CN110303692A - 一种新型铺丝头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型铺丝头，属于铺丝机技术领域，包括：纱箱和铺丝头浮动机构，纱箱上平行设置有两个直线导轨，铺丝头浮动机构上安装有滑块，铺丝头浮动机构通过滑块与直线导轨配合使用，压紧气缸一端与纱箱相连，压紧气缸另一端与铺丝头浮动机构相连，压紧气缸驱动铺丝头浮动机构在直线导轨上滑动。本发明的纱箱可以实现四组八个预浸料卷同时放纱且互不干涉，U型连接板左右两侧均设置有两个相互平行的安装板，每个安装板上均设置有两个放纱收膜机构，如此设置大大减少了纱箱的整体体积，从而防止了对空间狭小的凹曲面加工时与模具易发生干涉，本发明采用了一种新型丝束作动装置，减小了铺丝头的包角，进而解决了可达性不足的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及铺丝机技术领域，尤其涉及一种新型铺丝头。
背景技术
自动铺丝技术在近三十年来得到了广泛应用和发展，已经成为复合材料成型自动化技术的典型代表。相对于自动铺带技术，自动铺丝工艺的适应性更好，可以用于制造具有复杂曲面的复合材料零件。就铺丝机来说，各制造商的铺丝头构型不同但基本功能相似，都可以完成压辊铺纱，送纱，断纱，止纱，张力控制，温度控制及铺放压力控制等功能。
铺丝头中需要张力的部件主要有五个，按从纱箱到模具的纱路前后顺序分别为：
第一，热固性预浸料收卷在线轴上时，必须带有背衬膜以防止互相粘连，在铺放时需要将背衬膜剥去。目前铺丝机通常采用被动收膜法，一般来说预浸料张力越大收膜效果越好。
第二，在将预浸料从线轴引出到压辊的过程中，由于零部件布置的原因，预浸料需要经过多个导向轮多次变向，在这个过程中如果没有张力，预浸料可能从导向轮中脱出，造成设备故障。
第三，铺丝头与机床间通常通过直线导轨/气缸相连，即铺丝头与机床是浮动连接的，这种浮动可以补偿掉铺丝路径沿零件曲面法向的误差，是必不可少的；然而预浸料纱团通常安装在机床上，导致铺丝头中的预浸料纱路长度是可变的，因此如果预浸料没有收卷张力，那么当纱路变短时，预浸料就会发生松脱，导致设备故障。
第四，铺丝机切断碳纤维通常有“剪”和“斩”两种方法。顾名思义，“剪”的办法原理类似于剪刀，对于剪刀来说，碳纤维的张力越大，剪切力越大，剪刀的双刃之间间隙越小，剪切的效果就越好。由于切断碳纤维会产生一定量的切屑，若剪刃间距过小，则切屑会聚集在切丝机构处，甚至会导致机构卡死。因此，商用铺丝机通常采用较大的剪刃间隙和气缸直径，维持一定张力，来提高切丝的可靠性。“斩”的方式即利用切刀把碳纤维在砧板上斩断，这种方式并不需要纤维张力，但这种方式下切刀与砧板发生刚性碰撞，这对零件的质量提出了较高要求。
第五，预浸料铺贴在模具上之前，需要在张力作用下在压辊上展平，否则成型的零件质量受影响，可能产生表面波纹等缺陷。
可见，五个对张力有要求的机构分别为：收膜机构，导向轮，压紧气缸与导轨，切丝机构，压辊。其中切丝机构与压辊间不宜再加入机构否则会增加最短铺丝长度，且铺放张力不宜减为零否则影响成型质量。通常铺丝机用一种摩擦片和测力弹簧结合的机构，在放纱轴处利用PID算法控制预浸料的张力。显而易见，直接调整PID参数来减少张力是不合适的，这将导致送纱路径下游的几个受张力影响的机构可靠性下降。
在实际应用中，铺丝工艺经常出现曲面适应性不足的情况，特别是现有的自动铺丝设备与工艺在加工负曲率表面时往往不足以满足要求。为了提高可靠性，现有铺放设备在铺放过程中需要给预浸料提供一定的张力通常为5N左右，在将带张力的预浸料铺贴在凹曲面的过程中，经常发生纤维架桥等缺陷，导致成型速度下降，成型质量不佳。
同时，现有的自动铺丝机的丝路切刀在完成切丝工作时，以高速与金属砧板发生碰撞，因此这种方式的元件(包括切刀与砧板)寿命较短，而且对切刀的硬度有较大的要求。
发明内容
本发明为了解决现有的自动铺丝机的丝路切刀在完成切丝工作时，以高速与金属砧板发生碰撞，因此这种方式的元件包括切刀与砧板寿命较短，而且对切刀的硬度有较大的要求以及带张力的预浸料铺贴在凹曲面的过程中，经常发生纤维架桥的缺陷，导致成型速度下降，成型质量不佳的技术问题，进而提供一种新型铺丝头。
