CN117656534A - 一种纤维铺放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维铺放装置，包括底板，底板上设置有主动铺放机构、主动供纱机构、张力检测导向机构、压纱机构、切割机构、分纱机构。主动铺放机构可产生交变气流实现展宽纱输送段的吸附以及成型区的铺放，整个铺纱过程的张力恒定由张力检测导向机构以及主动供纱机构协同控制。本发明采用交变脉动式气动负压吸附的原理，铺纱辊与纱线非直接接触，可实现干式纱线的铺放成型，并降低纱线损伤；本发明通过主动铺纱、供纱以及张力控制的方式，实现展宽纱的连续铺放，提高生产效率以及产品规格的一致性；本发明具有灵活多变的使用方式，可以安装在机械手上，作为末端执行器，也可以作为手持式人工操作。

Description

一种纤维铺放装置

技术领域

本发明属于纺织机械技术领域，特别是涉及一种纤维铺放装置。

背景技术

随着航空航天技术发展对立体织物要求的不断提高，立体织物成型装备由往自动化发展的迫切需求也伴随着增长。某立体织物预制体采用铺放成型，在结构上具有高厚、低损伤的特点，同时预制体的Z向间距和平面配比需要有灵活的可设计性。目前织物铺放成型主要依赖人工成型方式，生产效率低，人工经验依赖度大，预制体尺寸规格一致性较差。

现有技术中，自动铺放技术是一种应用于立体织物复合材料增材制造的技术，通过自动铺放装置将预浸带或预浸丝铺放于模具上，如浙江大学申请的专利(专利号：202011380052.8)公开了一种用于复合材料预浸带成型制造的铺带装置，通过多自由度激光加热，实现小曲率、桶状构件的成型。然而，这种技术在对于具有一定厚度的干式纤维铺放成型立体织物的应用场合长，铺放效果不好，较难适用。因此，有必要提出一种纤维铺放装置，解决高厚度、高效率、低损伤的干式立体织物连续制备难题，提高预制体尺寸的一致性。

发明内容

本发明目的在于解决上述背景技术中提出的问题，提供一种纤维铺放装置，可以连续地将纤维低损伤、主动铺放于通道中，可实现纱线铺放张力控制、自动裁切功能以及立体织物的自动化成型，降低纱线损伤，提高生产效率以及成型尺寸的一致性。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种纤维铺放装置，包括底板，底板上设置有主动铺放机构、主动供纱机构、张力检测导向机构、压纱机构、切割机构、分纱机构。

进一步地，主动铺放机构包括铺纱驱动和旋转脉动铺纱辊；铺纱驱动的驱动轴输出端设置有铺纱传动元件；铺纱传动元件带动旋转脉动铺纱辊在铺纱通道中转动。

进一步地，旋转脉动铺纱辊包括脉动主轴和旋转铺纱辊；旋转铺纱辊设置于脉动主轴外侧；脉动主轴内具有两条相互独立通道。

进一步地，脉动主轴内部沿轴心均匀分布多个独立腔室，每一个独立腔室分别有一条叉状通孔，一直延伸到旋转铺纱辊辊道的外圈；当旋转脉动铺纱辊在铺纱驱动带动下发生旋转时，由脉动主轴传递的“吹”、“吸”两个气流依次通过独立腔室到叉状通孔末端；真空气流将纱线吸附在旋转铺纱辊圆周上，当铺纱辊离开成型区域时，“吹”气流将展宽纱分离，纱线停留在铺纱通道中，完成铺纱动作。

进一步地，主动供纱机构包括供纱驱动和储纱盘；供纱驱动输出端用于驱动供纱传动元件；供纱传动元件连接有储纱盘，储纱盘用于将纱线主动释放到成型区域，同时，根据张力检测导向机构反馈的纱线张力调整供纱过程的纱线，减少纱线张力的波动，提高铺纱的稳定性。

进一步地，张力检测导向机构连接主动铺放机构与主动供纱机构间的纤维；为纤维提供导向使纱线张力均匀，并检测纱线张力用于主动供纱控制。

进一步地，压纱机构包括压紧导向轮、压力摆杆和压力调节器；展宽纱穿过压紧导向轮与旋转铺纱辊外圈之间，由压力调节器通过压力摆杆带动压紧导向轮，将纤维压紧。

进一步地，切割机构安装于底板背面，包括切割驱动器和切刀；铺放完成后的纱线由切割驱动器驱动切刀截断。

进一步地，分纱机构安装于旋转铺纱辊外圈前端，用于剥离旋转铺纱辊外圈上的展宽纱。

进一步地，底板上上设有与其他设备接口。

与现有技术相比，本发明的显著进步在于：1)采用交变脉动式气动负压吸附的原理，铺纱辊与纱线非直接接触，可实现干式纱线的铺放成型，并降低纱线损伤；2)通过主动铺纱、供纱以及张力控制的方式，实现展宽纱的连续铺放，提高生产效率以及产品规格的一致性；3)具有灵活多变的使用方式，可以安装在机械手上，作为末端执行器，也可以作为手持式人工操作。

