CN111392523A - 一种炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法，该装置包括：连接支架，固定安装在连接支架上的缠绕机构，固定安装在连接支架上的器件固定机构，以及固定安装在连接支架上的引线夹紧机构；所述缠绕机构包括：固定安装在连接支架上的Z轴传动机构，以及卡接在Z轴传动机构上的X轴传动机构，传动安装在X轴传动机构上的缠绕器，以及设置在连接支架顶部的测量装置。本发明缠绕机构基于三轴运动机构为基础一是可根据工件的尺寸进行灵活的调整；其次可以对缠绕张力进行适当调整，使其适应多种金属质材；引线夹紧机构可工件缠绕过程中可代替人工实现自动对缠绕碳纤维缠绕角度的调整。

Description

一种炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法

技术领域

本发明属于零件制造领域，尤其是一种炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法。

背景技术

金属设备与碳纤维的结合在高科技技术领域有着广泛的应用，与碳纤维结合后的钢铁材料其强度是原来的五倍，且耐热性，抗热冲击性，抗腐蚀和辐射性能均比单一的金属材料出色，现有的碳纤维缠绕工艺中，缠绕技术只能应用与直径单一的圆柱型物体上，无法对对异形件实现自动缠绕，在缠绕过程中需要进行人工干预缠绕角度的调整例如金属壳体从圆形过渡至方形或菱形等异形件缠绕，如果不进行人工干预缠绕过程中非常容易产生碳纤维滑移，影响产品质量。

发明内容

发明目的：提供一种炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种炭纤维异形件缠绕装置，包括：

连接支架，固定安装在连接支架上的缠绕机构，固定安装在连接支架上的器件固定机构，以及固定安装在连接支架上的引线夹紧机构；

所述缠绕机构包括：固定安装在连接支架上的Z轴传动机构，以及卡接在Z轴传动机构上的X轴传动机构，传动安装在X轴传动机构上的缠绕器，以及设置在连接支架顶部的测量装置。

在进一步的实施例中，所述器件固定机构包括固定安装在连接支架上的旋转装置，以及连接在旋转装置一端的固定装置；所述旋转装置包括固定安装在连接支架上的第一旋转电机，以及传动连接在第一旋转电机一端的旋转装置输出轴；所述固定装置包括固定连接在旋转装置输出轴一端的安装轴，以及设置在安装轴一侧的固定盘，所述固定盘上设有径向夹具；所述径向夹具包括：开设在固定盘上的滑槽，安装在滑槽中的滑块，设置在滑块一端的弧形板，以及固定安装在固定盘上的微型液压装置；所述液压装置的输出端连接在滑块的一端，控制滑块在滑槽中滑动，所述滑块为四个对称分布在固定盘上。

在进一步的实施例中，所述缠绕器包括：安装在X轴丝杠上的连接座，设置在连接座一端的旋转头，以及固定安装在旋转头上的张紧轮机构；所述连接座中设有Y轴滑动装置，所述Y轴滑动装置包括：传动安装在X轴丝杠上的底板，固定安装在底部上的两个驱动马达，以及传动连接在底板上的滑动座，所述驱动马达的动力输出端连接第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮与滑动座两侧的齿条旋接，进而驱动马达的动力带动滑动座在底板上运动，进而安装在滑动座一端的旋转头实现Y轴方向的移动。

在进一步的实施例中，所述旋转头包括：传动穿插在滑动座一侧的转筒，设置在转筒外侧的齿轮圈，以及螺接固定在转筒内侧的安装板；所述连接座顶部设有第二旋转电机，所述第二旋转电机的动力输出轴穿插在连接座中所述动力输出轴的一端套接螺旋斜齿轮，所述滑动座上设有与螺旋斜齿轮适配的从齿轮，所述从齿轮同时与转筒外侧的齿轮圈旋接适配，进而旋转电机的动力经过动力输出轴带动螺旋斜齿轮转动，进而带动从齿轮和齿轮圈转动；所述齿轮圈转动时带动转筒在滑动座上转动，最终使固定在转筒上的安装板实现0-360°角度内的旋转。