发明技术方案：
一种新型铺丝头，所述纱箱上平行设置有两个直线导轨，铺丝头浮动机构上安装有滑块，铺丝头浮动机构通过滑块与直线导轨配合使用，压紧气缸一端与纱箱相连，压紧气缸另一端与铺丝头浮动机构相连，压紧气缸驱动铺丝头浮动机构在直线导轨上滑动，，
所述铺丝头浮动机构包括：接线端子安装板、立板、减张机构、丝束作动装置、柔性压辊、加热灯、驱动机构、涡流管和压紧气缸铰接座，所述接线端子安装板两侧设置有立板，柔性压辊、两个减张机构和两个丝束作动装置均设置在立板内部并与立板相连，预浸料依次经过减张机构、丝束作动装置、柔性压辊，立板上安装有加热灯，加热灯位于柔性压辊预浸料出口正上方，立板外侧壁安装有滑块、缓冲气缸、驱动机构、涡流管和压紧气缸铰接座，涡流管气体出口向预浸料喷射气体，压紧气缸另一端与压紧气缸铰接座相连，驱动机构为丝束作动装置提供动力。
进一步，所述纱箱包括：安装板、连接支撑板、放纱收膜机构和U型连接板，所述U型连接板左右两侧均设置有两个相互平行的安装板，同侧的安装板另一端通过连接支撑板相连，每个安装板上均设置有两个放纱收膜机构，U型连接板内壁上设置有滑轨，压紧气缸一端与U型连接板外壁相连，U型连接板上安装有限位挡块，铺丝头浮动机构上的缓冲气缸的输出端与限位挡块配合使用。
进一步，所述放纱收膜机构包括：放纱轴、收膜轴、张力测量轴、纱箱导向轮、测量滑轨、测量滑块、拉力弹簧和电阻尺，所述安装板上安装有放纱轴、收膜轴和测量滑轨，测量滑轨上安装有测量滑块，测量滑块上安装有张力测量轴，拉力弹簧一端与测量滑块相连，拉力弹簧另一端与安装板相连，电阻尺固定安装在安装板上，电阻尺移动端与测量滑块相连，U型连接板内部封闭端设置有纱箱导向轮。
进一步，所述驱动机构包括：驱动电机和驱动减速器，所述驱动减速器输入端安装有驱动电机，驱动减速器输出端与丝束作动装置相连，驱动减速器安装在立板外壁上。
进一步，所述柔性压辊包括：压辊安装架、压辊、导纱块和导纱导辊，所述压辊安装架安装在立板上，两个压辊安装架之间安装有压辊，压辊一侧安装有导纱块，导纱块上端面以及弧形面上均开有导纱槽，导纱块上端面以及弧形面上的导纱槽交替布置，导纱块上下导纱槽入口处均设置有导纱导辊。
进一步，所述减张机构包括：底座、止纱轮组件、中间轮组件、摩擦轮组件、导向轮组件和减张电机组件，
所述底座上端面设置有止纱轮组件，止纱轮组件两侧均设置有支撑板，导向轮组件两端均与支撑板相连，支撑板上端安装有中间轮组件，中间轮组件上安装有摩擦轮组件，摩擦轮组件与中间轮组件配合使用进行动力传输，减张电机组件安装在支撑板侧壁上，减张电机组件为摩擦轮组件提供动力。
进一步，所述丝束作动装置：包括砧板轮组件；所述砧板轮组件包括一组砧板轮架，所述砧板轮架设置在自动铺丝机上，所述砧板轮架上并排设置有若干组砧板轮，所述砧板轮组件下方设置有驱动轴，所述驱动轴两端通过轴承座设置在自动铺丝机上，所述驱动轴上设置有若干组凸轮，碳纤维预浸料纱路从凸轮和砧板轮之间穿过，所述凸轮上加工有一组定位凹槽，所述凸轮上还设置有一组碳纤维预浸料切刀，所述驱动轴旁侧设置有一组扳机气缸组件，所述扳机气缸组件包括一组气缸架，所述气缸架上设置有若干组扳机气缸，所述扳机气缸的活动端设置有一组定位凸起，所述定位凸起与所述凸轮上的定位凹槽相配合。
本发明对于现有技术具有以下有益效果：
本发明为了实现复杂曲面铺放，在铺丝头上布置了一个减张机构，并开发了不依赖于预浸料张力的切丝机构，使铺放到模具上的预浸料张力减少，防止了预浸料在凹曲面上的架桥现象。
本发明的减张机构中，中间轮可以上下浮动，当中间轮不工作时，即压紧轮不需要对碳纤维进行压紧时，中间轮由于重力会下落，但由于浮动挡板的限位，中间轮下落的距离仅仅用于与摩擦轮分离，有效防止意外事故发生。
本发明的减张机构中，采用中间轮解决了减张时摩擦轮和摩擦转轴会摩擦发热，如果让摩擦轮和预浸料直接接触可能会导致预浸料粘在摩擦轮上的问题，中间轮起到热隔绝作用。
本发明的切丝机构中，不存在容易造成切屑累积的过小间隙和滑槽，因此不需像剪丝机构一样定期停机清理，生产率较高；
