CN115648654B - 一种纤维缠绕机械手及其多束丝嘴装置、纤维缠绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纤维缠绕机械手及其多束丝嘴装置、纤维缠绕方法，属于机械手的技术领域，多关节机械手具有自由度多、工作空间较大、运动部件惯量小、通用性好和可扩展性强等优点，特别适合外形复杂的高精度自动缠绕成型，为线性轨迹提供了更高的可设计性，有助于纤维缠绕单元的模块化和柔性化，满足大范围小批量的生产任务需求，在纤维缠绕过程中，多束丝嘴装置安装于机械臂的执行端，集纤维放卷、张力控制、纤维导向、纤维浸胶四大功能于一体，可以提高缠绕构件的形状适应性，是实现高效高精度纤维缠绕的重要部件。

Description

一种纤维缠绕机械手及其多束丝嘴装置、纤维缠绕方法

技术领域

本发明属于机械手的技术领域，具体公开了一种纤维缠绕机械手及其多束丝嘴装置、纤维缠绕方法。

背景技术

纤维缠绕技术是指将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照设定的轨迹缠绕至芯模表面，然后固化脱模，成为增强塑料制品的工艺过程。纤维缠绕工艺具有成型效率高、材料利用充分、生产成本低、产品质量一致性好等优点，成为纤维增强回转壳体成型的首选工艺，也是目前生产复合材料的重要工艺和技术。

传统的卧式或立式纤维缠绕机具有自由度低、工作空间小、可设计性小、成本高等特点，例如专利CN212472375 U公开的一种纤维复合材料用数控缠绕机，只适用于简单回转形结构（如直管和直杆等直线型结构、锥形管、锥形杆）的缠绕成型，对于复杂结构、异形结构（如弯管、三通、机翼、叶片）则面临缠绕困难、产品质量差的问题。

发明内容

本发明提供一种纤维缠绕机械手及其多束丝嘴装置，以改善传统的卧式或立式纤维缠绕机在对复杂结构、异形结构进行缠绕时存在缠绕困难、产品质量差的技术问题，并基于该纤维缠绕机械手提出了一种纤维缠绕方法。

本发明提供一种纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，包括丝嘴座、丝嘴悬臂、放卷机构、纤维导向机构和浸胶机构；丝嘴悬臂垂直安装在丝嘴座上；多组放卷机构绕丝嘴悬臂均匀设置，放卷机构包括纤维卷和磁粉制动器；纤维卷可转动，垂直安装在丝嘴座上；磁粉制动器与纤维卷的端部连接，用于控制纤维卷放卷时的阻力；纤维导向机构包括导纱轮、张紧组件、椭圆导纱盘、分纱器和分纱梳；导纱轮和张紧组件绕丝嘴悬臂均匀设置，且与放卷机构一一对应；导纱轮可转动，垂直安装在丝嘴座上，导纱轮的直径由前端到后端先逐渐减小后逐渐增大，后端直径大于前端直径；张紧组件包括张紧架、辅助轮、张力杆和张力调节件；张紧架与丝嘴座连接，张紧架的前后倾角按照预设角度设置，张紧架包括主板以及垂直设置在主板两侧的侧板，主板上设置有弧形孔，侧板上设置有导纱孔Ⅰ；两个辅助轮转动安装在主板上，且位于弧形孔的两侧；张力杆穿过弧形孔，后端与张力调节件固定连接；张力调节件与主板转动连接；椭圆导纱盘安装在丝嘴座上，围绕在丝嘴悬臂外侧，椭圆导纱盘上沿周向设置有与张紧组件一一对应的导纱孔Ⅱ；分纱器和两组分纱梳由后到前依次安装在丝嘴悬臂上，分纱器上设置有与导纱孔Ⅱ数量相等的导纱孔Ⅲ，分纱梳上设置有与导纱孔Ⅲ数量相等的导纱槽，导纱孔Ⅲ和导纱槽均呈直线排列；浸胶机构包括浸胶槽、带胶辊和压胶辊；浸胶槽安装在丝嘴悬臂上，位于前后两组分纱梳之间；带胶辊转动安装在浸胶槽中，通过旋转将浸胶槽中的树脂粘附在表面；压胶辊转动安装在丝嘴座上，与带胶辊平行。

