CN111284044A - 一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置 - Google Patents

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陈洪海
修冬
段学俊
王凯
魏巍
吴焕
郭波
康战
王泽震
李珊
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Abstract

一种高精度四轴联动多根Z‑pin植入三维增强装置，机架包括床身底架、床身龙门架、X轴进给系统、Y轴进给系统、Z轴进给系统、A轴进给系统、植入头组件、储料分线机构、泡沫基板。尤其是可用于高强度、高精度的多根细长杆复合材料精密的植入。

Description

一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置
所属技术领域
本发明涉及一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置，尤其是可用于高强度、高精度的多根细长杆复合材料精密的植入。
背景技术
关于Z-pin植入三维增强的技术，是将直径在0.5mm左右的复合材料细长杆植入到未固化的层合构件中，被植入层合板的Z-pin通过机械以及化学作用把铺层牢牢的结合在一起，完成植入后固化形成三维增强结构，从而提高层间结合强度。目前公知的技术是各个阶段 Z-pin 受力状态各有不同，在植入初期 Z-pin 开始进入预浸料铺层，大部分在泡沫载体内，由于泡沫载体的支撑左右有限以及铺层所给的植入阻力大，此时最容易产生 Z-pin 倾斜和压弯，Z-pin 的植入深度出现与设定参数不符的现象。关于一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置，目前公知的技术容易产生 Z-pin 倾斜和压弯，Z-pin 的植入深度出现与设定参数不符的现象，并且目前查阅的文献表明：关于一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置的四轴联动结构以及长度精准定位具体实现方法也未见报道或提及。
发明内容
将复合材料纤维棒Z-pin植入泡沫基板中，植入完成的泡沫基板是复合材料植入强化的中间产品，本发明实现其技术内容所采用的技术方案为：一种高精度四轴联动多根Z-pin植入三维增强装置，其特征是：机架包括床身底架（1）、X轴进给系统（4）、Y轴进给系统（2）、Z轴进给系统（18）、A轴进给系统（6）、床身龙门架（3）、植入头组件（5）、储料分线机构（7）、泡沫基板（8）；植入头组件包括：植入头箱体（12）、储料分线机构（7）、驱动压紧机构、导向压紧装置、切割装置；植入头箱体（12）是植入头组件的基体；储料分线机构由储料盘（16）和分线梳（10）构成，用于储存复合材料纤维线（9）和纤维线的变距；储料盘（16）用于储存待植入的复合材料纤维线（9）；分线梳（10）用于将从储料盘中拉出的复合材料纤维线（9）的间距转变为植入时的要求间距；驱动压紧机构由编码器滚轮（11）、A轴滚轮（17）、压紧滚轮（14）构成，用于驱动、压紧纤维线以及走线距离的精确计量与控制；编码器滚轮与编码器相连接，实现走线距离的精确计量；A轴驱动轮与A轴电机相连接，带动复合材料纤维运动；压紧滚轮（14）将复合材料纤维压紧于编码器滚轮（11）与A轴滚轮（17）上，避免纤维与滚轮发生相对运动；导向压紧装置包括导向块、压紧块、压紧气缸（15），用于准确控制纤维线距、保证纤维线竖直、保证切割质量与植入成功性导向块由A、B、C三个部分拼装而成，设有线槽，可准确控制线距，并保证纤维线竖直植入泡沫基板；下部设有切割槽，切割槽的对侧设有压紧装置，保证切割装置能将所有纤维线成功切断，并保证植入的成功性；压紧块由压紧气缸驱动，在导柱上滑动，实现植入与切割过程中纤维线的压紧与松开；压紧面设有柔性材料，保证压紧的可靠性并避免损坏纤维线；设有让刀槽，保证切割过程的顺利与可靠；压紧气缸驱动压紧块运动；切割装置由装夹导向机构、角度式切割片（132）、Z轴进给系统（18）、A轴进给系统（6）、床身龙门架（3）、植入头组件（5）、储料分线机构（7）、泡沫基板（8）；植入头组件包括：植入头箱体（12）、储料分线机构（7）、驱动压紧机构、导向压紧装置、切割装置；植入头箱体（12）是植入头组件的基体；储料分线机构由储料盘（16）和分线梳（10）构成，用于储存复合材料纤维线（9）和纤维线的变距；储料盘（16）用于储存待植入的复合材料纤维线（9）；