本发明切丝的能量来源于压紧弹簧的弹性势能，气缸仅起到扳机的作用不提供切丝能量，因此对于气缸没有瞬间气体流量的要求，这就意味着扳机气缸可以使用直动阀，直动阀响应时间短，流量小；而气涨轴又可以在凸轮运动前提前充气，同时扳机气缸行程极短，因此整个气路的响应时间被大幅削减；可从15ms以上减至5ms左右；
由于自动铺放过程中，末端执行器将不可避免地发生速度波动，而每产生100mm/s的速度波动，对于每1ms的气动延时，都产生0.1mm的铺放误差，而铺放过程最大允许的误差仅为1mm，因此本预浸料作动装置机构的快速性提高了铺放精度，大大降低了对于精度补偿的要求；
本发明将原有自动铺丝机机头中切纱、送纱和止纱三种功能整合到了同一机构上，从而使控制更加简明。
本发明切丝效果与丝的张力无关，同时该机构尺寸较小，从而减小了铺丝头尺寸，这种特点同时提高了其工艺适应性和设备可达性，使其特别适用于负曲率曲面的铺放。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明纱箱的俯视图；
图3是本发明纱箱的的轴测图；
图4是本发明铺丝头浮动机构的结构示意图；
图5是本发明柔性压辊的安装位置示意图；
图6是本发明导纱块的结构示意图；
图7是本发明的右视图；
图8是本发明减张机构的结构示意图；
图9是本发明减张机构的爆炸示意图；
图10是本发明减张机构的工作状态示意图；
图11是本发明压紧轮组件的结构示意图；
图12是本发明中间轮组件的结构示意图；
图13是本发明减张机构的受力分析示意图；
图14是本发明丝束作动装置的轴测图；
图15是本发明丝束作动装置的爆炸图；
图16是本发明碳纤维预浸料丝路的自由状态结构示意图；
图17是本发明的碳纤维预浸料丝路的切纱状态结构示意图；
图18是本发明的碳纤维预浸料丝路的止纱状态结构示意图；
图19是本发明的凸轮的整体轴测图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一，一种新型铺丝头，所述纱箱1上平行设置有两个直线导轨3，铺丝头浮动机构2上安装有滑块5，铺丝头浮动机构2通过滑块5与直线导轨3配合使用，压紧气缸4一端与纱箱1相连，压紧气缸4另一端与铺丝头浮动机构2相连，压紧气缸4驱动铺丝头浮动机构2在直线导轨3上滑动，
所述铺丝头浮动机构2包括：接线端子安装板2-1、立板2-2、减张机构2-3、丝束作动装置2-4、柔性压辊2-5、加热灯2-6、驱动机构2-7、涡流管2-8和压紧气缸铰接座2-9，所述接线端子安装板2-1两侧设置有立板2-2，柔性压辊2-5、两个减张机构2-3和两个丝束作动装置2-4均设置在立板2-2内部并与立板2-2相连，预浸料依次经过减张机构2-3、丝束作动装置2-4、柔性压辊2-5，立板2-2上安装有加热灯2-6，加热灯2-6位于柔性压辊2-5预浸料出口正上方，立板2-2外侧壁安装有滑块5、缓冲气缸6、驱动机构2-7、涡流管2-8和压紧气缸铰接座2-9，涡流管2-8气体出口向预浸料喷射气体，压紧气缸4另一端与压紧气缸铰接座2-9相连，驱动机构2-7为丝束作动装置2-4提供动力，如此设置，模具表面由加热灯2-6加热，使之前铺放的预浸料具有一定黏性，利于预浸料粘接，铺丝头内部纱路上的预浸料以涡流,2-8冷却，防止纱路上预浸料粘接导致设备故障，同时涡流管2-8吹出的冷却压缩空气将进入导纱块内部，将积累的碳纤维屑吹除，并降低预浸料温度防止与零件粘连，铺丝头上安装有缓冲器6，减少压紧气缸4将铺丝头压在模具表面时产生的冲击。
实施例二，所述纱箱1包括：安装板1-1、连接支撑板1-2和U型连接板1-3，所述U型连接板1-3左右两侧均设置有两个相互平行的安装板1-1，同侧的安装板1-1另一端通过连接支撑板1-2相连，每个安装板1-1上均设置有两个放纱收膜机构，U型连接板1-3内壁上设置有滑轨3，压紧气缸4一端与U型连接板1-3外壁相连，U型连接板1-3上安装有限位挡块7，铺丝头浮动机构2上的缓冲气缸6的输出端与限位挡块7配合使用，如此设置，将多个纱收膜机构放置在同一个安装板1-1上减小了整体尺寸，解决了对空间狭小的凹曲面加工时与模具易发生干涉的问题。