进一步地，上述纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，还包括控制器和张力检测机构；张力检测机构包括测压辊、辅助辊和张力传感器；测压辊和辅助辊转动安装在丝嘴悬臂上，位于浸胶槽和前组分纱梳之间，测压辊位于前后两组辅助辊之间；张力传感器安装在测压辊上，将张力检测信号传输至控制器；控制器根据张力检测信号控制磁粉制动器。

进一步地，张紧组件包括还包括扭簧；张力调节件位于主板的后侧；主板的后面设置有扭簧柱；扭簧的两个扭臂分别与扭簧柱和张力调节件连接。

进一步地，浸胶槽开口的前侧设置有导胶板，后侧设置有梯形刮胶器；梯形刮胶器由板材围合而成，具有弯曲的梯形开口，梯形开口与带胶辊贴合，梯形开口的宽度由下到上逐渐减小。

进一步地，浸胶机构还包括压胶辊安装架、调节螺柱、调节螺母、弹簧和压胶辊连接架；压胶辊转动安装在压胶辊安装架上；压胶辊连接架固定在丝嘴座上；调节螺柱穿过压胶辊连接架，第一端固定在压胶辊安装架上，第二端套设有调节螺母，位于压胶辊连接架和压胶辊安装架之间的柱体上套设有弹簧。

进一步地，丝嘴悬臂包括出丝辊和两根支撑臂；两根支撑臂的前端通过转动设置的出丝辊连接，后端均固定在丝嘴座上；分纱器、分纱梳、浸胶槽、测压辊、辅助辊均与支撑臂连接。

进一步地，丝嘴座包括圆板、第一环形架、第二环形架、轴向连杆和张紧架安装杆；丝嘴悬臂的后端固定在圆板的中心位置；纤维卷的前端固定在第一环形架上，后端固定在圆板上；圆板和第二环形架之间通过轴向连杆连接，导纱轮转动安装在轴向连杆上；张紧架安装杆的后端固定在圆板上，前端按照预设角度设置有张紧架安装板，张紧架固定在张紧架安装板上；压胶辊连接架与第二环形架连接。

进一步地，导纱孔Ⅰ、导纱孔Ⅱ和导纱孔Ⅲ上安装有瓷眼；梯形刮胶器的梯形开口为等腰梯形；出丝辊的直径由边缘向中间逐渐减小；圆板为镂空圆板。

本发明提供一种纤维缠绕机械手，包括机械臂，机械臂的执行端上设置有多束丝嘴装置。

本发明提供一种纤维缠绕方法，包括以下步骤：

S1：安装芯模，设定纤维缠绕机械手的张力值，输入芯模参数及缠绕轨迹；

S2：制备树脂并注入浸胶槽内；

S3：将纤维卷放出的纤维依次绕过导纱轮，穿过张紧架一侧的导纱孔Ⅰ，绕过张力杆一侧的辅助轮，绕过张力杆，绕过张力杆另一侧的辅助轮，穿过张紧架另一侧的导纱孔Ⅰ引至椭圆导纱盘，穿过导纱孔Ⅱ引至分纱器，穿过导纱孔Ⅲ引导至后组分纱梳，穿过后组分纱梳的导纱槽，由压胶辊和带胶辊之间穿过，绕过后组辅助辊、测压辊和前组辅助辊，穿过前组分纱梳的导纱槽，引至丝嘴悬臂前端汇聚为纤维束；

