CN116461116A - 一种纤维缠绕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤维缠绕机，属于工业设备领域，其结构新颖合理，通过三维运动平台调节芯模的空间姿态，通过回转工作台对多通芯模中每根芯模支体提供自转动力，再配合芯模夹持机构对芯模的转动和位移调节，可以实现对多通芯模中芯模主体和各芯模支体的纤维缠绕成型。该纤维缠绕机，不仅可用于圆柱体、圆锥体或球面体等轴对称回转体的纤维缠绕，还可用于对T型管(即三通管)、十字型管这类异形体进行纤维缠绕成型，从而解决了现有纤维缠绕机仅适用于轴对称回转体纤维缠绕制品的成型，而无法完成T型管(即三通管)、十字型管这类异形体纤维缠绕制品的成型的问题。

Description

一种纤维缠绕机

技术领域

本发明属于工业设备领域，涉及一种制管设备，特别是涉及一种可用于三通管成型的纤维缠绕机。

背景技术

纤维缠绕玻璃钢管耐腐、质轻、比强度高，产品具有可设计性等优点。现有常见的纤维缠绕机，丝嘴做三维空间运动，芯模做回转运动，通过芯模回转拉动纤维不断地按照一定的轨迹绕在芯模上，从而完成制管。

然而，上述现有的纤维缠绕机仅适用于轴对称回转体纤维缠绕制品的成型，比如圆柱体、圆锥体或球面体的缠绕。对于一些异形体，比如T型管(即三通管)、十字型管的纤维缠绕成型，由于其表面不是一个曲面，而是多个圆柱面相交，要想将其表面均匀缠满纤维并具有一定强度，对纤维缠绕机要求较高。现有的纤维缠绕机难以对T型管(即三通管)、十字型管完成缠绕，并保证T型管(即三通管)或十字型管纤维缠绕制品表面的纤维均匀布满。

因此，本发明提出一种新型的纤维缠绕机，其可用于T型管(即三通管)和十字型管这类异形体纤维缠绕成型，以克服上述常规纤维缠绕机难以对T型管(即三通管)、十字型管这类异形体完成纤维缠绕的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的纤维缠绕机，其可用于T型管(即三通管)、十字型管这类异形体的纤维缠绕成型，以解决上述现有纤维缠绕机仅适用于轴对称回转体纤维缠绕制品的成型，而无法完成T型管(即三通管)、十字型管这类异形体纤维缠绕制品的成型的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种纤维缠绕机，包括：

放丝装置，用于提供缠绕用的纤维纱束；

三维运动平台，具备六或七个运动自由度；

回转工作台，设置于所述三维运动平台上，所述回转工作台能够绕自身轴线自转，并能够在所述三维运动平台的带动下相对所述放丝装置进行三维位置调节；

芯模夹持机构，设置于所述回转工作台上，所述芯模夹持机构能够夹持芯模，并带动所述芯模以第二方向为轴转动，且所述第二方向垂直于所述回转工作台的自转轴线；其中：所述芯模为轴对称回转体结构，所述轴对称回转体结构被所述芯模夹持机构夹持时，其回转轴线与所述第二方向同轴；或者，所述芯模为多通芯模，其包括芯模主体和垂直设置于所述芯模主体上的至少一根芯模支体，且当所述芯模支体设置两根以上时，所有所述芯模支体在所述芯模主体的周向上完全错开，所述多通芯模被所述芯模夹持机构夹持时，所述芯模主体的轴线与所述第二方向同轴，所述芯模夹持机构能够根据加工需求，将对应一根所述芯模支体的轴线调节至与所述回转工作台的自转轴线同轴。

可选的，所述轴对称回转体结构为圆柱体、圆锥体或球面体。

可选的，所述三维运动平台为六自由度机器人。

可选的，所述六自由度机器人为六轴机械臂或六自由度并联机器人。

可选的，所述回转工作台包括：

回转圆台，转动设置于所述六自由度机器人的执行末端；

回转驱动机构，设置于所述六自由度机器人的执行末端，用于驱动所述回转圆台绕自身轴线自转。

可选的，所述回转圆台为分度盘。

可选的，所述芯模夹持机构包括：

安装座，设置于所述回转圆台上；

第一滑动机构，设置于所述安装座上；

第一卡盘，转动设置于所述第一滑动机构上，用于夹持所述轴对称回转体结构的第一端或所述芯模主体的第一端；所述第一滑动机构用于沿所述回转圆台的径向调节所述第一卡盘的位置；

第二滑动机构，设置于所述安装座上，并与所述第二滑动机构相对布置；

第二卡盘，转动设置于所述第二滑动机构上，所述第二卡盘与所述第一卡盘位于所述回转圆台的同一直径方向上，用于夹持所述轴对称回转体结构的第二端或所述芯模主体的第二端；所述第二滑动机构用于沿所述直径方向调节所述第二卡盘的位置；

