CN113564815A - 一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，涉及碳纤维预制体技术领域，包括主机架装置、预制体运行装置、多轴机械臂和功能组件，所述预制体运行装置被配置为可枢转固定至所述主机架装置，并驱动回转体类针刺预制体旋转，所述多轴机械臂被配置为与所述功能组件配合以控制所述回转体类针刺预制体的针刺路径点轨迹和整体绕丝的运动轨迹。本发明能够方便快捷地进行预制体的成型，减少人工的干预。

Description

一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备

技术领域

本发明涉及碳纤维预制体技术领域，尤其涉及一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备。

背景技术

单晶硅拉晶炉中，需要用到多种形状的热场材料，如：坩埚、埚帮、导流筒、保温筒等，由于需要在高温下保持很高的材料强度，故只能选用石墨或者碳/碳复合材料。而随着拉晶炉尺寸越做越大，相应的高温热场材料尺寸形状也都在不断变化中，力学强度和使用寿命要求越来越高，碳/碳复合材料成为了首选。作为增强体的碳纤维预制体的结构对碳/碳复合材料性能起着决定性作用。现有用针刺法制备该回转类预制体主要通过在不同的形状位置处布置不同角度的针刺装置，以形成自动化针刺。此方法对产品形状尺寸变化时的适应性差，且制备过程中绕丝工序还需依赖人工完成。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，从而克服上述现有技术中的缺点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，以方便快捷地进行预制体的成型，减少人工的干预。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，包括主机架装置、预制体运行装置、多轴机械臂和功能组件，所述预制体运行装置被配置为可枢转固定至所述主机架装置，并驱动回转体类针刺预制体旋转，所述多轴机械臂被配置为与所述功能组件配合以控制所述回转体类针刺预制体的针刺路径点轨迹和整体绕丝的运动轨迹。

进一步地，所述主机架装置包括外框架和平台，所述平台固定设置在所述外框架上，并设置有第一轴承和第二轴承，所述预制体运行装置包括电机、减速机、传动杆、法兰和预制体模具，所述电机连接至所述减速机，所述减速机连接至所述传动杆，所述传动杆穿过所述第一轴承和所述第二轴承连接至所述法兰，所述法兰连接至所述预制体模具，所述预制体模具被配置为承载所述回转体类针刺预制体。

进一步地，所述电机为伺服电机。

进一步地，所述多轴机械臂包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和第五机械臂，所述功能组件包括直段针刺部件、第一圆角针刺部件、第二圆角针刺部件、底面针刺部件和绕丝部件，所述第一机械臂被配置为与所述直段针刺部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的直段位置的针刺路径点轨迹，所述第二机械臂和所述第三机械臂被配置为分别与所述第一圆角针刺部件和所述第二圆角针刺部件配合以控制预制体所述回转体类针刺预制体的圆角位置的针刺路径点轨迹，所述第四机械臂被配置为与所述底面针刺部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的底面位置的针刺路径点轨迹，所述第五机械臂被配置为与所述绕丝部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的整体绕丝的运动轨迹。

进一步地，所述第一机械臂为三轴机械臂，所述第二机械臂和所述第三机械臂为五轴机械臂，所述第四机械臂为四轴机械臂，所述第五机械臂为六轴机械臂。

进一步地，所述直段针刺部件包括第一伺服电动缸、第一底板、直段针板，所述第一机械臂连接至所述第一伺服电动缸，所述第一伺服电动缸连接至所述第一底板，所述第一底板连接至所述直段针板。

进一步地，所述第一圆角针刺部件包括第二伺服电动缸、第二底板、第一圆角针板，所述第二机械臂连接至所述第二伺服电动缸，所述第二伺服电动缸连接至所述第二底板，所述第二底板连接至所述第一圆角针板。

进一步地，所述第二圆角针刺部件包括第三伺服电动缸、第三底板、第二圆角针板，所述第三机械臂连接至所述第三伺服电动缸，所述第三伺服电动缸连接至所述第三底板，所述第三底板连接至所述第二圆角针板。

