的两端底部安装两个底座Ⅰ 24，底座Ⅰ 24底部安装滑块，底座Ⅰ 24带动横向梁在两纵向梁2的线轨上滑动，两底座Ⅰ 24外侧面各固定有伺服电机A 20和与伺服电机A 20连接的减速机A 23，减速机A 23下端输出的两个齿轮22与X向长齿条21啮合连接。两伺服电机A 20驱动输出的两个齿轮22沿X向长齿条21转动，从而带动横向梁1沿纵向梁2（X轴）滑动。

所述的滑座8后端通过滑块卡接安装在横向梁1前端面上、下安装的直线导轨28上，其后端还固定在丝母A 29上，丝母A 29螺纹连接在Y向丝杠27上，Y向丝杠27两端铰接在固定在横向梁内的丝杠铰接座30上，其一端连接伺服电机B 26；伺服电机B 26驱动滑座8沿横向梁1(Y轴)滑动。

所述的滑座8前端面上铰接固定有Z向丝杠32，螺纹连接在Z向丝杠32上的丝母B33固定在滑枕9的后端，滑枕9还通过Z向丝杠32两侧的直线导轨34和滑块可滑动地连接在滑座8前端。滑枕9下端面固定在回转装置7的固定体38上。伺服电机C 31驱动Z向丝杠32旋转，从而带动滑枕沿着滑座（Z轴）上下滑动。

所述的回转装置7包括固定体38、C轴回转体45、C轴回转机构、摆动体46、C1轴回转机构、纱架18、铺丝头19和A轴回转机构。轴承44内圈54固定在固定体38下端伸出的固定耳A上，其外圈55固定在C轴回转体45上端伸出的固定耳B上。固定在固定体38上的C轴回转机构带动C轴回转体45沿C轴回转体的中心轴C轴旋转。进一步优选地，所述的C轴回转机构包括带减速器Ⅰ 36的伺服电机Ⅰ 35、带消隙机构的消隙小齿轮组41、消隙大齿轮42和联轴器39；所述的固定体38下端部的内圆上开有安装孔A 53，伺服电机Ⅰ 35的减速器Ⅰ 36通过联接件Ⅰ 37固定在安装孔A 53的壁上，带消隙机构的消隙小齿轮组41安装在安装孔A 53内，消隙小齿轮组41的主轴40通过联轴器39连接在减速器Ⅰ 36的输出轴上，消隙大齿轮42与消隙小齿轮组41的两小齿轮啮合，消隙大齿轮42通过联接件Ⅱ 43固定到C轴回转体45上端；伺服电机Ⅰ 35由所述的控制系统控制运行。消隙大齿轮42与消隙小齿轮组41的两小齿轮啮合的结构可以优选使用已在本申请人申请的专利号为201620379004.X，名称为“一种齿轮消隙机构”的发明专利内公开的技术。摆动体46下端部的同轴心的两轴其中与摆动体一体的轴56铰接在C轴回转体45开有的同轴心线的相对的两个的其中一个安装孔B 57内，另一个轴为固定在摆动体46开有的孔内的A轴回转机构的输出轴58。A轴回转机构固定在C轴回转体45开有的另一个安装孔B 57内，A轴回转机构带动摆动体46沿同轴心的两轴的轴心线A轴旋转，其优选结构是：A轴回转机构包括伺服电机Ⅱ 52和减速器Ⅱ 51，减速器Ⅱ 51的输出轴就是A轴回转机构的输出轴58，该输出轴58由螺钉固定在摆动体46的安装孔C 内，减速器Ⅱ51由螺钉固定在C轴回转体45开有的另一个安装孔B 57内，伺服电机Ⅱ 52固定在减速器Ⅱ51上；伺服电机Ⅱ 51由所述的控制系统控制运行。固定在摆动体46上的C1轴回转机构带动纱架18沿纱架中心轴C1轴旋转；进一步优选地，所述的C1轴回转机构包括伺服电机Ⅲ 59 、双导程蜗杆63和蜗轮48；蜗轮48下端固定蜗轮连接件49，蜗轮连接件49下端固定在纱架18的法兰盘上；与蜗轮48匹配连接的双导程蜗杆63两端通过轴承铰接在外壳47上，双导程蜗杆63端部固定有同步带轮62，其通过同步带61连接在伺服电机Ⅲ 59输出的同步带轮60上；伺服电机Ⅲ 59通过电机座固定到双导程蜗杆63和蜗轮48的外壳47上，该外壳47固定到摆动体46的上端；伺服电机Ⅲ 59由所述的控制系统控制运行。铺丝头19和铺丝头压辊13固定在纱架18的下端。摆动体46上安装有刹闸装置；刹闸装置可优选采用本申请人申请的专利号为201610277237.3，名称为一种摆动体回转液压夹紧机构的发明专利公开的技术。