纤维呈S形绕过辅助轮和张力杆以及辅助辊和测压辊；

S4：将从丝嘴悬臂引出的纤维束固定至芯膜表面；

S5：纤维缠绕机械手启动时，磁粉制动器以低于设定的阻力运行，避免张力突变出现断纱现象，正常缠绕后，磁粉制动器的阻力恢复正常值，控制放纱的阻力；

缠绕纤维束张力过大时，磁粉制动器减小阻力进行放纱；

缠绕纤维束张力过小时，磁粉制动器增大阻力阻止放纱；

S6：缠绕结束后，剪断纤维束，结束缠绕，若需要重新缠绕，由步骤S4开始重新执行。

本发明具有以下有益效果。

1、多关节机械手具有自由度多、工作空间较大、运动部件惯量小、通用性好和可扩展性强等优点，特别适合外形复杂的高精度自动缠绕成型，为线性轨迹提供了更高的可设计性，有助于纤维缠绕单元的模块化和柔性化，满足大范围小批量的生产任务需求，在纤维缠绕过程中，多束丝嘴装置安装于机械臂的执行端，集纤维放卷、张力控制、纤维导向、纤维浸胶四大功能于一体，可以提高缠绕构件的形状适应性，是实现高效高精度纤维缠绕的重要部件。

2、本发明提出一种新的导纱结构，纤维卷与丝嘴悬臂平行排列，纤维由纤维卷放出后，经过四级转向元件形成螺旋轨迹进行放纱，导纱轮为一级转向元件，转动安装在丝嘴座上，可控制纤维倾斜于导纱轮轴线方向转向且不滑脱，对纤维进行第一次转向；张紧组件为二级转向元件，张紧架两侧导纱孔Ⅰ装有瓷眼，在减小纤维磨损的同时控制纤维沿张紧架、辅助轮、张力杆进行第二次转向；椭圆导纱盘为三级转向原件，设置在各个张紧组件与分纱器之间，汇聚多束纤维并进行第三次转向，最后由分纱器进行第四次转向，最大程度延长放纱轨迹，充分利用丝嘴座上的狭小空间，减小了多束丝嘴装置的体积与重量，增加了机械手的灵活性，导纱孔设有瓷眼，降低了了纤维在导纱环节产生的磨损，使纤维保持无捻状态进行转向，提高了纤维缠绕制品的质量。

3、本发明设计了一种浸胶机构，浸胶机构为上浸式浸胶，该浸胶机构包括带胶辊、浸胶槽和压胶辊，带胶辊将浸胶槽的树脂与纤维进行结合，再由压胶辊将多余的树脂去除。区别于传统的不可移动浸胶机构，该浸胶机构装配在丝嘴悬臂上，可随丝嘴悬臂一起旋转、移动，其中浸胶槽设有梯形刮胶器，多束丝嘴装置偏转时，浸胶槽内的树脂聚集在低位，只能与带胶辊处于低位的部分直接接触，带胶辊处于高位的部分难以直接接触树脂，带胶辊旋转将其低位部分上粘附的树脂带到梯形开口处，部分树脂被梯形刮胶器刮下，沿着梯形开口的两侧流回浸胶槽的同时使带胶辊处于高位的部分也能粘附树脂，从而避免因多束丝嘴装置偏转所导致带胶辊无法上胶，使纤维稳定浸胶。

4、缠绕时，所使用的纤维卷数量可以改变，能适应不同展纱宽的纤维缠绕，增加了缠绕层的可设计性，使用多卷纤维进行缠绕时，不需要在机械手上加装其它元件，提高了机械手的缠绕效率，提升纤维缠绕对于机械手的适配性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置的整体图；

图2为丝嘴座的结构示意图；

图3为放卷机构的结构示意图；

图4为纤维导向机构、浸胶机构、张力检测机构在丝嘴悬臂上的安装示意图；

图5为张紧组件的结构示意图；

图6为图5另一方向的视图；

图7为椭圆导纱盘的结构示意图；

图8为浸胶槽的结构示意图；

图9为浸胶槽向左倾斜时树脂的流向图（图中箭头方向为树脂的流向）；

图10为浸胶槽向右倾斜时树脂的流向图（图中箭头方向为树脂的流向）；

图11为单卷纤维卷的纤维导向图；

图12为所有纤维卷的纤维导向图（图中箭头方向为纤维导向）。

附图标记清单如下：

1.1-镂空圆板；1.2-第一环形架；1.3-第二环形架；1.4-轴向连杆；1.5-张紧架安装杆；1.6-张紧架安装板；

2.1-出丝辊；2.2-支撑臂；

3.1-纤维卷；3.2-磁粉制动器；

4.1-导纱轮；4.2-张紧组件；4.2.1-张紧架；4.2.2-辅助轮；4.2.3-张力杆；4.2.4-张力调节件；4.2.5-弧形孔；4.2.6-扭簧柱；4.3-椭圆导纱盘；4.4-分纱器；4.5-后组分纱梳；4.6-前组分纱梳；4.7-瓷眼；