实施例三，所述纱收膜机构包括：放纱轴1-4、收膜轴1-5、张力测量轴1-6、纱箱导向轮1-7、测量滑轨1-8、测量滑块1-9、拉力弹簧1-10和电阻尺1-11，所述安装板1-1上安装有放纱轴1-4、收膜轴1-5和测量滑轨1-8，测量滑轨1-8上安装有测量滑块1-9，测量滑块1-9上安装有张力测量轴1-6，拉力弹簧1-10一端与测量滑块1-9相连，拉力弹簧1-10另一端与安装板1-1相连，电阻尺1-11固定安装在安装板1-1上，电阻尺1-11移动端与测量滑块1-9相连，U型连接板1-3内部封闭端设置有纱箱导向轮1-7，如此设置，放纱轴1-4带有用气缸压紧的摩擦片或力矩电机等装置，使预浸料从线轴上被抽出时受到一定阻力，该阻力即为碳纤维基础张力。收膜轴1-5由轴承支撑，旋转阻力极小。带有背衬纸的预浸料从收膜轴1-5上绕过，在预浸料料卷安装时将纤维端部的背衬纸剥开并将剥出的背衬纸端头绕在收膜轴1-5上仅绕背衬纸，碳纤维预浸料继续向纱路下游前进，随着预浸料进一步被拉出，背衬纸就被动地被卷绕在收膜轴1-5上。去除背衬纸的预浸料进一步绕在张力测量轴1-6上，该轴安装在测量滑块1-9上并用拉力弹簧1-10拉紧，随着碳纤维张力的波动，拉力弹簧1-10的长度也会发生改变，通过用电阻尺1-11测量拉力弹簧1-10长度可实时测量碳纤维张力大小，设备数控系统通过测得的张力大小反馈控制放纱轴处的放纱阻力如改变压紧摩擦片的气缸压力，或调整力矩电机力矩，从而实现每根纤维张力的实时控制。
实施例四，所述驱动机构2-7包括：驱动电机2-71和驱动减速器2-72，所述驱动减速器2-72输入端安装有驱动电机2-71，驱动减速器2-72输出端与丝束作动装置2-4相连，驱动减速器2-72安装在立板2-2外壁上。
实施例五，所述柔性压辊2-5包括：压辊安装架2-51、压辊2-52、导纱块5-23和导纱导辊5-24，所述压辊安装架2-51安装在立板2-2上，两个压辊安装架2-51之间安装有压辊2-52，压辊2-52一侧安装有导纱块5-23，导纱块5-23上端面以及弧形面上均开有导纱槽，导纱块5-23上端面以及弧形面上的导纱槽交替布置，导纱块5-23上下导纱槽入口处均设置有导纱导辊5-24，如此设置，铺丝头的上下两端安装的两套减张装置2-3和丝束作动装置2-4，两个减张机构2-3分别减少所有丝束的张力，从而避免了在凹曲面上的架桥现象，上下预浸料最后在导纱块5-23处汇总，形成一束无缝隙的丝束，由柔性压辊2-5压紧在模具表面。
预浸料卷安装在放纱轴1-4上，预浸料卷一端依次绕过收膜轴1-5、张力测量轴1-6、纱箱导向轮1-7、进入减张机构2-3、丝束作动装置2-4最后由柔性压辊2-5将预浸料压在模具上。
实施例六：减张机构2-3包括：底座2-3-1、止纱轮组件2-3-2、中间轮组件2-3-3、摩擦轮组件2-3-4、导向轮组件2-3-5和减张电机组件2-3-6，
所述底座2-3-1上端面设置有止纱轮组件2-3-2，止纱轮组件2-3-2两侧均设置有支撑板2-3-7，导向轮组件2-3-5两端均与支撑板2-3-7相连，支撑板2-3-7上端安装有中间轮组件2-3-3，中间轮组件2-3-3上安装有摩擦轮组件2-3-4，摩擦轮组件2-3-4与中间轮组件2-3-3配合使用进行动力传输，减张电机组件2-3-6安装在支撑板2-3-7侧壁上，减张电机组件2-3-6为摩擦轮组件2-3-4提供动力，如此设置，通过摩擦轮组件2-3-4抵抗预浸料上的张力，从而满足预浸料展平要求。
所述压紧轮组件2-3-2为多个止纱轮机构并排相连，止纱轮机构包括：铰支座2-3-2-1、铰接轴2-3-2-2、弹簧柱塞2-3-2-3、止纱轮2-3-2-4、单向轴承2-3-2-5、止纱气缸支撑柱2-3-2-6、弹簧柱塞支撑柱2-3-2-7和安装板2-3-2-8，所述底座2-3-1上安装有铰支座2-3-2-1，铰支座2-3-2-1左右侧壁上均安装有铰接轴2-3-2-2，铰支座2-3-2-1两侧设置有安装板2-3-2-8，安装板2-3-2-8侧壁与铰接轴2-3-2-2相连，安装板2-3-2-8中部安装止纱转轴2-3-2-10，止纱轮2-3-2-4通过单向轴承2-3-2-5安装在止纱转轴2-3-2-10上，安装板2-3-2-8两端分别安装有止纱气缸支撑柱2-3-2-6和弹簧柱塞支撑柱2-3-2-7，铰支座2-3-2-1一端安装有弹簧柱塞2-3-2-3，弹簧柱塞2-3-2-3位于弹簧柱塞支撑柱2-3-2-7的正下