所述的工装夹具装置包括主动支撑座6和从动支撑座座4。工件5两端的回转主轴分别可旋转地安装在工装夹具装置的主动支撑座6和从动支撑座座4上，主动支撑座6固定在底座Ⅱ 14上，从动支撑座座4可前后滑动地固定在底座Ⅲ 15上。主动支撑座6上固定有伺服电机D，伺服电机D带动工件5沿工件回转主轴E轴旋转。

进一步优选地，所述的工装夹具装置还包括浮动辅助支撑装置。浮动辅助支撑装置包括箱体69、两组工件支撑装置和两组对称分布在两组工件支撑装置两侧的浮动支撑装置。每组工件支撑装置包括固定套72、导向套Ⅲ 79、导向杆Ⅱ 77、滚轮64、滚轮轴75、轴承74、锁母76和滚轮限位机构。导向杆Ⅱ 77下端固定在所述的底座Ⅱ 73上，固定套72、导向套Ⅲ 79和箱体69下端壁依次穿在导向杆Ⅱ 77上，导向套Ⅲ 79固定在箱体69下端。滚轮轴75两端固定在箱体69的前后壁上，滚轮64通过轴承74固定在滚轮轴75上。滚轮限位机构置于导向套Ⅲ 79内，其限制滚轮64向下移动。优选地，所述的滚轮限位机构包括两组每组多个钢球81；在导向杆Ⅱ 77两侧的导向套Ⅲ 79的壁内对称开有钢球81的竖直容纳槽85、横向容纳槽83和横向封堵槽84；横向容纳槽83、横向封堵槽84和竖直容纳槽85形成互相贯穿的T型结构；钢球81由固定在横向封堵槽84内的堵头78封堵，多个钢球81置于竖直和横向容纳槽85和83内，在横向容纳槽83内固定有钢球81的顶固螺钉80；竖直容纳槽85的底部出口处固定有法兰盘82，法兰盘82的内径小于钢球81直径；堵头78可是一顶紧螺丝。拧紧顶固螺钉80，钢球81被顶出法兰盘口，顶在固定套72上，起到限位作用；将顶固螺钉80松开，钢球处于自由状态，箱体69带动滚轮64处于浮动状态，可以沿导向杆Ⅱ 77上下浮动。两个滚轮64形成似V字形，工件5主轴65置于两个滚轮64之间；每组浮动支撑装置包括碟簧71、导向套Ⅰ68、导向套Ⅱ 70、导向杆Ⅰ 67。导向杆Ⅰ 67下端固定在底座73上，其上依次穿有碟簧71、导向套Ⅱ 70和导向套Ⅰ 68；导向杆Ⅰ 67和导向套Ⅱ 70、导向套Ⅰ 68整体穿在箱体69上下壁上开有的相匹配的上安装孔和下安装孔内，导向套Ⅱ 70下端固定在箱体69下壁上，碟簧71位于箱体69下壁和底座73之间；导向杆Ⅰ 67上端部有螺纹，锁母66螺纹拧接在导向杆Ⅰ 67上，压接固定在导向套Ⅰ 68上。两组工件支撑装置的滚轮64共同支撑工件5主轴，工件5安装在主动支撑座6、浮动辅助支撑装置和从动支撑座4上时，是先将工件5两端的旋转轴安装在从动支撑座4和支撑在浮动辅助支撑装置上，再将工件5向主动支撑座6方向推，安装在主动支撑座6的旋转轴安装孔内。由于工件5重量很重，旋转轴会弯曲，导致旋转轴不一定对准主动支撑座6的旋转轴安装孔，这时在放工件前可调整锁母66，使得两个滚轮64形成似V字形的中心线与主动支撑座6的旋转轴安装孔中心线同心，同时拧限位机构的顶固螺钉80，钢球81被顶出法兰盘口，顶在固定套72上，限制了滚轮向下移动，在这种情况下安装工件5，将工件5放到浮动辅助支撑和从动支撑座4上，然后将工件推向主动支撑座，使工件5主轴进入主动支撑座6旋转轴安装孔内，可旋转地固位好，这时工件安装完毕，然后松开锁母66和顶固螺钉80，使得浮动支撑装置处于上下浮动状态。浮动支撑装置的碟簧71支撑在箱体69底部，锁母在导向杆Ⅰ 68上的锁紧位置决定了箱体69的高低，根据工件69支撑装置需要浮动的幅度，调节锁母在导向杆Ⅰ 68上的锁紧位置就能调节工件69支撑装置浮动的幅度。