5.1-浸胶槽；5.1.1-导胶板；5.1.2-梯形刮胶器；5.2-带胶辊；5.3-压胶辊；5.4-压胶辊安装架；5.5-调节螺柱；5.6-调节螺母；5.7-弹簧；5.8-压胶辊连接架；

6.1-后组辅助辊；6.2-测压辊；6.3-前组辅助辊；6.4-张力传感器；

101-纤维；102-树脂。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，包括丝嘴座、丝嘴悬臂、放卷机构、纤维导向机构、浸胶机构、张力检测机构和控制器。

丝嘴悬臂垂直安装在丝嘴座上。

多组放卷机构绕丝嘴悬臂均匀设置，放卷机构包括纤维卷3.1和磁粉制动器3.2；纤维卷3.1可转动，垂直安装在丝嘴座上；磁粉制动器3.2与纤维卷3.1的端部连接，用于控制纤维卷3.1放卷时的阻力。

纤维导向机构包括导纱轮4.1、张紧组件4.2、椭圆导纱盘4.3、分纱器4.4、后组分纱梳4.5和前组分纱梳4.6；导纱轮4.1和张紧组件4.2绕丝嘴悬臂均匀设置，且与放卷机构一一对应；导纱轮4.1可转动，垂直安装在丝嘴座上，导纱轮4.1的直径由前端到后端先逐渐减小后逐渐增大，后端直径大于前端直径；张紧组件4.2包括张紧架4.2.1、辅助轮4.2.2、张力杆4.2.3和张力调节件4.2.4；张紧架4.2.1与丝嘴座连接，张紧架4.2.1的前后倾角按照预设角度设置，张紧架4.2.1包括主板以及垂直设置在主板两侧的侧板，主板上设置有弧形孔4.2.5，侧板上设置有导纱孔Ⅰ；两个辅助轮4.2.2转动安装在主板上，且位于弧形孔4.2.5的两侧；张力杆4.2.3穿过弧形孔4.2.5，后端与张力调节件4.2.4固定连接；张力调节件4.2.4与主板转动连接，通过旋转张力调节件4.2.4使张力杆4.2.3沿弧形孔4.2.5摆动；椭圆导纱盘4.3安装在丝嘴座上，围绕在丝嘴悬臂外侧，椭圆导纱盘4.3上沿周向设置有与张紧组件4.2一一对应的导纱孔Ⅱ；分纱器4.4和两组分纱梳由后到前依次安装在丝嘴悬臂上，分纱器4.4上设置有与导纱孔Ⅱ数量相等的导纱孔Ⅲ，分纱梳上设置有与导纱孔Ⅲ数量相等的导纱槽，导纱孔Ⅲ和导纱槽均呈直线排列。

浸胶机构包括浸胶槽5.1、带胶辊5.2和压胶辊5.3；浸胶槽5.1安装在丝嘴悬臂上，位于前后两组分纱梳之间；带胶辊5.2转动安装在浸胶槽5.1中，通过旋转将浸胶槽5.1中的树脂102粘附在表面；压胶辊5.3转动安装在丝嘴座上，与带胶辊5.1平行，用于去除纤维101上多余的树脂102。

张力检测机构包括后组辅助辊6.1、测压辊6.2、前组辅助辊6.3和张力传感器6.4；测压辊6.2和辅助辊转动安装在丝嘴悬臂上，位于浸胶槽5.1和前组分纱梳4.6之间，测压辊6.2位于前后两组辅助辊之间；张力传感器6.4安装在测压辊6.2上，将张力检测信号传输至控制器；控制器根据张力检测信号控制磁粉制动器3.2。