分线梳（10）用于将从储料盘中拉出的复合材料纤维线（9）的间距转变为植入时的要求间距；驱动压紧机构由编码器滚轮（11）、A轴滚轮（17）、压紧滚轮（14）构成，用于驱动、压紧纤维线以及走线距离的精确计量与控制；编码器滚轮与编码器相连接，实现走线距离的精确计量；A轴驱动轮与A轴电机相连接，带动复合材料纤维运动；压紧滚轮（14）将复合材料纤维压紧于编码器滚轮（11）与A轴滚轮（17）上，避免纤维与滚轮发生相对运动；导向压紧装置包括导向块、压紧块、压紧气缸（15），用于准确控制纤维线距、保证纤维线竖直、保证切割质量与植入成功性导向块由A、B、C三个部分拼装而成，设有线槽，可准确控制线距，并保证纤维线竖直植入泡沫基板；下部设有切割槽，切割槽的对侧设有压紧装置，保证切割装置能将所有纤维线成功切断，并保证植入的成功性；压紧块由压紧气缸驱动，在导柱上滑动，实现植入与切割过程中纤维线的压紧与松开；压紧面设有柔性材料，保证压紧的可靠性并避免损坏纤维线；设有让刀槽，保证切割过程的顺利与可靠；压紧气缸驱动压紧块运动；切割装置由装夹导向机构、角度式切割片（13轴进给系统。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为Z-pin植入三维增强的装置主视图。
图2为Z-pin植入三维增强的装置植入头组件左视图。
图中:1.床身底架，2.Y轴进给系统，3.床身龙门架，4.X轴进给系统，5.植入头组件，6.A轴进给系统，7.储料分线机构，8.泡沫基板，9.复合材料纤维线，10.分线梳，11.编码器滚轮，12.植入头箱体，13.角度式切割片，14.压紧滚轮，15.压紧气缸，16.储料盘，17.A 轴滚轮，18.Z轴进给系统
具体实施方式
在图1和图2中，机架包括床身底架（1）、X轴进给系统（4）、Y轴进给系统（2）、Z轴进给系统（18）、A轴进给系统（6）、床身龙门架（3）、植入头组件（5）、储料分线机构（7）、泡沫基板（8）；植入头组件包括：植入头箱体（12）、储料分线机构（7）、驱动压紧机构、导向压紧装置、切割装置；植入头箱体（12）是植入头组件的基体；储料分线机构由储料盘（16）和分线梳（10）构成，用于储存复合材料纤维线（9）和纤维线的变距；储料盘（16）用于储存待植入的复合材料纤维线（9）；分线梳（10）用于将从储料盘中拉出的复合材料纤维线（9）的间距转变为植入时的要求间距；驱动压紧机构由编码器滚轮（11）、A轴滚轮（17）、压紧滚轮（14）构成，用于驱动、压紧纤维线以及走线距离的精确计量与控制；编码器滚轮与编码器相连接，实现走线距离的精确计量；A轴驱动轮与A轴电机相连接，带动复合材料纤维运动；压紧滚轮（14）将复合材料纤维压紧于编码器滚轮（11）与A轴滚轮（17）上，避免纤维与滚轮发生相对运动；导向压紧装置包括导向块、压紧块、压紧气缸（15），用于准确控制纤维线距、保证纤维线竖直、保证切割质量与植入成功性导向块由A、B、C三个部分拼装而成，设有线槽，可准确控制线距，并保证纤维线竖直植入泡沫基板；下部设有切割槽，切割槽的对侧设有压紧装置，保证切割装置能将所有纤维线成功切断，并保证植入的成功性；压紧块由压紧气缸驱动，在导柱上滑动，实现植入与切割过程中纤维线的压紧与松开；压紧面设有柔性材料，保证压紧的可靠性并避免损坏纤维线；设有让刀槽，保证切割过程的顺利与可靠；压紧气缸驱动压紧块运动；切割装置由装夹导向机构、角度式切割片（13）、转角式切割机、切割气缸构成，用于将复合材料纤维线切断，形成复合材料纤维棒；且切断面呈一定的角度，为后续的强化工序做准备；装夹导向机构由装夹工装与导轨构成，用于其他切割装置的安装与切割运动的导向；角度式切割片具有指定角度的特制切割片，安装与转角式切割机上，用于纤维线的切断，并保证切断面呈指定角度；转角式切割机安装于装夹工装上，可在切割气缸的驱动下沿指定方向往复运动，实现切割；切割气缸安装于装夹工装上，用于驱动转角式切割机往复运动；X轴由伺服电机驱动，控制工作台前后运动；Y轴由伺服电机驱动，控制植入头左右运动；Z轴由伺服电机驱动，控制植入头上下运动；A轴由伺服电机驱动，控制A轴滚轮旋转。
具体操作过程：
复合材料纤维线（9）储存于储料盘（16）中，经过分线梳（10）的变距，进入驱动压紧机构，压紧滚轮将其压紧于编码器滚轮（11）和A轴滚轮（17）之上，由A轴滚轮（17）旋转带动复合材料纤维线（9）进入导向压紧装置，经过导向压紧装置的精确变距和夹紧后，z轴下降，将复合材料纤维植入平铺于工作台上的泡沫基板（8），接着切割装置在导向压紧装置的末端将复合材料纤维切断，z轴上升，x、y轴运动，使植入头位于下一个植入位置，开始下一次植入。