旋转驱动机构，所述第一卡盘和所述第二卡盘中的至少一者与所述旋转驱动机构相连，所述旋转驱动机构用于驱动所述轴对称回转体结构或所述芯模主体绕各自轴线转动。

可选的，所述第一滑动机构包括第一导轨、第一丝杠、第一支架滑块和第一驱动调节机构，所述第一导轨设置于所述安装座上，并沿所述直径方向布置，所述第一丝杠转动设置于所述安装座上，并平行于所述第一导轨布置，所述第一支架滑块的一端与所述第一丝杠螺纹连接，并与所述第一导轨滑动配合，所述第一卡盘转动设置于所述第一支架滑块的另一端；所述第一驱动调节机构用于驱动所述第一丝杠转动，以沿所述直径方向调节所述第一支架滑块的位置；

所述第二滑动机构包括第二导轨、第二丝杠和第二支架滑块，所述第二导轨设置于所述安装座上，并沿所述直径方向布置，所述第二丝杠转动设置于所述安装座上，并平行于所述第二导轨布置，所述第二支架滑块的一端与所述第二丝杠螺纹连接，并与所述第二导轨滑动配合，所述第二卡盘转动设置于所述第二支架滑块的另一端；所述第二驱动调节机构用于驱动所述第二丝杠转动，以沿所述直径方向调节所述第二支架滑块的位置。

可选的，所述放丝装置包括支撑平台以及沿走丝方向依次设置的放丝组件、张力控制器，所述放丝组件包括纱筒安装架和设置于所述纱筒安装架上的纤维纱筒盘，所述纤维纱筒盘上用于插装纤维纱筒，所述纱筒安装架设置于所述支撑平台上；所述张力控制器用于对纤维纱丝进行张紧调节。

可选的，所述纱筒安装架上由上至下依次设置有多个所述纤维纱筒盘；所述张力控制器包括张力控制器安装架体和设置于所述张力控制器安装架体上的多组张力调节单元，所有所述张力调节单元在所述张力控制器安装架体上由上至下依次排布，并与所述纤维纱筒盘一一对应布置；所述张力调节单元包括：

上滑槽和设置于所述上滑槽下方的下滑槽；

上张力辊，滑动设置于所述上滑槽内；

下张力辊，滑动设置于所述下滑槽内，所述纤维纱筒的纤维纱丝依次绕经所述上张力辊和所述下张力辊，且所述纤维纱丝在所述上张力辊和所述下张力辊上的缠绕方向相反；

张力辊调节机构，包括张力辊调节电机、齿轮、上齿条和下齿条，所述上齿条与所述上张力辊相连，所述下齿条与所述下张力辊相连，所述齿轮位于所述上齿条和所述下齿条之间，且所述上齿条和所述下齿条均与所述齿轮啮合；所述张力辊调节电机用于驱动所述齿轮转动，以使所述上张力辊和所述下张力辊错位布置，张紧所述上张力辊和所述下张力辊之间的纤维纱丝。

可选的，所述放丝装置还包括用于对张紧后纤维纱丝进行导向的导向机构，所述导向机构包括导向支架以及所述导向支架上沿所述走丝方向依次设置的导向环、一级导向轮、分纱梳和二级导向轮，其中，所述导向环供所述纤维纱丝穿过，所述一级导向轮用于对所述纤维纱丝进行一级导向，所述分纱梳用于将多股所述纤维纱丝分股，所述二级导向轮用于对所述纤维纱丝进行二级导向。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的纤维缠绕机，结构新颖合理，其通过三维运动平台调节芯模的空间姿态，通过回转工作台对多通芯模中每根芯模支体提供自转动力，再配合芯模夹持机构对芯模的转动和位移调节，可以实现对多通芯模中芯模主体和各芯模支体的纤维缠绕成型。该纤维缠绕机，不仅可用于圆柱体、圆锥体或球面体等轴对称回转体的纤维缠绕，还可用于对T型管(即三通管)、十字型管这类异形体进行纤维缠绕成型，从而解决了现有纤维缠绕机仅适用于轴对称回转体纤维缠绕制品的成型，而无法完成T型管(即三通管)、十字型管这类异形体纤维缠绕制品的成型的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例所公开的纤维缠绕机的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的纤维缠绕机中六自由度并联机器人的第一视角示意图；

图3为本发明实施例所公开的纤维缠绕机中六自由度并联机器人的第二视角示意图；

图4为本发明实施例所公开的纤维缠绕机中放丝装置的结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的放丝装置中导向机构的结构示意图；