在进一步的实施例中，所述引线夹紧机构包括：固定安装在连接支架的第二X轴机构，以及设置在传动安装在第二X轴机构丝杠上的安装臂。

在进一步的实施例中，所述安装臂包括：固定安装在第二X轴机构的旋转座，设置在旋转座上的夹持臂，以及设置在夹持臂一端的夹持装置。

在进一步的实施例中，包括如下工作步骤：

S1、将工件穿插在安装轴固定盘上液压装置的输出端带动滑块在滑槽中滑动，进而使四个方向的弧形板抵靠工件，实现多个方向的夹紧固定；

S2、缠绕开始前测量装置对工件进行形状检测，计算机软件根据工件的所需缠绕的几何形状和曲面半径设定缠绕方式和缠绕路径；

S3、将炭纤维引入依次缠绕机构，张紧轮机构最终固定在工件上，第一旋转电机带动固定盘上的工件进行回转式运动；

S4、Z轴传动机构X轴传动机构根据工件的长度和高度，在缠绕过程中带动缠绕器进行Z轴和X轴方向的调整，驱动马达的动力带动滑动座在底板上运动，进而安装在滑动座一端的旋转头实现Y轴方向的移动；最终实现三轴方向的调整缠绕；

S5、第二X轴机构在第二X轴驱动电机的带动下，带动传动安装在第二X轴丝杠上的安装臂实现X轴方向的移动，进而带动夹持装置实现在缠绕过程中对炭纤维缠绕角度的调整。

有益效果：本发明和现有的碳纤维缠绕器相比，本发明缠绕机构基于三轴运动机构为基础一是可根据工件的尺寸进行灵活的调整；其次可以对缠绕张力进行适当调整，使其适应多种金属质材；引线夹紧机构可工件缠绕过程中可代替人工实现自动对缠绕碳纤维缠绕角度的调整。

附图说明

图1是本发明炭纤维异形件缠绕装置及缠绕方法的结构示意图。

图2是本发明缠绕器的结构示意图。

图3是本发明缠绕器的的俯视图。

图4是本发明径向夹具的结构示意图。

图5是本发明引线夹紧机构的结构示意图。

图6是本发明张紧轮机构的结构示意图。

附图标记为：连接支架1、缠绕机构2、Z轴传动机构20、X轴传动机构21、缠绕器22、连接座220、旋转头221、转筒2210、齿轮圈2211、安装板2212、第二旋转电机2213、螺旋斜齿轮2214、从齿轮2215、张紧轮机构222、底板223、驱动马达224、滑动座225、第一齿轮226、第二齿轮227、齿条228、测量装置23、第一旋转电机30、旋转装置输出轴31、安装轴32、固定盘33、滑槽340、滑块341、弧形板342、微型液压装置343、第二X轴机构40、安装臂41、旋转座410、夹持臂411、夹持装置412。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在金属壳体异形件的缠绕过程中，不同形状在过渡时需要人工进行缠绕角度的调整，现有的碳纤维缠绕工艺中，缠绕技术只能应用与直径单一的圆柱型物体上，无法对对异形件实现自动缠绕，如果不进行人工干预，则会造成碳纤维滑移，影响产品质量。

如图1至图5所示的一种炭纤维异形件缠绕装置，包括：连接支架1、缠绕机构2、Z轴传动机构20、X轴传动机构21、缠绕器22、连接座220、旋转头221、转筒2210、齿轮圈2211、安装板2212、第二旋转电机2213、螺旋斜齿轮2214、从齿轮2215、张紧轮机构222、底板223、驱动马达224、滑动座225、第一齿轮226、第二齿轮227、齿条228、测量装置23、第一旋转电机30、旋转装置输出轴31、安装轴32、固定盘33、滑槽340、滑块341、弧形板342、微型液压装置343、第二X轴机构40、安装臂41、旋转座410、夹持臂411、夹持装置412、夹紧装置42。