方，止纱气缸2-3-2-9垂直安装在底座2-3-1下端面，止纱气缸2-3-2-9的输出端穿过底座2-3-1置于压紧气缸支撑柱2-3-2-6正下方，如此设置，铰接轴2-3-2-2、止纱气缸支撑柱2-3-2-6和弹簧柱塞支撑柱2-3-2-7三者构成了杠杆原理，止纱气缸支撑柱2-3-2-6为动力输入点，铰接轴2-3-2-2为支点，弹簧柱塞支撑柱2-3-2-7为阻力输入点，止纱气缸2-3-2-9气缸为输入动力，弹簧柱塞2-3-2-3为阻力输入，可以有效调节止纱轮2-3-2-4的位置，止纱轮2-3-2-4安装在一个摆动杠杆上，可放大止纱气缸2-3-2-9作用力。弹簧柱塞2-3-2-3支撑，这样止纱轮2-3-2-4在止纱气缸2-3-2-9不工作的情况下可以被弹簧柱塞2-3-2-3顶离中间轮，使中间轮和止纱轮2-3-2-4间产生间隙，便于换料时穿纱。
所述导向轮组件2-3-5包括导向轮2-3-5-1和导向转轴2-3-5-2，所述导向转轴2-3-5-2两端与支撑板2-3-7相连，导向转轴2-3-5-2的轴线与止纱转轴2-3-2-10的轴线相互平行，导向转轴2-3-5-2安装有多个导向轮2-3-5-1，导向轮2-3-5-1数量与止纱轮2-3-2-4数量相同并且位置相对应。
所述中间轮组件2-3-3包括：U型安装框架2-3-3-1、铰接块2-3-3-2、中间轮2-3-3-3、中间轮U型架2-3-3-4、浮动挡板2-3-3-5和固定板2-3-3-6，所述U型安装框架2-3-3-1安装在固定板2-3-3-6上，固定板2-3-3-6上并排安装有多个铰接块2-3-3-2，铰接块2-3-3-2位于U型安装框架2-3-3-1开口端处，中间轮U型架2-3-3-4的开口端与铰接块2-3-3-2一端铰接，U型安装框架2-3-3-1下端面封闭端安装有浮动挡板2-3-3-5，浮动挡板2-3-3-5对中间轮U型架2-3-3-4的封闭端进行限位，浮动挡板2-3-3-5与中间轮U型架2-3-3-4之间存有间隙，中间轮U型架2-3-3-4上安装有中间轮2-3-3-3，中间轮2-3-3-3轮轴轴线与止纱转轴2-3-2-10的轴线相互平行，中间轮2-3-3-3的数量与止纱轮2-3-2-4数量相同并且位置相对应，如此设置，采用中间轮2-3-3-3传递力的作用是因减张时摩擦轮和摩擦转轴会摩擦发热，如果让摩擦轮和预浸料直接接触可能会导致预浸料粘在摩擦轮上，中间轮2-3-3-3起到热隔绝作用，同时中间轮2-3-3-3可以上下浮动，当整个装置停工时，中间轮由于重力会下落，但由于浮动挡板的限位，中间轮下落的距离仅仅用于与摩擦轮分离，有效防止意外事故发生。
所述摩擦轮组件2-3-4包括：轴承座2-3-4-1、摩擦转轴2-3-4-2和摩擦轮2-3-4-3，所述摩擦转轴2-3-4-2两端均通过轴承座2-3-4-1固定在固定板2-3-3-6上端面，摩擦转轴2-3-4-2的轴线与中间轮2-3-3-3轮轴轴线相互平行，摩擦转轴2-3-4-2上安装有多个摩擦轮2-3-4-3，摩擦轮2-3-4-3的数量与中间轮2-3-3-3的数量相同并且位置相对应，摩擦转轴2-3-4-2的一端与减张电机组件2-3-6输出端相连，摩擦轮2-3-4-3与中间轮2-3-3-3相贴合，摩擦转轴2-3-4-2与摩擦轮2-3-4-3相对转动，摩擦转轴2-3-4-2与摩擦轮2-3-4-3产生相对摩擦力用于平衡预浸料的张力。
所述减张电机组件2-3-6包括：减张电机2-3-6-1和减速器2-3-6-2，所述减速器2-3-6-2通过支架与支撑板2-3-7侧壁相连，减张电机2-3-6-1的输出端与减速器2-3-6-2的输入端相连，减速器2-3-6-2的输出端与摩擦转轴2-3-4-2的一端相连。
预浸料在铺丝机其他组件的拉力作用下从右至左运动，每个止纱轮2-4上方穿过一根预浸料，止纱气缸2-3-2-9工作，推动止纱气缸支撑柱2-3-2-6从而带动止纱轮2-3-2-4向上运动将预浸料压紧，预浸料带动中间轮2-3-3-3转动，从而带动摩擦轮2-3-4-3转动，减张电机2-3-6-1带动摩擦转轴2-3-4-2转动，摩擦转轴2-3-4-2的转向与摩擦轮2-3-4-3转向相同，通过数控系统控制摩擦转轴转速，使其旋转角速度始终大于摩擦轮在预浸料带动下的被动旋转角速度，由于摩擦转轴2-3-4-2与摩擦轮2-3-4-3会产生摩擦，产生的摩擦力由中间轮2-3-3-3传递给预浸料，由于预浸料上的张力与摩擦力方向相反，将预浸料上的张力进行平衡从消减预浸料上的张力，起到了减张力的作用。
