CN112111846B - 一种多纤维束自动更换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多纤维束自动更换装置，包括纤维筒转台、纤维束牵引机构、纤维束穿针平台、气动剪刀和纤维束水平导向棒，结构新颖，实用性强，用简单的直线导轨带动倒纱机构，实现编织针中纤维束的替换，解决了多材质复合材料预制体的纤维束自动更换难题。该装置还减少了人工操作对多材质预制体成形工艺的干扰，提高设备自动化水平，避免人工操作造成的纤维损伤，节省了更换纤维束的时间。

Description

一种多纤维束自动更换装置
技术领域
本发明涉及机械类，特别涉及一种多纤维束自动更换装置，尤指一种可以把编织针中的织造纤维束替换成另一种织造纤维束的装置。
背景技术
众所周知，复合材料构件具有比强度高、比刚度高、比模量高、抗冲击性能好、耐烧蚀性能强等优点，广泛应用于航空航天、船舶、轨道车辆、化工管道和贮罐等领域，并且在高端装备中使用比例与日俱增。复合材料的成形制造在高科技技术的快速发展中具有举足轻重的作用，其成形制造水平是一个国家工业发展的重要评价指标。
针对不同的应用条件和要求，为充分发挥复合材料结构设计和材料设计的统一性，采用不同种类和规格型号的增强纤维，通过合理的材料设计和成形工艺，可以获得综合性能更好的复合材料，多材质增强复合材料在航天工业等领域具有广阔的应用前景。
现有的多材质预制体制备过程中人工干预多、自动化程度低；缺少多纤维束自动更换装置，更换纤维束需要人工完成；制备周期长、预制体成形性能不稳定。本发明提出一种多纤维束自动更换装置，气动手指、换纱棒、换纱对轮等机构配合完成编织针中纤维束的自动更换，提高多材质预制体的成形效率，降低制造成本，减少更换纤维束造成的纤维损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多纤维束自动更换装置，代替人工更换纤维束的工序，解决人工干预多以及耗费时间长的问题。
本发明技术方案如下：
1.一种多纤维束自动更换装置，包括纤维筒转台、纤维束牵引机构、纤维束穿针平台、气动剪刀(5)和纤维束水平导向棒(9)；
所述纤维筒转台包括筒子架(3)、旋转支架(1)和纤维筒组件(23)，所述旋转支架(1)固定在所述筒子架(3)侧方，旋转支架(1)由电机(4)控制其转动，电机(4)固定在筒子架(3)上，纤维筒组件(23)固定在旋转支架(1)上；
所述纤维束牵引机构包括竖直牵引机构和水平牵引机构；
所述竖直牵引机构包括竖直直线导轨(10)、第二滑块(8)和第一气动手指(7)，竖直直线导轨(10)安装在旋转支架(1)下方并且与筒子架(3)平行，第一气动手指(7)安装在第二滑块(8)上；
所述水平牵引机构包括水平直线导轨(22)、第三滑块(21)、第三气动手指(20)，所述水平直线导轨(22)安装在所述竖直直线导轨(10)内侧，第三气动手指(20)安装在第三滑块(21)上；
所述纤维束穿针平台包括穿针平台支架(15)、换纱机构、编织针(12)、编织针夹具(17)和第二气动手指(13)；
所述换纱机构安装在穿针平台支架(15)上；
所述换纱机构包括换纱棒(19)、换纱对轮(16)、第二推杆(18)，所述换纱对轮(16)安装在编织针(12)上方，换纱对轮(16)中间的缝隙正对所述编织针(12)的中间空隙；所述换纱棒(19)连接在第二推杆(18)上，第二推杆(18)和换纱棒(19)安装在换纱对轮(16)上方，正对换纱对轮(16)中间的缝隙；
所述编织针(12)通过所述编织针夹具(17)固定，第二气动手指(13)安装在编织针(12)下方。
2、所述气动剪刀(5)位置高于第一气动手指(7)的安装位置，在更换纤维种类的时，气动剪刀(5)剪断穿在编织针(12)中的被替换纤维束，第一气动手指(7)将被更换的纤维束牵引到水平直线导轨(22)高度。
3、所述纤维束水平导向棒(9)用以控制被第三气动手指(20)所牵引的纤维束，使其与水平直线导轨(22)平行。
4、所述换纱机构中的推杆(18)带动换纱棒(19)下降，穿过换纱对轮(16)中间的空隙以及编织针(12)中孔，替换编织针(12)中纤维种类。
5、所述的第二气动手指(13)夹取穿过编织针(12)的纤维束，第三气动手指(20)松开纤维束，完成纤维的引离。