图6为本发明实施例所公开的放丝装置中张力控制器的第一视角示意图；

图7为本发明实施例所公开的放丝装置中张力控制器的第二视角示意图；

图8为图7中A处的放大结构示意图；

图9为本发明实施例所公开的纤维缠绕机中芯模夹持机构的结构示意图。

其中，附图标记为：

100、纤维缠绕机；

1、放丝装置；11、支撑平台；12、放丝组件；121、纱筒安装架；122、纤维纱筒盘；123、纤维纱筒；124、纤维纱丝；13、导向机构；131、导向支架；1311、支架一；1312、支架二；1313、支架三；1314、支架四；132、导向环；133、一级导向轮；134、分纱梳；135、二级导向轮；14、张力控制器；141、张力控制器安装架体；142、上滑槽；143、下滑槽；144、上张力辊；145、下张力辊；146、张力辊调节电机；147、齿轮；148、上齿条；149、下齿条；1410、联轴器；1411、第三电机安装座；1412、铜套；1413、螺母；1414、上滑轨；1415、下滑轨；15、纤维纱束；

2、六自由度并联机器人；21、并联机器人本体；22、回转工作台安装座；23、第一电机安装座；

3、回转工作台；31、回转圆台；32、回转驱动机构；

4、芯模夹持机构；41、安装座；42、第一卡盘；43、第二卡盘；44、第二电机安装座；45、第一导轨；46、第一丝杠；47、第一支架滑块；48、第二导轨；49、第二丝杠；410、第二支架滑块；411、第二驱动调节机构；412、旋转驱动机构；

5、T型芯模；51、芯模主体；52、芯模支体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的之一是提供一种新型的纤维缠绕机，其可用于T型管(即三通管)、十字型管这类异形体的纤维缠绕成型，以解决现有纤维缠绕机仅适用于轴对称回转体纤维缠绕制品的成型，而无法完成T型管(即三通管)、十字型管这类异形体纤维缠绕制品的成型的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种新型的纤维缠绕机100，其包括放丝装置1、三维运动平台、回转工作台3和芯模夹持机构4，放丝装置1用于提供缠绕芯模用的纤维纱束15，纤维纱束15具体可以为单纤维丝结构，也可以由两根以上单纤维丝组合而成；三维运动平台具备六个或七个运动自由度，姿态调节灵活，回转工作台3设置于三维运动平台上，回转工作台3能够绕自身轴线自转，并能够在三维运动平台的带动下相对放丝装置1进行三维位置调节，所谓三维位置调节，包括对回转工作台3进行沿空间的X方向直线移动、Y方向直线移动以及Z方向直线移动，以及对回转工作台3进行绕X方向的旋转调节、绕Y方向的旋转调节以及绕Z方向的旋转调节，不具体不再赘述。芯模夹持机构4设置于回转工作台3上，主要用于夹持芯模，芯模夹持机构4不仅能够随回转工作台3进行三维位置调节，其本身还能够驱动芯模以第二方向为轴转动，且第二方向垂直于回转工作台3的自转轴线。上述结构中，通过对芯模进行空间三维位置调节、绕回转工作台3自身轴线的回转调节以及在芯模夹持机构4驱动下的转动(一般为自转，以使纤维纱束15对其产生缠绕)，实现芯模相对放丝装置1的空间位置调节，纤维在芯模上缠绕成型过程中，放丝装置1相对夹持在芯模夹持机构4上的芯模，保持静止，即放丝装置1只保证纤维纱束15的持续输出，而并未主动对纤维纱束15的输出方向进行改变和调节，纤维纱束15仅在位置变换的芯模的牵引作用下发生方向改变，以实现对芯模各个位置的均匀缠绕。

上述纤维缠绕机100，不仅适用于常规轴对称回转体结构的纤维缠绕成型，还适用于一些异形体件的纤维缠绕成型，当芯模为轴对称回转体结构，且轴对称回转体结构被芯模夹持机构4夹持时，其回转轴线与上述第二方向同轴，即芯模夹持机构4驱动轴对称回转体结构以自身轴线转动，轴对称回转体结构一般可为圆柱体、圆锥体或球面体。而芯模为异形体件时，一般是一些多通芯模，其包括芯模主体51和垂直设置于芯模主体51上的至少一根芯模支体52，具体分为以下两种情况：

情况一：当芯模支体52仅设置一根时，芯模主体51和芯模支体52形成T型芯模，即“三通管芯模”，该T型芯模中芯模主体51的轴线与上述第二方向同轴，即芯模夹持机构4驱动T型芯模绕其芯模主体51的轴线转动，芯模支体52则调节为与前述回转工作台3自身轴线平行。当需要对芯模主体51缠绕纤维纱束15时，芯模夹持机构4驱动T型芯模绕其芯模主体51的轴线转动，即可实现纤维纱束15在芯模主体51上缠绕；当需要对芯模支体52缠绕纤维纱束15时，需要通过三维运动平台对T型芯模进行三维位置调节，同时通过芯模夹持机构4对T型芯模旋转驱动，直至芯模支体52的外壁与纤维纱束15相切，停止芯模夹持机构4对T型芯模的旋转驱动，三维运动平台保持此时T型芯模的位置；然后通过芯模夹持机构4将芯模支体52精调至与前述回转工作台3自身轴线同轴，此时芯模支体52可在回转工作台3的带动下自转，从而实现纤维纱束15在芯模支体52上的调节。