预浸料张力平衡原理：
利用压紧气缸2-3-2-9将预浸料夹紧在止纱轮2-3-2-4和中间轮2-3-3-3之间，预浸料从右向左前进。中间轮2-3-3-3可以上下浮动，压紧力通过中间轮2-3-3-3传导到摩擦轮2-3-4-3之上。摩擦轮2-3-4-3直接穿在一根摩擦转轴2-3-4-2之上，摩擦转轴2-3-4-2以大于最大铺丝速度的速度逆时针旋转，止纱轮2-3-2-4采用单向轴承2-3-2-5与止纱转轴2-3-2-10连接，仅能逆时针旋转。由于止纱轮2-3-2-4仅能逆时针旋转，因此当止纱轮2-3-2-4对预浸料的静摩擦力大于纤维张力时，预浸料无法被张力向后抽回，设摩擦转轴2-3-4-2和摩擦轮2-3-4-3之间的摩擦系数为μ，预浸料张力为Ft，止纱轮2-3-2-4对中间轮2-3-3-3的压力为Fp，则在这种工况下，各轮受力情况如图13所示：
可见，压紧力传导到摩擦轮2-3-4-3和摩擦转轴2-3-4-2之间，由于摩擦转轴2-3-4-2逆时针旋转且旋转角速度永远大于摩擦轮在预浸料作用下产生的被动旋转角速度，因此摩擦转轴2-3-4-2与摩擦轮2-3-4-3间将产生一个滑动摩擦力，其大小为Fp·μ，这个摩擦力将对摩擦轮2-3-4-3产生一个驱动力矩T＝Fp·μ·r。当匀速铺丝时，摩擦轮2-3-4-3力矩平衡，因此中间轮2-3-3-3对摩擦轮2-3-4-3有一个摩擦力由于摩擦轮2-3-4-3和中间轮2-3-3-3间的最大静摩擦力为Fp·μ，这个数值明显大于f，因此打滑发生在摩擦轮2-3-4-3和摩擦转轴2-3-4-2之间而不是摩擦轮2-3-4-3和中间轮2-3-3-3之间。由于中间轮2-3-3-3此时也匀速转动，故中间轮2-3-3-3对预浸料的驱动力也等于f。因此，当经过减张机构后，预浸料的张力将变为：
可见，当Ft＞f时，经过减张机构的预浸料运动状态不变，但张力减少。通过调整压紧力Fp的大小，即调整止纱气缸2-3-2-9的气压，就可以自由调整丝束张力的大小。由于摩擦转轴2-3-4-2转速始终大于最大铺丝速度，因此穿在同一根摩擦转轴2-3-4-2上的一系列摩擦轮2-3-4-3互相不影响，均可独立起到减张作用。
实施例七：丝束作动装置2-4：包括砧板轮组件2-4-1；所述砧板轮组件2-4-1包括一组砧板轮架2-4-11，所述砧板轮架2-4-11设置在自动铺丝机上，所述砧板轮架2-4-11上并排设置有若干组砧板轮2-4-12，所述砧板轮组件2-4-1下方设置有驱动轴2-4-2，所述驱动轴2-4-2两端通过轴承座设置在自动铺丝机上，所述气涨轴2-4-2上设置有若干组凸轮2-4-3，碳纤维预浸料纱路从凸轮2-4-3和砧板轮2-4-12之间穿过，所述凸轮2-4-3上加工有一组定位凹槽2-4-31，所述凸轮2-4-3上还设置有一组碳纤维预浸料切刀2-4-32，所述驱动轴2-4-2旁侧设置有一组扳机气缸组件2-4-4，所述扳机气缸组件2-4-4包括一组气缸架2-4-41，所述气缸架2-4-41上设置有若干组扳机气缸2-4-42，所述扳机气缸2-4-42的活动端设置有一组定位凸起2-4-43，所述定位凸起2-4-43与所述凸轮2-4-3上的定位凹槽2-4-31相配合。
所述砧板轮2-4-12通过压紧弹簧2-4-13预紧。
所述凸轮2-4-3的数量与所述砧板轮2-4-12数量相同且位置上下对应。
所述扳机气缸2-4-42的数量与所述凸轮2-4-3数量相同且位置左右对应。