所述的铺丝头装置11的纱架18包括纱架固定板100和固定在纱架固定板100上的多组每组由纱架安装轴85、两个导向辊89、涨紧辊88、张力检测机构87、伺服电机Ⅳ 86组成的纱线输送装置。所述的为红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制装置包括CPU数控系统101。纤维预浸带卷102安装在纱架安装轴85上，伺服电机Ⅳ 86带动纤维预浸带卷102旋转，上端固定在纱架固定板100上的张力检测机构87的下端安装涨紧辊88。铺丝头19包括固定在纱架固定板100上的铺丝头架104、铰接在铺丝头架104上的重送主动轮91和重送被动轮90、带动重送主动轮91旋转的重送伺服电机92、重送被动轮压力控制气缸105、夹持机构93、剪切机构94、夹持气缸106、剪切气缸96、压辊气缸95、固定在压辊气缸95活塞杆顶端的铺丝头压辊13，固定在铺丝头压辊13侧面的红外加热装置98。夹持气缸106带动夹持机构93夹持与松开，剪切气缸96带动剪切机构94的切刀前行切断丝束和后退。伺服电机Ⅳ 86和重送伺服电机92由CPU数控系统101控制动作。重送被动轮压力控制气缸105的供气管路上安装有电磁阀Ⅰ 107和传感器Ⅰ 108。夹持气缸106和剪切气缸96的供气管路上分别安装有电磁阀Ⅱ 109和电磁阀Ⅲ 110，铺丝头压辊13的供气管路上安装有电磁阀Ⅳ 111和传感器Ⅱ 112。重送被动轮压力控制气缸105、夹持气缸106、剪切气缸96和压辊气缸95的缸体分别固定在铺丝头架104上，传感器Ⅰ 108和传感器Ⅱ 112的输出端连接CPU数控系统101的信号输入端，CPU数控系统101的信号输出端连接电磁阀Ⅰ 107、电磁阀Ⅱ 109、电磁阀Ⅲ 110和电磁阀Ⅳ 111的信号输入端，控制重送被动轮压力控制气缸105、夹持气缸106、剪切气缸96和压辊气缸95的动作。各纤维预浸带102分别向下绕过一个导向辊89后向上绕过涨紧辊88后再向下绕过另一导向辊89后，穿越重送主动轮91和重送被动轮90后，再穿过夹持机构93和剪切机构94后，绕在铺丝头压辊13上。红外加热装置98由传感器Ⅲ 99控制加热。该结构的铺丝头19与纱架18固定为一体式结构，使铺丝头19和纱架18一起运动，简化纤维预浸带102输送环节，缩短输送距离。97为铺在工件5上的纤维预浸带。