情况二：当芯模支体52设置两根以上时，所有芯模支体52在芯模主体51的周向上完全错开，以避免对其中一根芯模支体52进行纤维纱束缠绕时，其他芯模支体52对其产生阻碍。该结构下，当需要对芯模主体51缠绕纤维纱束15时，与情况一的调节方式相同；当需要对芯模支体52缠绕纤维纱束15时，需要按照情况一的调节方式对各根芯模支体52逐个调节，即需要对哪一根芯模支体52缠绕纤维纱束15，便按照情况一中对芯模支体52的调节方式调节该根芯模支体52，直至完成各根芯模支体52的纤维缠绕成型。当芯模支体52设置两根以上时，其可以在芯模主体51的轴向上间隔错位分布，也可以不间隔分布，只要相邻芯模支体52之间保持纤维缠绕时互不干扰的间隙即可，具体情况分为多种，比如芯模支体52设置两根、三根甚至更多根，一般常见的就是设置两根或三根，尤其是设置两根芯模支体52，两根芯模支体52可以在芯模主体51的轴向上间隔错位分布，也可以不间隔错位，最为常见的是两根芯模支体52同轴，从而形成十字芯模，即“四通管芯模”。实际操作中，只要多通芯模的结构满足上述要求，均可采用本方案上述纤维缠绕机100进行限位缠绕成型。

进一步地，考虑到七自由度机器人制造成本更高，且存在结构冗余，所以优选采用技术更加成熟的六自由度机器人，其能够满足本方案对芯模三维位置调节的需求。六自由度机器人具体可为六轴机械臂或六自由度并联机器人，优选采用六自由度并联机器人。如图2和图3所示，六自由度并联机器人包括并联机器人本体21和设置于并联机器人本体21执行末端的回转工作台安装座22，回转工作台3即安装在该回转工作台安装座22上。上述六自由度并联机器人为一种现有技术，具体在此不再赘述。

进一步地，本实施例中，如图2和图3所示，回转工作台3具体包括回转圆台31和回转驱动机构32，回转圆台31可通过轴承转动设置于回转工作台安装座22上，回转圆台31和回转工作台安装座22均为圆柱形，且二者同轴布置。回转工作台安装座22下表面还设置有第一电机安装座23，用于装载回转驱动机构32。回转驱动机构32可选用伺服电机，其输出端与回转圆台31相连，用于驱动回转圆台31绕自身轴线，以合适速率自转。为了保障纤维纱束缠绕的均匀性，回转圆台31一般采用匀速转动。

进一步地，本实施例中，回转圆台31优选为分度盘，其既方便芯模夹持机构4的安装，又可辅助芯模夹持机构4实现对芯模位置的精准调节。分度盘为一种现有技术，在此不再赘述。

进一步地，本实施例中，如图9所示，芯模夹持机构4主要包括安装座41、第一滑动机构、第一卡盘42、第二滑动机构、第二卡盘43和旋转驱动机构412，安装座41设置于回转圆台31上，并位于回转圆台31的中心位置；第一滑动机构和第二滑动机构均设置于安装座41上，且第一滑动机构和第二滑动机构相对布置；第一卡盘42转动设置于第一滑动机构上，第一卡盘42可采用两爪、三爪或四爪卡盘结构，主要用于夹持轴对称回转体结构的第一端(如图9视角下的左端)或芯模主体51的第一端(如图9视角下的左端)，第一滑动机构用于沿回转圆台31的径向调节第一卡盘42的位置；第二卡盘43转动设置于第二滑动机构上，第二卡盘43与第一卡盘42结构相同，且二者位于回转圆台31的同一直径方向上，第二卡盘43主要用于夹持轴对称回转体结构的第二端(如图9视角下的右端)或芯模主体51的第二端(如图9视角下的右端)，第二滑动机构用于沿上述直径方向调节第二卡盘43的位置。轴对称回转体结构或芯模主体51的两端分别被第一卡盘42和第二卡盘43夹持时，轴对称回转体结构或芯模主体51是平行于回转圆台31上表面的，配合第二滑动机构和第一滑动机构对第二卡盘43和第一卡盘42在同一直径(回转圆台31的直径)方向上的调节，可实现第二卡盘43和第一卡盘42的相互靠近和相互远离，进而实现第二卡盘43和第一卡盘42对轴对称回转体结构或芯模主体51夹紧或卸模。第一卡盘42和第二卡盘43中的至少一者与旋转驱动机构412相连，旋转驱动机构412用于驱动被夹持的轴对称回转体结构或芯模主体51绕各自轴线转动。旋转驱动机构412优选为伺服减速电机，为了简化结构并节省成本，仅在第一卡盘42上连接伺服减速电机即可。