6、所述的竖直直线导轨(10)和水平直线导轨(22)可以是V型直线导轨，也可以是矩形直线导轨、或者燕尾型直线导轨。
7、所述的第一滑块(6)和第二滑块(8)通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为沿竖直直线导轨(10)运动。
8、所述的第三滑块(21)通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为沿水平直线导轨(22)运动。
9、所述的编织针(12)是带陶瓷眼的编织针，可有效减少纤维损伤。
10、所述的第一气动手指(7)是摆动气动手指，可以抓取远离纤维筒组件(23)末端的空间位置不稳定的纤维束。
11、所述的第一气动手指(13)和第三气动手指(20)是平行气动手指，第二气动手指(13)抓取穿过编织针(12)的纤维束，第三气动手指(20)抓取所述第一气动手指(7)牵引到水平直线导轨(22)高度的纤维束。
12、所述的纤维筒组件(23)由多个纤维筒构成，包括第一种纤维筒(23-1)、第二种纤维筒(23-2)和第三种纤维筒(23-3)，多个纤维筒上缠绕的纤维可以是同一种类的纤维，也可以是不同种类纤维，可根据复合材料设计要求选择纤维的种类和型号规格。
13、所述换纱对轮(16)带有凹槽，换纱棒(19)所牵引的纤维束穿过其中的凹槽。
14、所述的第一推杆(14)和第二推杆(18)可以是气动推杆，也可以是电动推杆。
本发明的有益效果为：
1、一种多纤维束自动更换装置结构新颖，使用方便，有效提高了多材质预制体制备过程的自动化水平，减少了人工操作对成形工艺的干扰。
2、使用一种多纤维束的自动更换装置，机构配合精度高，有效减少了多纤维更换工序导致的纤维损伤。
3、使用一种多纤维束自动更换装置，可以快速、高效地完成编织针中纤维束的更换，节省了多材质预制体制备时间，提高成形效率和质量，降低复合材料制造成本。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明的特征进一步的说明
图1为一种多纤维更换装置示意图；
图2为纤维竖直牵引状态示意图；
图3为纤维水平牵引状态示意图；
图4为纤维束穿针平台示意图；
图5为换纱对轮、换纱棒和编织针位置示意图；
图6为纤维筒组件示意图。
在以上各图中，标号的意义如下：
1—旋转支架；2—轴承座；3—筒子架；4—电机；5—气动剪刀；6—第一滑块；7—第一气动手指；8—第二滑块；9—水平导向棒；10—竖直直线导轨；11—底座；12—编织针；13—第二气动手指；14—第一推杆；15—穿针平台支架；16—换纱对轮；17—编织针夹具；18—第二推杆；19—换纱棒；20—第三气动手指；21—第三滑块；22—水平直线导轨；23—纤维筒组件；23-1—第一种纤维筒；23-2—第二种纤维筒；23-3—第三种纤维筒。
具体实施方式
参看附图1、2、3，本发明所述的一种多纤维自动更换装置包括纤维筒转台、纤维束牵引机构、纤维束穿针平台。所述纤维筒转台包括筒子架(3)、旋转支架(1)，所述筒子架(3)安装在旋转支架(1)侧面，纤维筒(23)固定在筒子架(3)上，所述筒子架(3)通过电机(4)控制，可实现旋转定位，所述电机(4)固定在旋转支架(1)上；所述纤维束牵引机构包括竖直牵引机构和水平牵引机构，所述竖直牵引机构包括竖直直线导轨(10)、第二滑块(8)、和第一气动手指(7)，所述竖直直线导轨(10)安装在旋转支架(1)下方并且与筒子架(3)平行，所述第一气动手指(7)安装在第二滑块(8)上，第二滑块(8)可带动第一气动手指(7)沿导轨竖直滑动。所述水平牵引机构包括水平直线导轨(22)、第三滑块(21)、第三气动手指(20)，所述水平直线导轨(22)安装在所述竖直直线导轨(10)内侧，第三气动手指(20)安装在第三滑块(21)上，第三滑块(21)可带动第三气动手指(20)沿导轨水平滑动；所述纤维束穿针平台包括穿针平台支架(15)、换纱机构、编织针(12)、编织针夹具(17)、和第二气动手指(13)；所述换纱机构安装在穿针平台支架(15)上；所述换纱机构包括换纱棒(19)、换纱对轮(16)、推杆(18)，所述换纱对轮(16)安装在编织针(12)上方，换纱对轮(16)中间的缝隙正对所述编织针(12)的中间空隙，所述换纱棒(19)连接在气动推杆(18)上，推杆(18)和换纱棒(19)安装在换纱对轮上方，同样正对换纱对轮(16)中间的缝隙；所述编织针(12)通过所述编织针夹具(17)固定，第一气动手指(13)安装在编织针下方。