其中连接支架1为一个整体龙门架结构，缠绕机构2固定安装在连接支架1上，器件固定机构固定安装在连接支架1上且位于缠绕机构2的一侧，引线夹紧机构固定安装在连接支架1上且位于器件固定机构的一侧，引线夹紧机构是为了改善在异形件缠绕过程中实现对缠绕碳纤维的调整。

现有的缠绕机构2在缠绕过程中，缠绕器22是固定安装在连接支架1上，仅仅依靠转头的旋转来实现缠绕角度的调节，缠绕方式单一，只能进行：螺旋缠绕、纵向缠绕和环向缠绕三种缠绕方式；而本发明中所述缠绕机构2包括：固定安装在连接支架1上的Z轴传动机构20，以及卡接在Z轴传动机构20上的X轴传动机构21，传动安装在X轴传动机构21上的缠绕器22，以及设置在连接支架1顶部的测量装置23。所述缠绕器22包括：安装在X轴丝杠上的连接座220，设置在连接座220一端的旋转头221，以及固定安装在旋转头221上的张紧轮机构222；所述连接座220中设有Y轴滑动装置，所述Y轴滑动装置包括：传动安装在X轴丝杠上的底板223，固定安装在底部上的两个驱动马达224，以及传动连接在底板223上的滑动座225，所述驱动马达224的动力输出端连接第一齿轮226和第二齿轮227，所述第一齿轮226和第二齿轮227与滑动座225两侧的齿条228旋接，进而驱动马达224的动力带动滑动座225在底板223上运动，进而安装在滑动座225一端的旋转头221实现Y轴方向的移动，因此本发明缠绕机构2基于三轴运动机构为基础一是可根据工件的尺寸进行灵活的调整，二可根据金属材料的属性适量调整缠绕过程中碳纤维的缠绕张力避免，张力过大造成金属变形。

为了使其满足所述旋转头221包括：传动穿插在滑动座225一侧的转筒2210，设置在转筒2210外侧的齿轮圈2211，以及螺接固定在转筒2210内侧的安装板2212；所述连接座220顶部设有第二旋转电机2213，第二旋转电机2213的型号为HM3500B-12-0.75-F。所述第二旋转电机2213的动力输出轴穿插在连接座220中所述动力输出轴的一端套接螺旋斜齿轮2214，所述滑动座225上设有与螺旋斜齿轮2214适配的从齿轮2215，所述从齿轮2215同时与转筒2210外侧的齿轮圈2211旋接适配，进而第二旋转电机2213的动力经过动力输出轴带动螺旋斜齿轮2214转动，进而带动从齿轮2215和齿轮圈2211转动；所述齿轮圈2211转动时带动转筒2210在滑动座225上转动，最终使固定在转筒2210上的安装板2212实现0-360°角度内的旋转，所述旋转头221在结合三轴运动的基础上满足缠绕机构2实现多个轴向的调整，进而在缠绕过程中对形状过渡后及时进行缠绕角度的调整。所述驱动马达224的型号为PFM-22P370。

现有的器件固定机构可以很好地固定圆柱状物品，使其在缠绕过程中保持不晃动，但是针对其表面球形或其它形状无法适用于这一固定装置，本发明中所述器件固定机构包括固定安装在连接支架1上的旋转装置，以及连接在旋转装置一端的固定装置；所述旋转装置包括固定安装在连接支架1上的第一旋转电机30，以及传动连接在第一旋转电机30一端的旋转装置输出轴31；所述固定装置包括固定连接在旋转装置输出轴31一端的安装轴32，以及设置在安装轴32一侧的固定盘33，为了固定更多的异形件，采用径向夹具对异形件的端口进行固定，径向夹具设置在固定盘33的一侧；异形件穿插在安装轴32上，径向夹具对其夹紧固定；所述径向夹具包括：开设在固定盘33上的滑槽340，安装在滑槽340中的滑块341，设置在滑块341一端的弧形板342，以及固定安装在固定盘33上的微型液压装置343；所述液压装置的输出端连接在滑块341的一端，控制滑块341在滑槽340中滑动，当微型液压装置343带动滑块341向内侧滑动时进而带动弧形板342向内侧夹紧，从而实现对工件插接端的固定，所述滑块341为四个对称分布在固定盘33上，所述弧形板342表面具有螺纹形状，防止工件在随旋转装置转动过程中出现打滑的现象。所述第一旋转电机30的型号为GM12-N20VA-09170-30。