进一步地，所述底面针刺部件包括第四伺服电动缸、第四底板、底面针板，所述第四机械臂连接至所述第四伺服电动缸，所述第四伺服电动缸连接至所述第四底板，所述第四底板连接至所述底面针板。

进一步地，所述绕丝部件包括第五底板、纤维引导装置，所述第五机械臂连接至所述第五底板，所述第五底板连接至所述纤维引导装置。

本发明的优点在于：

该针刺成型设备在制备不同尺寸，不同形状的回转体类针刺预制体的时候只需要更换不同形状和大小的针板即可，无需改动设备，能够降低生产不同尺寸，不同形状的回转体类针刺预制体的设备成本；该针刺成型设备增加绕丝装置，通过机械臂控制绕丝轨迹，无需移动预制体，相对于现有人工绕丝方式，提高了绕丝效率和精度，解决了预制体移动复位过程中出现的偏差；该针刺成型设备还在圆角处设置两组针刺装置，每组针刺装置的布针密度为正常的1/5~1之间，并按照弧面形状错落布针，避免预制体圆角处曲率过大之后，由于布针太密导致内部针刺密度太高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图。

其中，11-外框架，12-平台，121-第一轴承，122-第二轴承，21-电机，22-减速机，23-传动杆，24-法兰，31-第一机械臂，32-第二机械臂，33-第三机械臂，34-第四机械臂，35-第五机械臂，41-直段针刺部件，411-第一伺服电动缸，412-第一底板，413-直段针板，42-第一圆角针刺部件，421-第二伺服电动缸，422-第二底板，423-第一圆角针板，43-第二圆角针刺部件，431-第三伺服电动缸，432-第三底板，433-第二圆角针板，44-底面针刺部件，441-第四伺服电动缸，442-第四底板，443-底面针板，45-绕丝部件，451-第五底板，452-纤维引导装置，5-预制体模具。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，包括主机架装置、预制体运行装置、多轴机械臂和功能组件。

主机架装置包括外框架11和平台12，平台12上设置有第一轴承121和第二轴承122。

预制体运行装置包括电机21、减速机22、传动杆23和法兰24，电机21和减速机22连接，减速机22和传动杆23连接，传动杆23穿过第一轴承121和第二轴承122，传动杆23穿过法兰24连接，法兰24与预制体模具5连接。

电机21采用伺服电机。

多轴机械臂包括第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33、第四机械臂34、第五机械臂35。

第一机械臂31为三轴机械臂。

第二机械臂32、第三机械臂33为五轴机械臂。

第四机械臂34为四轴机械臂。

第五机械臂35为六轴机械臂。

功能组件包括直段针刺部件41、圆角针刺部件42、圆角针刺部件43、底面针刺部件44和绕丝部件45。

直段针刺部件41包括第一伺服电动缸411、第一底板412和直段针板413，第一伺服电动缸411与第一机械臂31连接，第一底板412与第一伺服电动缸411连接，直段针板413与第一底板412连接。

第一圆角针刺部件42包括第二伺服电动缸421、第二底板422和第一圆角针板423，第二伺服电动缸421与第二机械臂32连接，第二底板422与第二伺服电动缸421连接，第一圆角针板423与第二底板422连接。

第二圆角针刺部件43包括第三伺服电动缸431、第三底板432和第二圆角针板433，第三伺服电动缸431与第三机械臂33连接，第三底板432与第三伺服电动缸431连接，第二圆角针板433与第三底板432连接。

底面针刺部件44包括第四伺服电动缸441、第四底板442和底面针板443，第四伺服电动缸441与第四机械臂34连接，第四底板442与第四伺服电动缸441连接，底面针板443与第四底板442连接。

绕丝部件45包括第五底板451和纤维引导装置452，第五底板451与第五机械臂35连接，纤维引导装置452与第五底板451连接。

该针刺成型设备在使用时包含以下步骤：

1、模具安装。将预制体模具5套在传动杆23上，通过法兰24和传动杆23固定。

2、设置参数。设置好第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33、第四机械臂34、第五机械臂35的初始位置以及路径点轨迹。