为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种纤维铺放装置实施例的正面示意图；

图2为一种纤维铺放装置实施例的背面示意图；

图3为一种纤维铺放装置实施例的一种自动铺纱应用方案。

图中附图标记为：底板1、主动铺放机构2、主动铺放机构2、铺纱驱动21、铺纱传动齿轮22、旋转脉动铺纱辊23、脉动主轴231、旋转铺纱辊232、主动供纱机构3、供纱驱动31、供纱传动齿轮32、储纱盘33、张力检测导向机构4、压纱机构5、压紧导向轮51、压力摆杆52、压力调节器53、切割机构6、切割驱动器61、切割摆杆62、切刀63、分纱机构7。

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。

如图1所示，本发明提供一种纤维铺放装置，包括底板1、主动铺放机构2、主动供纱机构3、张力检测导向机构4、压纱机构5、切割机构6、分纱机构7。所有机构都安装于底板1上，底板1上设有转接口，可以与其余设备灵活适配，如手持或机械手末端。其中，主动铺放机构2采用真空负压原理，将展宽纱主动间接铺放到纱线通道中；主动供纱机构3采用主动控制为纱线的铺放提供原料；张力检测导向机构4为从供纱到铺放成型区域的纱线提供导向，以及检测并反馈纱线的张力，输送到主动铺放机构2和主动供纱机构3，控制铺纱过程中纱线张力的均匀；压纱机构5用于将纱线与旋转铺纱辊232紧密贴合，防止纱线脱离；切割机构6用于将铺好的纱线切断分离，其作用区域在压纱机构5压紧区域的前段；分纱机构7安装于装置的前端，用于剥离粘连在旋转铺纱辊232上的残留纱线。

本实施例中，主动铺放机构2由铺纱驱动21、铺纱传动齿轮22、旋转脉动铺纱辊23组成。其中，铺纱驱动21采用电机驱动，为铺纱动作提供主动动力，电机将扭矩通过铺纱传动齿轮22传递到旋转脉动铺纱辊23上，带动其旋转。旋转脉动铺纱辊23包括脉动主轴231和旋转铺纱辊232。脉动主轴231内具有两条相互独立的通道，分别与气动回路连接，产生连续的“吹”和“吸”两种气流，连通到旋转脉动铺纱辊23。旋转脉动铺纱辊23沿轴心均匀分布多个独立腔室，腔室之间相互独立、密封，不会相互影响。每一个腔室分别有一条叉状通孔，一直延伸到辊道的外圈。当旋转脉动铺纱辊23在铺纱驱动21带动下发生旋转时，由脉动主轴231传递的“吹”、“吸”两个气流依次通过独立腔室到叉状通孔末端。真空气流将纱线吸附在旋转铺纱辊232圆周上，当铺纱辊离开成型区域时，“吹”气流将展宽纱分离，纱线停留在铺纱通道中，完成铺纱动作。

本实施例中，主动供纱机构3由供纱驱动31、供纱传动齿轮32和储纱盘33组成。其中储纱盘33与供纱传动齿轮32固接，通过连接扣可以快速拆换。供纱驱动31由电机驱动，为储纱盘33的转动提供动力，将纱线主动释放到成型区域，同时，根据张力导向检测机构4反馈的纱线张力调整供纱过程的纱线，减少纱线张力的波动，提高铺纱的稳定性。

本实施例中，张力检测导向机构4起展宽纱线铺放过程中的导向以及张力检测作用，共有两套导向轮，确保纱线在预定的区域内运动。同时，实时采集纱线铺放过程中，张力的大小数值，反馈到控制系统，控制整个过程的纱线张力平稳。

本实施例中，压纱机构5，包括压紧导向轮51、压力摆杆52和压力调节器53。压紧导向轮51与旋转铺纱辊232外圈直接接触，确保展宽纱与旋转铺纱辊232充分接触，顺利的过渡到负压吸附区域，其压紧力由压力调节器53通过压力摆杆52施加，压力调节器53可以自由调节压紧导向轮51的压紧力，减少纱线的损伤。