在表面具有多个形状的柱体缠绕过程中，在形状的过渡上经常需要停顿，然后采用人工调整缠绕角度的方法实现多种异形角度的调整；如需要考虑菱形和锥形的前端锐角以及其它球面的所需要考虑的角度人工调整常常会造成炭纤维缠绕形状过渡的密度不同，进而影响产品外观；其次在缠绕过程中非常容易产生滑移，进而采用可数控的引线夹紧机构在缠绕过程中实现对碳纤维的角度调整。所述引线夹紧机构包括：固定安装在连接支架1的第二X轴机构，以及设置在传动安装在第二X轴机构丝杠上的安装臂41。

所述安装臂41包括：固定安装在第二X轴机构40的旋转座410，设置在旋转座410上的夹持臂411，以及设置在夹持臂411一端的夹持装置412；所述旋转座410中设有第三旋转电机，第三旋转电机的动力输出端带动夹持臂411转动，所述夹持臂411的一侧设有第四旋转电机，所述第四旋转电机的动力输出端带动夹持装置412实现水平方向的转动；所述夹持装置412包括夹紧气缸，以及连接在夹紧气缸一侧的夹爪；所述引线夹紧机构在第二X轴机构40中驱动装置的带动下在在第二X轴丝杆上移动，进而带动夹持装置412实现位置的变动。所述第三旋转电机和第四旋转电机的型号为39BYG101-C-13。

工作原理：将工件穿插在安装轴32固定盘33上液压装置的输出端带动滑块341在滑槽340中滑动，进而使四个方向的弧形板342抵靠工件，实现多个方向的夹紧固定；缠绕开始前测量装置23对工件进行形状检测，计算机软件根据工件的所需缠绕的几何形状和曲面半径设定缠绕方式和缠绕路径；将炭纤维引入依次缠绕机构2，张紧轮机构222最终固定在工件上，第一旋转电机30带动固定盘33上的工件进行回转式运动；Z轴传动机构20X轴传动机构21根据工件的长度和高度，在缠绕过程中带动缠绕器22进行Z轴和X轴方向的调整，驱动马达224的动力带动滑动座225在底板223上运动，进而安装在滑动座225一端的旋转头221实现Y轴方向的移动；最终实现三轴方向的调整缠绕；第二X轴机构在第二X轴驱动电机的带动下，带动传动安装在第二X轴丝杠上的安装臂41实现X轴方向的移动，进而带动夹持装置412实现在缠绕过程中对炭纤维缠绕角度的调整。所述第二X轴驱动电机的型号为：GM12-N20VA-11135-100。

本发明和现有的碳纤维缠绕器22相比，本发明缠绕机构2基于三轴运动机构为基础一是可根据工件的尺寸进行灵活的调整；其次可以对缠绕张力进行适当调整，使其适应多种金属质材；引线夹紧机构可工件缠绕过程中可代替人工实现自动对缠绕碳纤维缠绕角度的调整。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，包括：