本发明所述的一种多纤维束自动更换装置，还包括用以剪断纤维束的气动剪刀(5)，所述气动剪刀(5)位置高于气动手指(9)的安装位置；所述的一种多纤维束自动更换装置，还包括纤维束水平导向棒(9)，用以保持纤维束与水平直线导轨(22)平行；所述的第二气动手指(13)具有引导纤维束功能，将远离纤维筒组件(23)的纤维束末端，从编织针(12)中穿过。所述的纤维筒组件(23)由多个纤维筒构成，所包含的纤维种类和尺寸根据复合材料设计选择。
以下简述本发明提出的一种多纤维自动更换装置的更换纤维过程：
(1)根据多材质预制体增强复合材料设计要求，将所需要的多个纤维筒组件(23)固定于旋转支架(1)上，纤维筒组件如图6所示，包含多个的纤维筒；
(2)依据复合材料设计要求，电机(4)控制旋转支架(1)的旋转，按照设计顺序把第一种纤维筒(23-1)移动到竖直直线导轨(10)上方；
(3)第二滑块(8)上升，将第一气动手指(7)移动到第一种纤维筒(23-1)的纤维束末端位置，第一气动手指(7)夹住纤维束末端，第二滑块(8)下降，将第一气动手指(7)移动到水平牵引的准备位置；
(4)第三滑块(21)向靠近竖直直线导轨(10)方向移动，第三气动手指(20)移动到水平牵引的准备位置，此时第一气动手指(7)松开，第三气动手指(20)夹住纤维束末端；
(5)第三滑块(21)向远离竖直直线导轨(10)反方向移动，第三气动手指(20)和纤维束水平导向棒(9)共同作用下，纤维束与水平直线导轨(22)接近平行，第三滑块(21)和第三气动手指(20)将纤维束牵引到换纱棒(19)和换纱对轮(16)中间位置；
(6)第二推杆(18)推动换纱棒(19)下降，换纱棒(19)的悬空端压住水平状态的纤维束，两者一起穿过带有凹槽的换纱对轮(16)以及下方的编织针(12)；
(7)第三气动手指(20)松开纤维束，伸出的第二气动手指(13)夹住编织针(12)下方伸出的纤维束，牵引纤维束末端远离编织针(12)，然后纤维束穿过编织针(12)中间的空隙，完成纤维束的穿针步骤；
(8)第二推杆(18)推动换纱棒(19)上升，恢复到初始位置；
(9)第一滑块(6)带动气动剪刀(5)移动到第一种纤维筒(23-1)的下方，气动剪刀(5)剪断纤维束；
(10)第二气动手指(13)移动到编织针(12)下方，夹住纤维束末端，将被剪断的纤维束从编织针(12)的中间空隙拖拽出来。
(11)电机(4)带动旋转支架(1)转动，将第二种纤维筒(23-2)移动到竖直直线导轨(10)上方；
(12)第二滑块(8)带动第一气动手指(7)上升，第一气动手指(7)夹住第二种纤维筒(23-2)的纤维束末端，重复步骤(3)—(8)，完成第二种纤维的自动更换。其它纤维的自动更换，重复步骤(9)—(11)和步骤(3)—(8)。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种多纤维束自动更换装置，包括纤维筒转台、纤维束牵引机构、纤维束穿针平台、气动剪刀(5)和纤维束水平导向棒(9)；
所述纤维筒转台包括筒子架(3)、旋转支架(1)和纤维筒组件(23)，所述旋转支架(1)固定在所述筒子架(3)侧方，旋转支架(1)由电机(4)控制其转动，电机(4)固定在筒子架(3)上，纤维筒组件(23)固定在旋转支架(1)上；
所述纤维束牵引机构包括竖直牵引机构和水平牵引机构；
所述竖直牵引机构包括竖直直线导轨(10)、第二滑块(8)和第一气动手指(7)，竖直直线导轨(10)安装在旋转支架(1)下方并且与筒子架(3)平行，第一气动手指(7)安装在第二滑块(8)上；
所述水平牵引机构包括水平直线导轨(22)、第三滑块(21)、第三气动手指(20)，水平直线导轨(22)安装在竖直直线导轨(10)内侧，第三气动手指(20)安装在第三滑块(21)上；
所述纤维束穿针平台包括穿针平台支架(15)、换纱机构、编织针(12)、编织针夹具(17)和第二气动手指(13)；