将纤维卷3.1放出的纤维101依次绕过导纱轮4.1，穿过张紧架4.2.1一侧的导纱孔Ⅰ，绕过张力杆4.2.3一侧的辅助轮4.2.2，绕过张力杆4.2.3，绕过张力杆4.2.3另一侧的辅助轮4.2.2，穿过张紧架4.2.1另一侧的导纱孔Ⅰ引至椭圆导纱盘4.3穿过导纱孔Ⅱ，实现多束纤维101汇聚并控制转向，引至分纱器4.4，穿过导纱孔Ⅲ引导至后组分纱梳4.5，穿过后组分纱梳4.5的导纱槽，由压胶辊5.3和带胶辊5.2之间穿过，绕过后组辅助辊6.1、测压辊6.2和前组辅助辊6.3，穿过前组分纱梳4.6的导纱槽，引至丝嘴悬臂前端汇聚为纤维束。张力传感器6.4能检测出纤维101的张力数据。控制器采用plc控制器，根据张力检测信号控制磁粉制动器3.2，采用plc与机械调控结合的方式，控制纤维101张力，提高缠绕精度。

导纱轮4.1进行一级转向，张紧组件4.2进行二级转向，椭圆导纱盘4.3进行三级转向，分纱器4.4进行四级转向，使用多个转向元件进行多次小角度变方向，大大降低纤维101在导纱环节产生的磨损，减轻纤维101起毛刺的现象。

导纱轮4.1的特殊结构可控制纤维101倾斜于导纱轮4.1轴线方向转向且不滑脱；导纱轮4.1可以相对于丝嘴座轴线方向转动，工作时，与纤维101之间无相对运动，有效减少纤维101与导纱轮4.1之间的摩擦。

导纱孔Ⅰ、导纱孔Ⅱ和导纱孔Ⅲ上安装有瓷眼4.7，通过瓷眼4.7进行导纱，可控制纤维101无捻转向，尽量减小纤维101与纤维导向机构之间的摩擦。

纤维101绕过辅助轮4.2.2和张力杆4.2.3时呈S形，张力杆4.2.3沿弧形孔4.2.5摆动至不同位置对放出的纤维101施加的张力不同。纤维101绕过后组辅助辊6.1、测压辊6.2、前组辅助辊6.3时呈S形，对测压辊6.2施力以便检测张力。

进一步地，张紧组件包括还包括扭簧；张力调节件4.2.4位于主板的后侧；主板的后面设置有扭簧柱4.2.6；扭簧的两个扭臂分别与扭簧柱4.2.6和张力调节件4.2.4连接。张力杆4.2.3连接扭簧，可以自动对所放出的纤维101进行机械调控。机械调控控制精度较低，但反应最迅速、最灵敏，在放纱环节增加机械调控，可以有效降低因放纱距离较短所产生的张力波动现象，当丝嘴纤维张力产生突变时，也可以最快进行反应，环节张力突变。

进一步地，浸胶槽5.1开口的前侧设置有导胶板5.1.1，后侧设置有梯形刮胶器5.1.2；梯形刮胶器5.1.2由板材围合而成，具有弯曲的梯形开口，梯形开口与带胶辊5.2贴合，梯形开口的宽度由下到上逐渐减小。区别于传统的不可移动浸胶机构，该浸胶机构装配在丝嘴悬臂上，可随丝嘴悬臂一起旋转、移动，多束丝嘴装置偏转时，如图9和图10所示，浸胶槽5.1内的树脂102聚集在低位，只能与带胶辊5.2处于低位的部分直接接触，带胶辊5.2处于高位的部分难以直接接触树脂102，即无法实现上胶，带胶辊5.2旋转将其低位部分上粘附的树脂102带到梯形开口处，部分树脂102被梯形刮胶器5.1.2刮下，沿着梯形开口的两侧流回浸胶槽5.1的同时，使带胶辊5.2处于高位的部分也能粘附树脂102，从而使整个带胶辊5.2上均能实现上胶，避免因多束丝嘴装置偏转所导致带胶辊5.2无法上胶，保证纤维101稳定浸胶。优选地，梯形刮胶器5.1.2的梯形开口为等腰梯形。