该驱动轴2-4-2由驱动电机2-71驱动旋转；在驱动轴2-4-2上，在与碳纤维预浸料纱路中每一根纱的位置对应布置联排凸轮2-4-3；在每个凸轮2-4-3的上方布置一个与之对应的砧板轮，砧板轮用压紧弹簧预紧，预浸料纱路从凸轮2-4-3和砧板轮之间穿过；驱动轴2-4-2采用气涨或带有预紧弹簧的构造，可以在每一个凸轮2-4-3内侧压紧一个摩擦片，使凸轮2-4-3和驱动轴2-4-2互相咬合，从而在驱动轴2-4-2和凸轮2-4-3间传递扭矩。当驱动轴旋转时，凸轮2-4-3将在摩擦力作用下随驱动轴转动；通过设计凸轮2-4-3轮廓并在凸轮上布置碳纤维预浸料切刀2-4-32，在凸轮2-4-3旋转一周的过程中，其与砧板轮间的间距发生变化；随着距离的变化预浸料会处于夹紧，自由或被切断的状态；在凸轮2-4-3一侧布置扳机气缸2-4-42，当扳机气缸2-4-42推动定位凸起2-4-43卡入凸轮2-4-3上的凹槽时，凸轮2-4-3就处于静止状态；当驱动轴2-4-2开始旋转的情况下使扳机气缸2-4-42后缩，凸轮2-4-3就会与驱动轴2-4-2抱死并随着驱动轴2-4-2开始旋转，当凸轮2-4-3上的定位凹槽2-4-31再次运动到扳机气缸2-4-42处时，扳机气缸2-4-42将再次推动定位凸起2-4-43卡入凸轮2-4-3中使其静止，此时驱动轴2-4-2仍可以继续旋转，驱动轴2-4-2与凸轮2-4-3间发生打滑，当所有凸轮2-4-3都完成动作被卡死时，驱动轴2-4-2停止，防止过度摩擦；可利用气缸和驱动轴的联合动作控制这种状态的循环往复，从而完成止纱，送纱和切纱的动作。
本发明不存在容易造成切屑累积的过小间隙和滑槽，因此不需像剪丝机构一样定期停机清理，生产率较高；
本发明切丝的能量来源于压紧弹簧的弹性势能，气缸仅起到扳机的作用不提供切丝能量，因此对于气缸没有瞬间气体流量的要求，这就意味着扳机气缸可以使用直动阀，直动阀响应时间短，流量小；而气涨轴又可以在凸轮运动前提前充气，同时扳机气缸行程极短，因此整个气路的响应时间被大幅削减；可从15ms以上减至5ms左右；
由于自动铺放过程中，末端执行器将不可避免地发生速度波动，而每产生100mm/s的速度波动，对于每1ms的气动延时，都产生0.1mm的铺放误差，而铺放过程最大允许的误差仅为1mm，因此本机构的快速性提高了铺放精度，大大降低了对于精度补偿的要求；
本发明将原有自动铺丝机机头中切纱、送纱和止纱三种功能整合到了同一机构上，从而使控制更加简明
本发明切丝效果与丝的张力无关，同时该机构尺寸较小，从而减小了铺丝头尺寸，这种特点同时提高了其工艺适应性和设备可达性，使其特别适用于负曲率曲面的铺放。
Claims (7)
1.一种新型铺丝头，所述纱箱(1)上平行设置有两个直线导轨(3)，铺丝头浮动机构(2)上安装有滑块(5)，铺丝头浮动机构(2)通过滑块(5)与直线导轨(3)配合使用，压紧气缸(4)一端与纱箱(1)相连，压紧气缸(4)另一端与铺丝头浮动机构(2)相连，压紧气缸(4)驱动铺丝头浮动机构(2)在直线导轨(3)上滑动，其特征在于，
所述铺丝头浮动机构(2)包括：接线端子安装板(2-1)、立板(2-2)、减张机构(2-3)、丝束作动装置(2-4)、柔性压辊(2-5)、加热灯(2-6)、驱动机构(2-7)、涡流管(2-8)和压紧气缸铰接座(2-9)，所述接线端子安装板(2-1)两侧设置有立板(2-2)，柔性压辊(2-5)、两个减张机构(2-3)和两个丝束作动装置(2-4)均设置在立板(2-2)内部并与立板(2-2)相连，预浸料依次经过减张机构(2-3)、丝束作动装置(2-4)、柔性压辊(2-5)，立板(2-2)上安装有加热灯(2-6)，加热灯(2-6)位于柔性压辊(2-5)预浸料出口正上方，立板(2-2)外侧壁安装有滑块(5)、缓冲气缸(6)、驱动机构(2-7)、涡流管(2-8)和压紧气缸铰接座(2-9)，涡流管(2-8)气体出口向预浸料喷射气体，压紧气缸(4)另一端与压紧气缸铰接座(2-9)相连，驱动机构(2-7)为丝束作动装置(2-4)提供动力。
2.根据权利要求1所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述纱箱(1)包括：安装板(1-1)、连接支撑板(1-2)、放纱收膜机构和U型连接板(1-3)，所述U型连接板(1-3)左右两侧均设置有两个相互平行的安装板(1-1)，同侧的安装板(1-1)另一端通过连接支撑板(1-2)相连，每个安装板(1-1)上均设置有两个放纱收膜机构，U型连接板(1-3)内壁上设置有滑轨(3)，压紧气缸(4)一端与U型连接板(1-3)外壁相连，U型连接板(1-3)上安装有限位挡块(7)，铺丝头浮动机构(2)上的缓冲气缸(6)的输出端与限位挡块(7)配合使用。