连接支架，固定安装在连接支架上的缠绕机构，固定安装在连接支架上的器件固定机构，以及固定安装在连接支架上的引线夹紧机构；

所述缠绕机构包括：固定安装在连接支架上的Z轴传动机构，以及卡接在Z轴传动机构上的X轴传动机构，传动安装在X轴传动机构上的缠绕器，以及设置在连接支架顶部的测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，所述器件固定机构包括固定安装在连接支架上的旋转装置，以及连接在旋转装置一端的固定装置；所述旋转装置包括固定安装在连接支架上的第一旋转电机，以及传动连接在第一旋转电机一端的旋转装置输出轴；所述固定装置包括固定连接在旋转装置输出轴一端的安装轴，以及设置在安装轴一侧的固定盘，所述固定盘上设有径向夹具；所述径向夹具包括：开设在固定盘上的滑槽，安装在滑槽中的滑块，设置在滑块一端的弧形板，以及固定安装在固定盘上的微型液压装置；所述液压装置的输出端连接在滑块的一端，控制滑块在滑槽中滑动，所述滑块为四个对称分布在固定盘上。

3.根据权利要求1所述的一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，所述缠绕器包括：安装在X轴丝杠上的连接座，设置在连接座一端的旋转头，以及固定安装在旋转头上的张紧轮机构；所述连接座中设有Y轴滑动装置，所述Y轴滑动装置包括：传动安装在X轴丝杠上的底板，固定安装在底部上的两个驱动马达，以及传动连接在底板上的滑动座，所述驱动马达的动力输出端连接第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮与滑动座两侧的齿条旋接，进而驱动马达的动力带动滑动座在底板上运动，进而安装在滑动座一端的旋转头实现Y轴方向的移动。

4.根据权利要求3所述的一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，所述旋转头包括：传动穿插在滑动座一侧的转筒，设置在转筒外侧的齿轮圈，以及螺接固定在转筒内侧的安装板；所述连接座顶部设有第二旋转电机，所述第二旋转电机的动力输出轴穿插在连接座中所述动力输出轴的一端套接螺旋斜齿轮，所述滑动座上设有与螺旋斜齿轮适配的从齿轮，所述从齿轮同时与转筒外侧的齿轮圈旋接适配，进而旋转电机的动力经过动力输出轴带动螺旋斜齿轮转动，进而带动从齿轮和齿轮圈转动；所述齿轮圈转动时带动转筒在滑动座上转动，最终使固定在转筒上的安装板实现0-360°角度内的旋转。

5.根据权利要求1所述的一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，所述引线夹紧机构包括：固定安装在连接支架的第二X轴机构，以及设置在传动安装在第二X轴机构丝杠上的安装臂。

6.根据权利要求5所述的一种炭纤维异形件缠绕装置，其特征在于，所述安装臂包括：固定安装在第二X轴机构的旋转座，设置在旋转座上的夹持臂，以及设置在夹持臂一端的夹持装置。

7.基于权利要求1所述的一种炭纤维异形件缠绕装置的缠绕方法，其特征在于，包括如下工作步骤：

S1、 将工件穿插在安装轴固定盘上液压装置的输出端带动滑块在滑槽中滑动，进而使四个方向的弧形板抵靠工件，实现多个方向的夹紧固定；

S2、缠绕开始前测量装置对工件进行形状检测，计算机软件根据工件的所需缠绕的几何形状和曲面半径设定缠绕方式和缠绕路径；

S3、将炭纤维引入依次缠绕机构，张紧轮机构最终固定在工件上，第一旋转电机带动固定盘上的工件进行回转式运动；

S4、Z轴传动机构X轴传动机构根据工件的长度和高度，在缠绕过程中带动缠绕器进行Z轴和X轴方向的调整，驱动马达的动力带动滑动座在底板上运动，进而安装在滑动座一端的旋转头实现Y轴方向的移动；最终实现三轴方向的调整缠绕；

S5、第二X轴机构在第二X轴驱动电机的带动下，带动传动安装在第二X轴丝杠上的安装臂实现X轴方向的移动，进而带动夹持装置实现在缠绕过程中对炭纤维缠绕角度的调整。

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