进一步地，浸胶机构还包括压胶辊安装架5.4、调节螺柱5.5、调节螺母5.6、弹簧5.7和压胶辊连接架5.8；压胶辊5.3转动安装在压胶辊安装架5.4上；压胶辊连接架5.8固定在丝嘴座上；调节螺柱5.5穿过压胶辊连接架5.8，第一端固定在压胶辊安装架5.4上，第二端套设有调节螺母5.6，位于压胶辊连接架5.8和压胶辊安装架5.4之间的柱体上套设有弹簧5.7。可通过旋转调节螺母5.6改变压胶辊连接架5.8和压胶辊安装架5.4之间调节螺柱5.5的长度以及更换不同弹簧5.7来改变纤维浸胶量。

进一步地，丝嘴悬臂包括出丝辊2.1和两根支撑臂2.2；两根支撑臂2.2的前端通过转动设置的出丝辊2.1连接，后端均固定在丝嘴座上；出丝辊2.1的直径由边缘向中间逐渐减小，使纤维101能汇聚在出丝辊2.1的中间位置；分纱器4.4、分纱梳、浸胶槽5.1、测压辊6.2、辅助辊均与支撑臂2.2连接。

进一步地，丝嘴座包括镂空圆板1.1、第一环形架1.2、第二环形架1.3、轴向连杆1.4和张紧架安装杆1.5；丝嘴悬臂的后端固定在镂空圆板1.1的中心位置；纤维卷3.1的前端固定在第一环形架1.2上，后端固定在镂空圆板1.1上；镂空圆板1.1和第二环形架1.3之间通过轴向连杆1.4连接，导纱轮4.1通过轴承转动安装在轴向连杆1.4上；张紧架安装杆1.5的后端固定在镂空圆板1.1上，前端按照预设角度设置有张紧架安装板1.6，张紧架4.2.1固定在张紧架安装板1.6上；压胶辊连接架5.8与第二环形架1.3连接。采用镂空圆板1.1，对丝嘴座进行减重，控制整个装置的重量，保持灵活性。

所用纤维卷3.1数目为多卷，本实施例中附图展示为6卷。实际缠绕工程，往往由于大小不同、形状不同、工艺参数不同需要使用的纤维带宽不同，本实施例可根据需求改变纤维卷3.1使用量，可使用小于等于6的任意束。纤维卷3.1使用不为6卷时，应使纤维卷3.1在镂空圆板1.1上均匀排列，使受力均匀。在使用纤维卷3.1为1、5卷时，应考虑到受力平衡，在对角位置适当增加配重，减少装置因受力不均匀而产生的稳定性降低的现象。

若上述1-6束纤维对应带宽不能满足需求，可通过更换不同圆弧弧度的出丝辊2.1对带宽进行调控，该方法对纤维带宽调控量较小，在带宽相差不多时使用。此外也可更换纤维卷3.1规格（12k、24k）对带宽进行调控，该方法对纤维带宽调控量较大，且更换纤维规格对缠绕质量有较大影响，较少使用。

实施例2

本实施例提供一种纤维缠绕机械手，包括机械臂，机械臂的执行端上设置有实施例1所述多束丝嘴装置。丝嘴座的后侧设有法兰接口与机械臂连接，由机械臂控制多束丝嘴装置的平移与旋转。