更进一步地，本实施例中，上述第一滑动机构包括第一导轨45、第一丝杠46、第一支架滑块47和第一驱动调节机构，第一导轨45优选为燕尾槽导轨，设置于安装座41上，安装座41优选为长条矩形座，其位于回转圆台31的一直径上，第一导轨45平行于安装座41，第一丝杠46转动设置于安装座41上，并平行于第一导轨45布置，第一支架滑块47的一端(图9视角下的底端)为燕尾槽滑块结构，其与第一丝杠46螺纹连接，并与第一导轨45滑动配合，第一卡盘42转动设置于第一支架滑块47的另一端(图9视角下的顶端)，第一驱动调节机构可选用手轮或电机，第一驱动调节机构与第一丝杠46相连，用于驱动第一丝杠46转动，以沿第一导轨45调节第一支架滑块47的位置。第二滑动机构与上述第一滑动机构的结构相同，并以回转圆台31的圆心为中心对称布置，第二滑动机构具体包括第二导轨48、第二丝杠49和第二支架滑块410，第二导轨48优选为燕尾槽导轨，设置于安装座41上，并平行于安装座41，且第二导轨48与第一导轨45在安装座41的长度延伸方向上对齐布置，第二丝杠49转动设置于安装座41上，并平行于第二导轨48布置，第二支架滑块410的一端(图9视角下的底端)为燕尾槽滑块结构，其与第二丝杠49螺纹连接，并与第二导轨48滑动配合，第二卡盘43转动设置于第二支架滑块410的另一端(图9视角下的顶端)，第二驱动调节机构411可选用手轮或电机，第二驱动调节机构411与第二丝杠49相连，用于驱动第二丝杠49转动，以沿第二导轨48调节第二支架滑块410的位置。实际操作中，优选将第二导轨48和第一导轨45相连为一体布置，如图9所示即为安装座41上设置整条导轨时的结构示意图，按照图9所示视角，整条导轨的左端一半为上述第一导轨45，右端一半为第二导轨48。图9中附图标记“45(48)”指代的是整条导轨，既可以表示第一导轨45，又可以表示第二导轨48。

更进一步地，第一丝杠46和第二丝杠49同轴布置，且与安装座41位于回转圆台31的同一直径上。关于第一丝杠46和第二丝杠49之间，可以设置为分体结构，且分别配置对应的驱动调节机构，也可以根据需要连接形成一体结构。当第一丝杠46和第二丝杠49分体设置时，可通过分别调节第一驱动调节机构和第二驱动调节机构411，达到对第一支架滑块47和第二支架滑块410之间相对位置调节的目的，同时可以在不移动安装座41的前提下，达到对夹持在第二卡盘43和第一卡盘42之间的多通芯模上的，芯模支体位置的调节，以使芯模支体能够与回转圆台31同轴。若第一丝杠46和第二丝杠49连接为一体结构，二者共用一组驱动调节机构即可，即仅在第一丝杠46上或仅在第二丝杠49上连接手轮或电机即可；同时，第一丝杠46和第二丝杠49连接为一体后，需要能够基本实现对芯模的拆装，所以首先要满足对第二支架滑块410和第一支架滑块47之间间距的调节，此时由于第一丝杠46和第二丝杠49相连，故二者始终同步同向转动，因此需要将第一丝杠46和第二丝杠49上的螺纹旋向反向布置；然而对于芯模支体并未位于芯模主体中心位置的结构，尤其是芯模主体上设置有两根以上轴向错位布置的芯模支体时，上述一体式的丝杠结构无法实现将每根芯模支体均调节至与回转圆台31同轴，此时要求安装座41能够在回转圆台31上可拆装，以通过调节安装座41在回转圆台31上的安装位置，将每根芯模支体逐个调节至与回转圆台31同轴。实际操作中，可以根据实际需求选择不同的结构设置形式。

本实施例中，放丝装置1包括支撑平台11以及沿走丝方向(图1视角下的由右至左)依次设置的放丝组件12和张力控制器14，放丝组件12包括纱筒安装架121和设置于纱筒安装架121上的纤维纱筒盘122，纤维纱筒盘122上用于插装纤维纱筒123，纤维纱筒123上缠绕有纤维纱丝124，纱筒安装架121设置于支撑平台11上；张力控制器14位于放丝组件12和前述的三维运动平台之间，用于对纤维纱丝124进行张紧调节。一般情况下，仅使用单个纤维纱筒123时，形成的纤维纱束15为单根纤维纱丝124，而当多个纤维纱筒123同时使用时，多个纤维纱筒123上的纤维纱丝124汇合形成纤维纱束15。