本实施例中，切割机构6安装于底板的背面，包括切割驱动器61、切割摆杆62和切刀63。切割驱动器61包含但不局限于采用气动驱动，为纱线的截断提供动力；切割摆杆62贯通底板的前面和后面，其末端部位安装有切刀63，处于压紧导向轮51前部。当一组纱线铺放完成后，切刀63在切割驱动器61的带动下，通过切割摆杆62将纱线斩断、分离。

本实施例中，分纱机构7安装于旋转铺纱辊232外圈的前端，其安装高度可以根据铺纱通道调整，用于将残留在旋转铺纱辊232外圈的纱线剥离，保持辊道表面的清洁，防止纤维堵塞气管。

实施例1

本实例的一种工况如下，如图1、图2所示，本发明所涉及的一种纤维铺放装置，底板1上设置有提手，提手通过螺栓与底板1连接；操作人员通过提手将该纤维铺放装置手持放置于所需位置，与其余设备灵活适配。

实施例2

本实例的一种工况如下，如图3所示，本发明所涉及的一种纤维铺放装置，作为末端执行机构安装于三坐标执行器的末端，其运动具有空间四个自由度，包括X、Y、Z方向的平动，以及沿Z轴的旋转。首先将展宽纱从主动供纱机构3的储纱盘31上抽出，绕过张力检测导向机构4，穿过压纱机构5的压紧导向轮51。此时，启动设备，通过切割机构6将多余的纱线头切除。铺放装置在三坐标执行器的驱动下按照织物的要求分别在铺纱通道中沿不同的方向铺设展宽纱，当一组纱线铺设完成后，切割机构6启动，将纱线截断，再进入到下一组纱线的铺设循环中。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种纤维铺放装置，其特征在于，包括底板(1)，所述底板(1)上设置有主动铺放机构(2)、主动供纱机构(3)、张力检测导向机构(4)、压纱机构(5)、切割机构(6)、分纱机构(7)。

2.根据权利要求1所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述主动铺放机构(2)包括铺纱驱动(21)和旋转脉动铺纱辊(23)；所述铺纱驱动(21)的驱动轴输出端设置有铺纱传动元件；所述铺纱传动元件带动旋转脉动铺纱辊(23)在铺纱通道中转动。

3.根据权利要求2所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述旋转脉动铺纱辊(23)包括脉动主轴(231)和旋转铺纱辊(232)；所述旋转铺纱辊(232)设置于脉动主轴(231)外侧；脉动主轴(231)内具有两条相互独立通道。

4.根据权利要求3所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述脉动主轴(231)内部沿轴心均匀分布多个独立腔室，每一个独立腔室分别有一条叉状通孔，一直延伸到旋转铺纱辊(232)辊道的外圈；当旋转脉动铺纱辊(23)在铺纱驱动(21)带动下发生旋转时，由脉动主轴(231)传递的“吹”、“吸”两个气流依次通过独立腔室到叉状通孔末端；真空气流将纱线吸附在旋转铺纱辊(232)圆周上，当铺纱辊离开成型区域时，“吹”气流将展宽纱分离，纱线停留在铺纱通道中，完成铺纱动作。

5.根据权利要求1所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述主动供纱机构(3)包括供纱驱动(31)和储纱盘(33)；供纱驱动(31)输出端用于驱动供纱传动元件；所述供纱传动元件连接有储纱盘(33)，储纱盘(33)用于将纱线主动释放到成型区域，同时，根据张力检测导向机构(4)反馈的纱线张力调整供纱过程的纱线，减少纱线张力的波动，提高铺纱的稳定性。

6.根据权利要求1所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述张力检测导向机构(4)连接所述主动铺放机构(2)与主动供纱机构(3)间的纤维；为纤维提供导向使纱线张力均匀，并检测纱线张力用于主动供纱控制。

7.根据权利要求3所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，压纱机构(5)包括压紧导向轮(51)、压力摆杆(52)和压力调节器(53)；展宽纱穿过压紧导向轮(51)与旋转铺纱辊(232)外圈之间，由压力调节器(53)通过压力摆杆(52)带动压紧导向轮(51)，将纤维压紧。

8.根据权利要求1所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述切割机构(6)安装于所述底板(1)背面，包括切割驱动器(61)和切刀(63)；铺放完成后的纱线由切割驱动器(61)驱动切刀(63)截断。

9.根据权利要求3所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述分纱机构(7)安装于旋转铺纱辊(232)外圈前端，用于剥离所述旋转铺纱辊(232)外圈上的展宽纱。

10.根据权利要求1所述的一种纤维铺放装置，其特征在于，所述底板上(1)上设有与其他设备接口。