当然，本发明还有其它多种实例，在不违背本发明精神和实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出相应的改变和变形，这些相应的改变和变形都应在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：包括对称设置的两立柱、安装在两立柱上的两纵向梁、横向梁、滑座、滑枕、回转装置、包括控制伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C、伺服电机D、C轴回转机构、C1轴回转机构、A轴回转机构和刹闸装置的动作的运行控制系统、红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制装置的控制系统、包括纱架、铺丝头、铺丝头压辊和红外加热装置的铺丝头装置、工装夹具装置；

所述的两立柱置于地面上，两纵向梁上端外侧面上固定有X向长齿条；横向梁的两端底部分别安装底座Ⅰ，底座Ⅰ下端面安装滑块，底座Ⅰ带动横向梁在两纵向梁的滑道上滑动，两底座Ⅰ的侧面各固定有伺服电机A和与伺服电机A连接的减速机A，减速机A下端输出的两个齿轮与X向长齿条啮合连接；两伺服电机A驱动输出的两个齿轮沿X向长齿条转动，从而带动横向梁沿纵向梁滑动；

所述的滑座后端通过滑块安装在横向梁前端面上、下安装的直线导轨上，其后端还固定在丝母A上，丝母A螺纹连接在Y向丝杠上，Y向丝杠两端铰接在固定在横向梁内的丝杠铰接座上，其一端连接伺服电机B；伺服电机B驱动滑座沿横向梁滑动；

所述的滑座前端面上铰接固定有Z向丝杠，螺纹连接在Z向丝杠上的丝母B固定在滑枕的后端，滑枕还通过Z向丝杠两侧的直线导轨和滑块可滑动地连接在滑座前端；滑枕下端面固定在回转装置的固定体上端；伺服电机C驱动Z向丝杠旋转，从而带动滑枕沿滑座上下滑动；

所述的回转装置包括固定体、C轴回转体、C轴回转机构、摆动体、C1轴回转机构、纱架、铺丝头和A轴回转机构；轴承内圈固定在固定体下端伸出的固定耳A上，其外圈固定在C轴回转体上端伸出的固定耳B上；固定在固定体上的C轴回转机构带动C轴回转体沿C轴回转体的中心轴C轴旋转；摆动体下端部的同轴心的两轴其中与摆动体一体的轴铰接在C轴回转体开有的同轴心线的相对的两个的其中一个安装孔B内，另一个轴为固定在摆动体开有的孔内的A轴回转机构的输出轴，A轴回转机构固定在C轴回转体开有的另一个安装孔B内，A轴回转机构带动摆动体沿同轴心的两轴的轴心线A轴旋转；固定在摆动体上的C1轴回转机构带动纱架沿纱架中心轴C1轴旋转；铺丝头和铺丝头压辊固定在纱架的下端；摆动体上安装有刹闸装置；控制系统控制C轴回转机构、C1轴回转机构、A轴回转机构和刹闸装置的动作；

所述的工装夹具装置包括主动支撑座和从动支撑座；工件两端的回转主轴分别可旋转地安装在工装夹具装置的主动支撑座和从动支撑座上，主动支撑座固定在底座Ⅱ上，从动支撑座可前后滑动地固定在底座Ⅲ上；主动支撑座上固定有伺服电机D，伺服电机D带动工件沿工件回转主轴E轴旋转。

2.根据权利要求1所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的工装夹具装置还包括浮动辅助支撑装置；浮动辅助支撑装置包括箱体、两组工件支撑装置和两组对称分布在两组工件支撑装置两侧的浮动支撑装置；每组工件支撑装置包括固定套、导向套Ⅲ、导向杆Ⅱ、滚轮、滚轮轴、轴承、锁母和滚轮限位机构；导向杆Ⅱ下端固定在所述的底座Ⅱ上，固定套、导向套Ⅲ和箱体下端壁依次穿在导向杆Ⅱ上，导向套Ⅲ固定在箱体下端；滚轮轴两端固定在箱体的前后壁上，滚轮通过轴承固定在滚轮轴上；滚轮限位机构置于导向套Ⅲ内，限制滚轮向下移动，箱体可沿导向杆Ⅱ上下浮动；两个滚轮形成似V字形，工件主轴置于两个滚轮之间；每组浮动支撑装置包括碟簧、导向套Ⅰ、导向套Ⅱ、导向杆Ⅰ；导向杆Ⅰ下端固定在底座上，其上依次穿有碟簧、导向套Ⅱ和导向套Ⅰ；导向杆Ⅰ和导向套Ⅱ、导向套Ⅰ整体穿在箱体上下壁上开有的相匹配的上安装孔和下安装孔内，导向套Ⅱ下端固定在箱体下壁上，碟簧位于箱体下壁和底座之间；导向杆Ⅰ上端部有螺纹，锁母螺纹拧接在导向杆Ⅰ上，压接固定在导向套Ⅰ上。