3、单元层铺放。在预制体模具5上铺放碳纤维布和碳纤维网胎，并固定牢固。

4、针刺。启动电机21、第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33和第四机械臂34，第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33和第四机械臂34分别到达各自第一路径点，第一伺服电动缸411、第二伺服电动缸412、第三伺服电动缸413、第四伺服电动缸414开始运行，预制体模具5旋转，进行针刺，预制体模具5旋转一周后针刺结束，针刺动作停止，第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33和第四机械臂34回到初始位置。

5、纤维缠绕。将碳纤维穿过第五机械臂35的纤维引导装置452，一端固定在预制体模具5上，通过预制体模具5旋转和第五机械臂35运动配合，在预制体上缠绕纤维。

6、重复单元层铺放、针刺和纤维缠绕操作。继续铺放纤维布和碳纤维网胎，启动电机21、第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33和第四机械臂34，第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33和第四机械臂34会自动到达第二路径点，开始针刺，针刺结束后第五机械臂35引导纤维进行缠绕，重复上述操作，直至厚度达到设计要求。

其中最后一个单元层仅进行单元层铺放和针刺操作，没有纤维缠绕操作。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，包括主机架装置、预制体运行装置、多轴机械臂和功能组件，所述预制体运行装置被配置为可枢转固定至所述主机架装置，并驱动回转体类针刺预制体旋转，所述多轴机械臂被配置为与所述功能组件配合以控制所述回转体类针刺预制体的针刺路径点轨迹和整体绕丝的运动轨迹。

2.如权利要求1所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述主机架装置包括外框架和平台，所述平台固定设置在所述外框架上，并设置有第一轴承和第二轴承，所述预制体运行装置包括电机、减速机、传动杆、法兰和预制体模具，所述电机连接至所述减速机，所述减速机连接至所述传动杆，所述传动杆穿过所述第一轴承和所述第二轴承连接至所述法兰，所述法兰连接至所述预制体模具，所述预制体模具被配置为承载所述回转体类针刺预制体。

3.如权利要求2所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述电机为伺服电机。

4.如权利要求1所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述多轴机械臂包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和第五机械臂，所述功能组件包括直段针刺部件、第一圆角针刺部件、第二圆角针刺部件、底面针刺部件和绕丝部件，所述第一机械臂被配置为与所述直段针刺部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的直段位置的针刺路径点轨迹，所述第二机械臂和所述第三机械臂被配置为分别与所述第一圆角针刺部件和所述第二圆角针刺部件配合以控制预制体所述回转体类针刺预制体的圆角位置的针刺路径点轨迹，所述第四机械臂被配置为与所述底面针刺部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的底面位置的针刺路径点轨迹，所述第五机械臂被配置为与所述绕丝部件配合以控制所述回转体类针刺预制体的整体绕丝的运动轨迹。

5.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述第一机械臂为三轴机械臂，所述第二机械臂和所述第三机械臂为五轴机械臂，所述第四机械臂为四轴机械臂，所述第五机械臂为六轴机械臂。

6.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述直段针刺部件包括第一伺服电动缸、第一底板、直段针板，所述第一机械臂连接至所述第一伺服电动缸，所述第一伺服电动缸连接至所述第一底板，所述第一底板连接至所述直段针板。

7.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述第一圆角针刺部件包括第二伺服电动缸、第二底板、第一圆角针板，所述第二机械臂连接至所述第二伺服电动缸，所述第二伺服电动缸连接至所述第二底板，所述第二底板连接至所述第一圆角针板。

8.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述第二圆角针刺部件包括第三伺服电动缸、第三底板、第二圆角针板，所述第三机械臂连接至所述第三伺服电动缸，所述第三伺服电动缸连接至所述第三底板，所述第三底板连接至所述第二圆角针板。

9.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述底面针刺部件包括第四伺服电动缸、第四底板、底面针板，所述第四机械臂连接至所述第四伺服电动缸，所述第四伺服电动缸连接至所述第四底板，所述第四底板连接至所述底面针板。

10.如权利要求4所述的用于制备回转体类针刺预制体的针刺设备，其特征在于，所述绕丝部件包括第五底板、纤维引导装置，所述第五机械臂连接至所述第五底板，所述第五底板连接至所述纤维引导装置。

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