3.根据权利要求2所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述放纱收膜机构包括：放纱轴(1-4)、收膜轴(1-5)、张力测量轴(1-6)、纱箱导向轮(1-7)、测量滑轨(1-8)、测量滑块(1-9)、拉力弹簧(1-10)和电阻尺(1-11)，所述安装板(1-1)上安装有放纱轴(1-4)、收膜轴(1-5)和测量滑轨(1-8)，测量滑轨(1-8)上安装有测量滑块(1-9)，测量滑块(1-9)上安装有张力测量轴(1-6)，拉力弹簧(1-10)一端与测量滑块(1-9)相连，拉力弹簧(1-10)另一端与安装板(1-1)相连，电阻尺(1-11)固定安装在安装板(1-1)上，电阻尺(1-11)移动端与测量滑块(1-9)相连，U型连接板(1-3)内部封闭端设置有纱箱导向轮(1-7)。
4.根据权利要求1所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述驱动机构(2-7)包括：驱动电机(2-71)和驱动减速器(2-72)，所述驱动减速器(2-72)输入端安装有驱动电机(2-71)，驱动减速器(2-72)输出端与丝束作动装置(2-4)相连，驱动减速器(2-72)安装在立板(2-2)外壁上。
5.根据权利要求1所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述柔性压辊(2-5)包括：压辊安装架(2-51)、压辊(2-52)、导纱块(5-23)和导纱导辊(5-24)，所述压辊安装架(2-51)安装在立板(2-2)上，两个压辊安装架(2-51)之间安装有压辊(2-52)，压辊(2-52)一侧安装有导纱块(5-23)，导纱块(5-23)上端面以及弧形面上均开有导纱槽，导纱块(5-23)上端面以及弧形面上的导纱槽交替布置，导纱块(5-23)上下导纱槽入口处均设置有导纱导辊(5-24)。
6.根据权利要求1所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述减张机构(2-3)包括：底座(2-3-1)、止纱轮组件(2-3-2)、中间轮组件(2-3-3)、摩擦轮组件(2-3-4)、导向轮组件(2-3-5)和减张电机组件(2-3-6)，
所述底座(2-3-1)上端面设置有止纱轮组件(2-3-2)，止纱轮组件(2-3-2)两侧均设置有支撑板(2-3-7)，导向轮组件(2-3-5)两端均与支撑板(2-3-7)相连，支撑板(2-3-7)上端安装有中间轮组件(2-3-3)，中间轮组件(2-3-3)上安装有摩擦轮组件(2-3-4)，摩擦轮组件(2-3-4)与中间轮组件(2-3-3)配合使用进行动力传输，减张电机组件(2-3-6)安装在支撑板(2-3-7)侧壁上，减张电机组件(2-3-6)为摩擦轮组件(2-3-4)提供动力。
7.根据权利要求1所述一种新型铺丝头，其特征在于，所述丝束作动装置(2-4)：包括砧板轮组件(2-4-1)；所述砧板轮组件(2-4-1)包括一组砧板轮架(2-4-11)，所述砧板轮架(2-4-11)设置在自动铺丝机上，所述砧板轮架(2-4-11)上并排设置有若干组砧板轮(2-4-12)，所述砧板轮组件(2-4-1)下方设置有驱动轴(2-4-2)，所述驱动轴(2-4-2)两端通过轴承座设置在自动铺丝机上，所述气涨轴(2-4-2)上设置有若干组凸轮(2-4-3)，碳纤维预浸料纱路从凸轮(2-4-3)和砧板轮(2-4-12)之间穿过，所述凸轮(2-4-3)上加工有一组定位凹槽(2-4-31)，所述凸轮(2-4-3)上还设置有一组碳纤维预浸料切刀(2-4-32)，所述驱动轴(2-4-2)旁侧设置有一组扳机气缸组件(2-4-4)，所述扳机气缸组件(2-4-4)包括一组气缸架(2-4-41)，所述气缸架(2-4-41)上设置有若干组扳机气缸(2-4-42)，所述扳机气缸(2-4-42)的活动端设置有一组定位凸起(2-4-43)，所述定位凸起(2-4-43)与所述凸轮(2-4-3)上的定位凹槽(2-4-31)相配合。
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