实施例3

本实施例提供一种纤维缠绕方法，包括以下步骤：

S1：安装芯模，在控制器的控制界面设定纤维缠绕机械手的张力值，输入芯模参数及缠绕轨迹；

S2：制备树脂102并注入浸胶槽5.1内；

S3：将纤维卷3.1放出的纤维101依次绕过导纱轮4.1，穿过张紧架4.2.1一侧的导纱孔Ⅰ，绕过张力杆4.2.3一侧的辅助轮4.2.2，绕过张力杆4.2.3，绕过张力杆4.2.3另一侧的辅助轮4.2.2，穿过张紧架4.2.1另一侧的导纱孔Ⅰ引至椭圆导纱盘4.3，穿过导纱孔Ⅱ引至分纱器4.4，穿过导纱孔Ⅲ引导至后组分纱梳4.5，穿过后组分纱梳4.5的导纱槽，由压胶辊5.3和带胶辊5.2之间穿过，绕过后组辅助辊6.1、测压辊6.2和前组辅助辊6.3，穿过前组分纱梳4.6的导纱槽，引至丝嘴悬臂前端的出丝辊2.1汇聚为纤维束；

纤维101呈S形绕过辅助轮4.2.2和张力杆4.2.3以及辅助辊和测压辊6.2；

S4：将从丝嘴悬臂引出的纤维束固定至芯膜表面；

S5：纤维缠绕机械手启动时，磁粉制动器3.2以低于设定的阻力运行，避免张力突变出现断纱现象，正常缠绕后，磁粉制动器3.2的阻力恢复正常值，控制放纱的阻力；

张力传感器6.4检测缠绕纤维束张力过大时，磁粉制动器3.2减小阻力进行放纱；

张力传感器6.4检测缠绕纤维束张力过小时，磁粉制动器3.2增大阻力阻止放纱；

S6：缠绕结束后，剪断纤维束，结束缠绕，若需要重新缠绕，由步骤S4开始重新执行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，包括丝嘴座、丝嘴悬臂、放卷机构、纤维导向机构和浸胶机构；

所述丝嘴悬臂垂直安装在丝嘴座上；

多组放卷机构绕丝嘴悬臂均匀设置，放卷机构包括纤维卷和磁粉制动器；

所述纤维卷可转动，垂直安装在丝嘴座上；

所述磁粉制动器与纤维卷的端部连接，用于控制纤维卷放卷时的阻力；

所述纤维导向机构包括导纱轮、张紧组件、椭圆导纱盘、分纱器和分纱梳；

所述导纱轮和张紧组件绕丝嘴悬臂均匀设置，且与放卷机构一一对应；

所述导纱轮可转动，垂直安装在丝嘴座上，导纱轮的直径由前端到后端先逐渐减小后逐渐增大，后端直径大于前端直径；

所述张紧组件包括张紧架、辅助轮、张力杆和张力调节件；

所述张紧架与丝嘴座连接，张紧架的前后倾角按照预设角度设置，张紧架包括主板以及垂直设置在主板两侧的侧板，主板上设置有弧形孔，侧板上设置有导纱孔Ⅰ；

两个辅助轮转动安装在主板上，且位于弧形孔的两侧；

所述张力杆穿过弧形孔，后端与张力调节件固定连接；

所述张力调节件与主板转动连接；

所述椭圆导纱盘安装在丝嘴座上，围绕在丝嘴悬臂外侧，椭圆导纱盘上沿周向设置有与张紧组件一一对应的导纱孔Ⅱ；

所述分纱器和两组分纱梳由后到前依次安装在丝嘴悬臂上，分纱器上设置有与导纱孔Ⅱ数量相等的导纱孔Ⅲ，分纱梳上设置有与导纱孔Ⅲ数量相等的导纱槽，导纱孔Ⅲ和导纱槽均呈直线排列；

所述浸胶机构包括浸胶槽、带胶辊和压胶辊；

所述浸胶槽安装在丝嘴悬臂上，位于前后两组分纱梳之间；

所述带胶辊转动安装在浸胶槽中，通过旋转将浸胶槽中的树脂粘附在表面；

所述压胶辊转动安装在丝嘴座上，与带胶辊平行。

2.根据权利要求1所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，还包括控制器和张力检测机构；

所述张力检测机构包括测压辊、辅助辊和张力传感器；

所述测压辊和辅助辊转动安装在丝嘴悬臂上，位于浸胶槽和前组分纱梳之间，测压辊位于前后两组辅助辊之间；

所述张力传感器安装在测压辊上，将张力检测信号传输至控制器；

所述控制器根据张力检测信号控制磁粉制动器。

3.根据权利要求2所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，张紧组件包括还包括扭簧；

张力调节件位于主板的后侧；

主板的后面设置有扭簧柱；

扭簧的两个扭臂分别与扭簧柱和张力调节件连接。

4.根据权利要求3所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，浸胶槽开口的前侧设置有导胶板，后侧设置有梯形刮胶器；