进一步地，本实施例中，优选纱筒安装架121上由上至下依次设置有多个纤维纱筒盘122，从而可以多个纤维纱筒123同时使用，如图1和图4所示，纱筒安装架121上由上至下依次设置有三个纤维纱筒盘122，每个纤维纱筒盘122活动插装有一组纤维纱筒123，在纤维纱丝124被转动的芯模牵引时，纤维纱筒123可相对对应的纤维纱筒盘122转动，直至纤维纱筒123上缠绕的纤维纱丝124耗尽。张力控制器14包括张力控制器安装架体141和设置于张力控制器安装架体141上的多组张力调节单元，所有张力调节单元在张力控制器安装架体141上由上至下依次排布，并与纤维纱筒盘122一一对应布置，以纤维纱筒盘122设置三组为例，张力调节单元也对应设置三组，甚至更多组。各组张力调节单元的结构完全相同，以其中一组为例，其包括上滑槽142、下滑槽143、上张力辊144、下张力辊145和张力辊调节机构，如图5～图7所示，上滑槽142和下滑槽143开设于张力控制器安装架体141上，且上滑槽142和下滑槽143呈上下平行布置，如图5所示视角，上滑槽142和下滑槽143均为左右方向延伸槽。上张力辊144滑动设置于上滑槽142内，下张力辊145滑动设置于下滑槽143内，纤维纱筒123的纤维纱丝124依次绕经上张力辊144和下张力辊145，且纤维纱丝124在上张力辊144和下张力辊145上的缠绕方向相反。如图5和图6所示，张力辊调节机构安装于张力控制器安装架体141的背面，上张力辊144和下张力辊145的后端位于张力控制器安装架体141的背面，上张力辊144和下张力辊145的前端则位于张力控制器安装架体141的正面，以供纤维纱丝124缠绕。张力辊调节机构具体包括张力辊调节电机146、齿轮147、上齿条148和下齿条149，下张力辊145和上张力辊144分别与下齿条149和上齿条148通过螺栓1413相连接，如图6所示，张力控制器安装架体141的背面设置有上滑轨1414和下滑轨1415，上滑轨1414位于上滑槽142上方，下滑轨1415位于下滑槽143下方，上齿条148平行于上滑槽142，并与上滑轨1414滑动配合，下齿条149平行于下滑槽143，并与下滑轨1415滑动配合。齿轮147为直齿轮，其位于上齿条148和下齿条149之间，且上齿条148和下齿条149均与齿轮147啮合；张力辊调节电机146用于驱动齿轮147转动，以使上齿条148和下齿条149反向移动，上张力辊144和下张力辊145错位布置，张紧上张力辊144和下张力辊145之间的纤维纱丝124。如图5所示，张力控制器安装架体141背面设置有第三电机安装座1411，张力辊调节电机146采用伺服减速电机，其设置于第三电机安装座1411上，且该伺服减速电机输出端通过联轴器1410与齿轮147相连。如图6和图7所述，上滑槽142和下滑槽143上均设置有铜套1412，以减小上、下张力辊与对应滑槽之间的滑动摩擦力，减少下张力辊145和上张力辊144在运动过程中的磨损。

进一步地，本实施例中，放丝装置1还包括用于对张紧后纤维纱丝124进行导向的导向机构13，导向机构13包括导向支架131以及设置在导向支架131上的沿走丝方向依次设置的导向环132、一级导向轮133、分纱梳134和二级导向轮135，其中，导向环132供纤维纱丝124穿过，一级导向轮133用于对纤维纱丝124进行一级导向，分纱梳134用于将多股纤维纱丝124分股，二级导向轮135用于对纤维纱丝124进行二级导向。如图4和图5所示，导向支架131包括四组分体设置的支架，即支架一1311、支架二1312、支架三1313和支架四1314，支架一1311、支架二1312、支架三1313和支架四1314沿走丝方向依次安装在张力控制器安装架体141上，导向环132、一级导向轮133、分纱梳134和二级导向轮135分别安装在支架一1311、支架二1312、支架三1313和支架四1314的顶部，其中，一级导向轮133与支架二1312转动连接，二级导向轮135与支架四1314的顶部转动连接。经过各张力调节单元张紧调节后的多根纤维纱丝124，共同穿过导向环132后，作为一个整体绕经一级导向轮133后，穿过分纱梳134，最后绕经二级导向轮135，与芯模相连。其中，如图5所示，纤维纱丝124在一级导向轮133和二级导向轮135上的缠绕方向相反。

本技术方案提出的纤维缠绕机100，使用时将多通芯模安装在六自由度并联机器人2上，在伺服电机控制的张力控制器14的作用下，使得多通芯模在空间中完成复杂的三维运动，从而拉动纤维纱束15不断地按照精确的轨迹落到芯模表面，进而使得纤维均匀布满芯模表面，实现恒定张力缠绕，提高了纤维缠绕设备的自动化程度，同时提高了多通管纤维缠绕制品的产品质量。