所述换纱机构安装在穿针平台支架(15)上；
所述换纱机构包括换纱棒(19)、换纱对轮(16)、第二推杆(18)，所述换纱对轮(16)安装在编织针(12)上方，换纱对轮(16)中间的缝隙正对所述编织针(12)的中间空隙；所述换纱棒(19)连接在第二推杆(18)上，第二推杆(18)和换纱棒(19)安装在换纱对轮上方，正对换纱对轮(16)中间的缝隙；
所述编织针(12)通过所述编织针夹具(17)固定，第二气动手指(13)安装在编织针下方。
2.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述气动剪刀(5)位置高于第一气动手指(7)的安装位置，在更换纤维种类的时，气动剪刀(5)剪断穿在编织针(12)中的被替换纤维束，第一气动手指(7)将被更换的纤维束牵引到水平直线导轨(22)高度。
3.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述纤维束水平导向棒(9)用以控制被第三气动手指(20)所牵引的纤维束，使其与水平直线导轨(22)平行。
4.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述换纱机构中的第二推杆(18)带动换纱棒(19)下降，穿过换纱对轮(16)中间的空隙以及编织针(12)中孔，替换编织针(12)中纤维种类。
5.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的第二气动手指(13)夹取穿过编织针(12)的纤维束，第三气动手指(20)松开纤维束，完成纤维的引离。
6.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的竖直直线导轨(10)和水平直线导轨(22)可以是V型直线导轨，也可以是矩形直线导轨、或者燕尾型直线导轨。
7.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，第二滑块(8)通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为沿竖直直线导轨(10)运动。
8.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的第三滑块(21)通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为沿水平直线导轨(22)运动。
9.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的编织针(12)是带陶瓷眼的编织针，可有效减少纤维损伤。
10.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的第一气动手指(7)是摆动气动手指，可以抓取远离纤维筒组件(23)末端的空间位置不稳定的纤维束。
11.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的第二气动手指(13)和第三气动手指(20)是平行气动手指，第二气动手指(13)抓取穿过编织针(12)的纤维束，第三气动手指(20)抓取所述第一气动手指(7)牵引到水平直线导轨(22)高度的纤维束。
12.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述的纤维筒组件(23)由多个纤维筒构成，包括第一种纤维筒(23-1)、第二种纤维筒(23-2)和第三种纤维筒(23-3)，多个纤维筒上缠绕的纤维可以是同一种类的纤维，也可以是不同种类纤维，可根据复合材料设计要求选择纤维的种类和规格型号。
13.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，所述换纱对轮(16)带有凹槽，换纱棒(19)所牵引的纤维束穿过其中的凹槽。
14.根据权利要求1所述的一种多纤维束自动更换装置，其特征在于，第二推杆(18)可以是气动推杆，也可以是电动推杆。
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