梯形刮胶器由板材围合而成，具有弯曲的梯形开口，梯形开口与带胶辊贴合，梯形开口的宽度由下到上逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，浸胶机构还包括压胶辊安装架、调节螺柱、调节螺母、弹簧和压胶辊连接架；

压胶辊转动安装在压胶辊安装架上；

压胶辊连接架固定在丝嘴座上；

调节螺柱穿过压胶辊连接架，第一端固定在压胶辊安装架上，第二端套设有调节螺母，位于压胶辊连接架和压胶辊安装架之间的柱体上套设有弹簧。

6.根据权利要求5所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，丝嘴悬臂包括出丝辊和两根支撑臂；

两根支撑臂的前端通过转动设置的出丝辊连接，后端均固定在丝嘴座上；

分纱器、分纱梳、浸胶槽、测压辊、辅助辊均与支撑臂连接。

7.根据权利要求6所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，丝嘴座包括圆板、第一环形架、第二环形架、轴向连杆和张紧架安装杆；

丝嘴悬臂的后端固定在圆板的中心位置；

纤维卷的前端固定在第一环形架上，后端固定在圆板上；

圆板和第二环形架之间通过轴向连杆连接，导纱轮转动安装在轴向连杆上；

张紧架安装杆的后端固定在圆板上，前端按照预设角度设置有张紧架安装板，张紧架固定在张紧架安装板上；压胶辊连接架与第二环形架连接。

8.根据权利要求7所述的纤维缠绕机械手的多束丝嘴装置，其特征在于，导纱孔Ⅰ、导纱孔Ⅱ和导纱孔Ⅲ上安装有瓷眼；

梯形刮胶器的梯形开口为等腰梯形；

出丝辊的直径由边缘向中间逐渐减小；

圆板为镂空圆板。

9.一种纤维缠绕机械手，包括机械臂，其特征在于，机械臂的执行端上设置有权利要求2-8任一项所述的多束丝嘴装置。

10.一种纤维缠绕方法，包括以下步骤：

S1：安装芯模，设定权利要求9所述的纤维缠绕机械手的张力值，输入芯模参数及缠绕轨迹；

S2：制备树脂并注入浸胶槽内；

S3：将纤维卷放出的纤维依次绕过导纱轮，穿过张紧架一侧的导纱孔Ⅰ，绕过张力杆一侧的辅助轮，绕过张力杆，绕过张力杆另一侧的辅助轮，穿过张紧架另一侧的导纱孔Ⅰ引至椭圆导纱盘，穿过导纱孔Ⅱ引至分纱器，穿过导纱孔Ⅲ引导至后组分纱梳，穿过后组分纱梳的导纱槽，由压胶辊和带胶辊之间穿过，绕过后组辅助辊、测压辊和前组辅助辊，穿过前组分纱梳的导纱槽，引至丝嘴悬臂前端汇聚为纤维束；

纤维呈S形绕过辅助轮和张力杆以及辅助辊和测压辊；

S4：将从丝嘴悬臂引出的纤维束固定至芯膜表面；

S5：纤维缠绕机械手启动时，磁粉制动器以低于设定的阻力运行，避免张力突变出现断纱现象，正常缠绕后，磁粉制动器的阻力恢复正常值，控制放纱的阻力；

缠绕纤维束张力过大时，磁粉制动器减小阻力进行放纱；

缠绕纤维束张力过小时，磁粉制动器增大阻力阻止放纱；

S6：缠绕结束后，剪断纤维束，结束缠绕，若需要重新缠绕，由步骤S4开始重新执行。

Images