下面以对T型芯模5(即三通管芯模)进行纤维缠绕成型为例，对本实施例上述纤维缠绕机100的使用原理作具体说明。

如图1所示，将T型芯模5的芯模主体51装夹在第一卡盘42和第二卡盘43之间，并通过调节第一支架滑块47和第二支架滑块410的位置，将T型芯模5的芯模支体52调节至与回转圆台31同轴。

对芯模支体52缠绕纤维时，首先通过并联机器人本体21的控制实现对T型芯模5空间三维位置以及姿态的调整，直至芯模支体52与纤维纱束15相切；之后控制回转圆台31按照预定速度旋转，使得放丝装置1不断释放纤维纱束15，同时通过并联机器人本体21控制T型芯模5按照预设轨迹变换姿态，可使纤维纱束15按照预设轨迹落在芯模支体52上，直至将芯模支体52上均匀缠满纤维。

对芯模主体51缠绕纤维时，首先通过并联机器人本体21的控制实现对T型芯模5空间三维位置以及姿态的调整，直至芯模主体51与纤维纱束15相切；之后通过旋转驱动机构412(可采用伺服电机)驱动T型芯模5绕芯模主体51的轴线按照预定速度旋转，使得放丝装置1不断释放纤维纱束15，同时通过并联机器人本体21控制T型芯模5按照预设轨迹变换姿态，可使纤维纱束15按照预设轨迹落在芯模主体51上，直至将芯模主体51上均匀缠满纤维。

在上述纤维缠绕过程中，通过T型芯模5的旋转带动放丝装置1不断从纤维纱筒123上释放纤维纱束15，经过张力控制器14和导向机构13的作用，使得纤维纱束15精准地落到T型芯模5并实现恒张力缠绕。导向机构13中一级导向轮133和二级导向轮135的作用是对纤维纱束15释放的路径进行控制，使得纤维纱束15按照预先设计的轨迹落到T型芯模5上，分纱梳134的作用是在释放多股纤维纱丝124时，利用梳齿将纤维纱束15中各股纤维纱丝124分股导向，以保证纤维纱束15中各股纤维纱丝124之间不会发生扭结，导向环132的作用是保证纤维纱束15中各股纤维纱丝124被限制在一定的空间范围之内，不会因为T型芯模5的拉动而使得纤维纱束15脱离导向机构13。

张力控制器14中，通过伺服减速电机(即张力辊调节电机146)驱动齿轮147回转，使得下齿条149和上齿条148朝着相反的方向直线滑动，从而保证了当纤维纱束15发生松弛而张力减小时，下张力辊145向右运动、上张力辊144向左运动使得纤维纱束15被拉紧，当纤维纱束15过于紧绷而张力变大时，下张力辊145向左运动、上张力辊144向右运动使得纤维纱束15变得松弛，下张力辊145和上张力辊144内部均设有张力传感器，从而保证能够实时监测纤维纱束15中各股纤维纱丝124上的张力，使得张力控制器14能够不断对纤维纱束15中各股纤维纱丝124上的张力进行修正，从而实现恒张力缠绕。

上述方案通过并联机器人本体21的六自由度运动、回转圆台31的回转运动以及芯模夹持机构4中卡盘的回转运动，可精确控制三通管芯模在不同时刻的姿态和角度，同时配合采用张力控制器实时控制纤维纱束上的张力，保证了该缠绕机能够实现准确的线型轨迹，能够使得纤维均匀布满芯模表面，实现恒定张力缠绕，该缠绕机具有集成化程度高、自动化程度高，生产出来的三通管纤维缠绕制品产品质量高等优点。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种纤维缠绕机，其特征在于，包括：

放丝装置，用于提供缠绕用的纤维纱束；

三维运动平台，具备六或七个运动自由度；

回转工作台，设置于所述三维运动平台上，所述回转工作台能够绕自身轴线自转，并能够在所述三维运动平台的带动下相对所述放丝装置进行三维位置调节；

芯模夹持机构，设置于所述回转工作台上，所述芯模夹持机构能够夹持芯模，并带动所述芯模以第二方向为轴转动，且所述第二方向垂直于所述回转工作台的自转轴线；其中：所述芯模为轴对称回转体结构，所述轴对称回转体结构被所述芯模夹持机构夹持时，其回转轴线与所述第二方向同轴；或者，所述芯模为多通芯模，其包括芯模主体和垂直设置于所述芯模主体上的至少一根芯模支体，且当所述芯模支体设置两根以上时，所有所述芯模支体在所述芯模主体的周向上完全错开，所述多通芯模被所述芯模夹持机构夹持时，所述芯模主体的轴线与所述第二方向同轴，所述芯模夹持机构能够根据加工需求，将对应一根所述芯模支体的轴线调节至与所述回转工作台的自转轴线同轴。