3.根据权利要求2所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的滚轮限位机构包括两组每组多个钢球；在导向杆Ⅱ两侧的导向套Ⅲ的壁内对称开有钢球的竖直容纳槽、横向容纳槽和横向封堵槽；横向容纳槽、横向封堵槽和竖直容纳槽形成互相贯穿的T型结构；钢球由固定在横向封堵槽内的堵头封堵，多个钢球置于竖直和横向容纳槽内，在横向容纳槽内固定有钢球的顶固螺钉；竖直容纳槽的底部出口处固定有法兰盘，法兰盘的内径小于钢球直径。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的C轴回转机构包括带减速器Ⅰ的伺服电机Ⅰ、带消隙机构的消隙小齿轮组、消隙大齿轮和联轴器；所述的固定体下端部的内圆上开有安装孔A，伺服电机Ⅰ的减速器Ⅰ通过联接件Ⅰ固定在安装孔A的壁上，带消隙机构的消隙小齿轮组安装在安装孔A内，消隙小齿轮组的主轴通过联轴器连接在减速器Ⅰ的输出轴上，消隙大齿轮与消隙小齿轮组的两小齿轮啮合，消隙大齿轮通过联接件Ⅱ固定到C轴回转体上端；伺服电机Ⅰ由所述的控制系统控制运行。

5.根据权利要求4所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的A轴回转机构包括伺服电机Ⅱ和减速器Ⅱ，减速器Ⅱ的输出轴就是A轴回转机构的输出轴，该输出轴由螺钉固定在摆动体的安装孔C 内，减速器Ⅱ由螺钉固定在C轴回转体开有的另一个安装孔B内，伺服电机Ⅱ固定在减速器Ⅱ上；伺服电机Ⅱ由所述的控制系统控制运行。

6.根据权利要求5所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的C1轴回转机构包括伺服电机Ⅲ、双导程蜗杆和蜗轮；蜗轮下端固定蜗轮连接件，蜗轮连接件下端固定在纱架的法兰盘上；与蜗轮匹配连接的双导程蜗杆端部固定有同步带轮，其通过同步带连接在伺服电机Ⅲ输出的同步带轮上；伺服电机Ⅲ通过电机座固定到双导程蜗杆和蜗轮的外壳上，该外壳固定到摆动体的上端；伺服电机Ⅲ由所述的控制系统控制运行。

7.根据权利要求6所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的铺丝头装置的纱架包括纱架固定板和固定在纱架固定板上的多组每组由纱架安装轴、两个导向辊、涨紧辊、张力检测机构、伺服电机Ⅳ组成的纱线输送装置；所述的红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制系统包括CPU数控系统；纤维预浸带卷安装在纱架安装轴上，伺服电机Ⅳ带动纤维预浸带卷旋转，上端固定在纱架固定板上的张力检测机构的下端固定安装涨紧辊；铺丝头包括固定在纱架固定板上的铺丝头架、铰接在铺丝头架上的重送主动轮和重送被动轮、带动重送主动轮旋转的重送伺服电机、重送被动轮压力控制气缸、夹持机构、剪切机构、夹持气缸、剪切气缸、压辊气缸、固定在压辊气缸活塞杆顶端的铺丝头压辊，固定在铺丝头压辊侧面的红外加热装置；夹持气缸带动夹持机构夹持与松开，剪切气缸带动剪切机构的切刀前行切断丝束和后退；伺服电机Ⅳ和重送伺服电机由CPU数控系统控制动作；重送被动轮压力控制气缸的供气管路上安装有电磁阀Ⅰ和传感器Ⅰ；夹持气缸和剪切气缸的供气管路上分别安装有电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅲ，铺丝头压辊的供气管路上安装有电磁阀Ⅳ和传感器Ⅱ；重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的缸体分别固定在铺丝头架上，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ的输出端连接CPU数控系统的信号输入端，CPU数控系统的信号输出端连接电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ的信号输入端，控制重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的动作；各纤维预浸带分别向下绕过一个导向辊后向上绕过涨紧辊后再向下绕过另一导向辊后，穿越重送主动轮和重送被动轮后，再穿过夹持机构和剪切机构后，绕在铺丝头压辊上。