Claims (1)

1.一种高精度四轴联动多根 Z-pin植入三维增强装置，其特征是： 机架包括床身底架（1）、X轴进给系统（4）、Y轴进给系统（2）、Z轴进给系统（18）、A轴进给系统（6）、床身龙门架（3）、植入头组件（5）、储料分线机构（7）、泡沫基板（8）；植入头组件包括：植入头箱体（12）、储料分线机构（7）、驱动压紧机构、导向压紧装置、切割装置；植入头箱体（12）是植入头组件的基体；储料分线机构由储料盘（16）和分线梳（10）构成，用于储存复合材料纤维线（9）和纤维线的变距；储料盘（16）用于储存待植入的复合材料纤维线（9）；分线梳（10）用于将从储料盘中拉出的复合材料纤维线（9）的间距转变为植入时的要求间距；驱动压紧机构由编码器滚轮（11）、A轴滚轮（17）、压紧滚轮（14）构成，用于驱动、压紧纤维线以及走线距离的精确计量与控制；编码器滚轮与编码器相连接，实现走线距离的精确计量；A轴驱动轮与A轴电机相连接，带动复合材料纤维运动；压紧滚轮（14）将复合材料纤维压紧于编码器滚轮（11）与A轴滚轮（17）上，避免纤维与滚轮发生相对运动；导向压紧装置包括导向块、压紧块、压紧气缸（15），用于准确控制纤维线距、保证纤维线竖直、保证切割质量与植入成功性导向块由A、B、C三个部分拼装而成，设有线槽，可准确控制线距，并保证纤维线竖直植入泡沫基板；下部设有切割槽，切割槽的对侧设有压紧装置，保证切割装置能将所有纤维线成功切断，并保证植入的成功性；压紧块由压紧气缸驱动，在导柱上滑动，实现植入与切割过程中纤维线的压紧与松开；压紧面设有柔性材料，保证压紧的可靠性并避免损坏纤维线；设有让刀槽，保证切割过程的顺利与可靠；压紧气缸驱动压紧块运动；切割装置由装夹导向机构、角度式切割片（13）、转角式切割机、切割气缸构成，用于将复合材料纤维线切断，形成复合材料纤维棒；且切断面呈一定的角度，为后续的强化工序做准备；装夹导向机构由装夹工装与导轨构成，用于其他切割装置的安装与切割运动的导向；角度式切割片具有指定角度的特制切割片，安装与转角式切割机上，用于纤维线的切断，并保证切断面呈指定角度；转角式切割机安装于装夹工装上，可在切割气缸的驱动下沿指定方向往复运动，实现切割；切割气缸安装于装夹工装上，用于驱动转角式切割机往复运动；X轴由伺服电机驱动，控制工作台前后运动；Y轴由伺服电机驱动，控制植入头左右运动；Z轴由伺服电机驱动，控制植入头上下运动；A轴由伺服电机驱动，控制A轴滚轮旋转。
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