2.根据权利要求1所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述三维运动平台为六自由度机器人。

3.根据权利要求2所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述六自由度机器人为六轴机械臂或六自由度并联机器人。

4.根据权利要求2或3所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述回转工作台包括：

回转圆台，转动设置于所述六自由度机器人的执行末端；

回转驱动机构，设置于所述六自由度机器人的执行末端，用于驱动所述回转圆台绕自身轴线自转。

5.根据权利要求4所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述回转圆台为分度盘。

6.根据权利要求4所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述芯模夹持机构包括：

安装座，设置于所述回转圆台上；

第一滑动机构，设置于所述安装座上；

第一卡盘，转动设置于所述第一滑动机构上，用于夹持所述轴对称回转体结构的第一端或所述芯模主体的第一端；所述第一滑动机构用于沿所述回转圆台的径向调节所述第一卡盘的位置；

第二滑动机构，设置于所述安装座上，并与所述第二滑动机构相对布置；

第二卡盘，转动设置于所述第二滑动机构上，所述第二卡盘与所述第一卡盘位于所述回转圆台的同一直径方向上，用于夹持所述轴对称回转体结构的第二端或所述芯模主体的第二端；所述第二滑动机构用于沿所述直径方向调节所述第二卡盘的位置；

旋转驱动机构，所述第一卡盘和所述第二卡盘中的至少一者与所述旋转驱动机构相连，所述旋转驱动机构用于驱动所述轴对称回转体结构或所述芯模主体绕各自轴线转动。

7.根据权利要求6所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述第一滑动机构包括第一导轨、第一丝杠、第一支架滑块和第一驱动调节机构，所述第一导轨设置于所述安装座上，并沿所述直径方向布置，所述第一丝杠转动设置于所述安装座上，并平行于所述第一导轨布置，所述第一支架滑块的一端与所述第一丝杠螺纹连接，并与所述第一导轨滑动配合，所述第一卡盘转动设置于所述第一支架滑块的另一端；所述第一驱动调节机构用于驱动所述第一丝杠转动，以沿所述直径方向调节所述第一支架滑块的位置；

所述第二滑动机构包括第二导轨、第二丝杠和第二支架滑块，所述第二导轨设置于所述安装座上，并沿所述直径方向布置，所述第二丝杠转动设置于所述安装座上，并平行于所述第二导轨布置，所述第二支架滑块的一端与所述第二丝杠螺纹连接，并与所述第二导轨滑动配合，所述第二卡盘转动设置于所述第二支架滑块的另一端；所述第二驱动调节机构用于驱动所述第二丝杠转动，以沿所述直径方向调节所述第二支架滑块的位置。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述放丝装置包括支撑平台以及沿走丝方向依次设置的放丝组件、张力控制器，所述放丝组件包括纱筒安装架和设置于所述纱筒安装架上的纤维纱筒盘，所述纤维纱筒盘上用于插装纤维纱筒，所述纱筒安装架设置于所述支撑平台上；所述张力控制器用于对纤维纱丝进行张紧调节。

9.根据权利要求8所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述纱筒安装架上由上至下依次设置有多个所述纤维纱筒盘；所述张力控制器包括张力控制器安装架体和设置于所述张力控制器安装架体上的多组张力调节单元，所有所述张力调节单元在所述张力控制器安装架体上由上至下依次排布，并与所述纤维纱筒盘一一对应布置；所述张力调节单元包括：

上滑槽和设置于所述上滑槽下方的下滑槽；

上张力辊，滑动设置于所述上滑槽内；

下张力辊，滑动设置于所述下滑槽内，所述纤维纱筒的纤维纱丝依次绕经所述上张力辊和所述下张力辊，且所述纤维纱丝在所述上张力辊和所述下张力辊上的缠绕方向相反；

张力辊调节机构，包括张力辊调节电机、齿轮、上齿条和下齿条，所述上齿条与所述上张力辊相连，所述下齿条与所述下张力辊相连，所述齿轮位于所述上齿条和所述下齿条之间，且所述上齿条和所述下齿条均与所述齿轮啮合；所述张力辊调节电机用于驱动所述齿轮转动，以使所述上张力辊和所述下张力辊错位布置，张紧所述上张力辊和所述下张力辊之间的纤维纱丝。

10.根据权利要求9所述的纤维缠绕机，其特征在于，所述放丝装置还包括用于对张紧后纤维纱丝进行导向的导向机构，所述导向机构包括导向支架以及所述导向支架上沿所述走丝方向依次设置的导向环、一级导向轮、分纱梳和二级导向轮，其中，所述导向环供所述纤维纱丝穿过，所述一级导向轮用于对所述纤维纱丝进行一级导向，所述分纱梳用于将多股所述纤维纱丝分股，所述二级导向轮用于对所述纤维纱丝进行二级导向。