8.根据权利要求1或2或3所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的A轴回转机构包括伺服电机Ⅱ和减速器Ⅱ，减速器Ⅱ的输出轴就是A轴回转机构的输出轴，该输出轴由螺钉固定在摆动体的安装孔C 内，减速器Ⅱ由螺钉固定在C轴回转体开有的另一个安装孔B内，伺服电机Ⅱ固定在减速器Ⅱ上；伺服电机Ⅱ由所述的控制系统控制运行。

9.根据权利要求1或2或3所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的C1轴回转机构包括伺服电机Ⅲ、双导程蜗杆和蜗轮；蜗轮下端固定蜗轮连接件，蜗轮连接件下端固定在纱架的法兰盘上；与蜗轮匹配连接的双导程蜗杆端部固定有同步带轮，其通过同步带连接在伺服电机Ⅲ输出的同步带轮上；伺服电机Ⅲ通过电机座固定到双导程蜗杆和蜗轮的外壳上，该外壳固定到摆动体的上端；伺服电机Ⅲ由所述的控制系统控制运行。

10.根据权利要求1或2或3所述的用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，其特征在于：所述的铺丝头装置的纱架包括纱架固定板和固定在纱架固定板上的多组每组由纱架安装轴、两个导向辊、涨紧辊、张力检测机构、伺服电机Ⅳ组成的纱线输送装置；所述的红外加热装置的电源控制装置、铺丝头装置上每条丝束的单独收放卷、涨紧、夹持、剪切和重送控制系统包括CPU数控系统；纤维预浸带卷安装在纱架安装轴上，伺服电机Ⅳ带动纤维预浸带卷旋转，上端固定在纱架固定板上的张力检测机构的下端固定安装涨紧辊；铺丝头包括固定在纱架固定板上的铺丝头架、铰接在铺丝头架上的重送主动轮和重送被动轮、带动重送主动轮旋转的重送伺服电机、重送被动轮压力控制气缸、夹持机构、剪切机构、夹持气缸、剪切气缸、压辊气缸、固定在压辊气缸活塞杆顶端的铺丝头压辊，固定在铺丝头压辊侧面的红外加热装置；夹持气缸带动夹持机构夹持与松开，剪切气缸带动剪切机构的切刀前行切断丝束和后退；伺服电机Ⅳ和重送伺服电机由CPU数控系统控制动作；重送被动轮压力控制气缸的供气管路上安装有电磁阀Ⅰ和传感器Ⅰ；夹持气缸和剪切气缸的供气管路上分别安装有电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅲ，铺丝头压辊的供气管路上安装有电磁阀Ⅳ和传感器Ⅱ；重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的缸体分别固定在铺丝头架上，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ的输出端连接CPU数控系统的信号输入端，CPU数控系统的信号输出端连接电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ的信号输入端，控制重送被动轮压力控制气缸、夹持气缸、剪切气缸和压辊气缸的动作；各纤维预浸带分别向下绕过一个导向辊后向上绕过涨紧辊后再向下绕过另一导向辊后，穿越重送主动轮和重送被动轮后，再穿过夹持机构和剪切机构后，绕在铺丝头压辊上。