CN202985615U

CN202985615U - 纤维带超声波动态切割器

Info

Publication number: CN202985615U
Application number: CN 201220619105
Authority: CN
Inventors: 田会方; 吴迎峰; 刘安飞
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-11-21

Abstract

本实用新型涉及一种纤维带超声波动态切割器，其主要由X、Y、Z三轴，一个C旋转轴（4）、两个气缸（3）、两个压辊（2）、超声波切割刀（15）、旋转连接机构（13）和机架(1)组成，其中：超声波切割刀（15）通过夹具（14）夹持，夹具（14）通过旋转连接机构（13）与旋转轴（4）连接，并可以调节角度；旋转轴（4）的一端与旋转连接结构（13）的上端通过螺钉相连，另一端与蜗轮（7）相连。本实用新型可用于纤维带铺放过程中的切割，尤其适用于切割碳纤维带且不伤及到纤维带下面的衬纸，切割过程中气缸推动压辊压住运动着的纤维带，同时XY轴运动与旋转轴的结合可以切割出任意的图形，可提高纤维带铺放过程的工作效率。

Description

纤维带超声波动态切割器

技术领域

本实用新型涉及纤维带切割器，特别是一种用于碳纤维带铺放或无铺放过程切割的纤维带超声波动态切割器。

技术背景

纤维铺放技术是一种新型的成型技术。它通过铺放头把纤维带铺放在模具的表面，每层预浸纤维带之间通过加热、加压相粘结进而固化成型。在铺放纤维带的过程中需要根据模具形状的要求来切断纤维带。本实用新型就是为了达到这样的目的。当然，不排除有相关的纤维带切割装置，搜索相关文献发现，国内有用于静态切割的切割器，这种切割器在实际使用过程中需要暂停铺放过程，然后切割器开始进行切割，完毕之后再继续进行铺放，此种方式虽然能够实现纤维带的切割，但是相比动态切割器，效率偏低。同时经过仔细研究发现，之前静态切割器的设计存在一定的局限性，其超声波切割刀与纤维带垂直接触，这样只有刀尖与纤维带相接触，接触面积较小，切割的效果不会很理想，同时切割速度不能设置过高，而且一旦超声波切割刀的刀尖变钝之后，切割工作很难进行，甚至会损坏纤维带，影响后续的铺放。从国内相关专利以及文献了解到，运用动态切割技术的尚未发现。所谓“动态”是指在铺放机不用停止的情况下可以进行纤维带的切割。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种纤维带超声波动态切割器，能够在纤维带铺放过程中实现切割，同时可以根据纤维制品不同形状需求，可以适时的调节旋转轴来实现对纤维带的切割。

本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案：

本实用新型提供的纤维带超声波动态切割器，其结构是：主要由X、Y、Z三个直线轴，一个C旋转轴，两个气缸，两个压辊，超声波切割刀，连接机构和机架组成。其中：超声波切割刀通过夹具夹持，夹具通过旋转连接机构与旋转轴连接，并可以调节角度；旋转轴的一端与旋转连接结构的上端通过螺钉相连，另一端与蜗轮相连。

所述两个压辊，它们通过螺钉分别连接在机架末端的卡槽中。所述压辊，其内部为金属材料，表面包裹着一层聚氨酯，同时内部装有轴承，两端装有弹簧。

所述旋转轴，其轴端装有一个蜗轮，同时装有一对圆锥滚子轴承；整个旋转轴通过套筒固定在连接架上，该连接架与Z轴方向的导轨相连接，同时该连接架上面还装有与蜗轮配对的蜗杆和旋转轴伺服电机。

所述旋转轴的轴端的滑槽内部设有宽度调节机构，用于不同纤维带的宽度调节。

在所述旋转轴的轴端的滑槽内部设有与之相连的螺母，用作防止蜗轮轴向的窜动。

所述旋转连接机构用于连接夹具和旋转轴，用于传递转矩进而控制超声波切割刀。该旋转连接机构与超声波切割刀相连接的一端有圆孔，另一端设有四个螺钉孔，用于和旋转轴连接。

所述夹具可以由螺钉和主体组成，其中：主体中空，空心部分为圆筒状，边缘处设有螺钉孔，用于锁紧超声波切割刀。该夹具用螺钉与旋转连接机构另一端的螺钉孔固定时，先将夹具的角度调节完毕之后，再用螺钉锁死。

本实用新型与现有技术相比具有以下主要的优点：

本实用新型可以实现纤维带铺放过程中的动态切割，无需停机，提高铺放效率。

本实用新型可以用于不同宽度纤维带的切割，尤其适用于切割碳纤维带且不伤及到纤维带下面的衬纸，范围0~100mm宽度。实现不同宽度的切割只需要调节切割垫板纵向靠近边缘的调节器即可。旋转的结合可以切割出任意的图形。可一定程度的提高纤维带铺放过程的工作效率，同时也可以提高切割的质量。

本实用新型采用超声波切割刀倾斜一定的角度布置，这样可以增大刀片与纤维带的接触面积，提高切割速率和切割质量。

本实用新型主要用于纤维带的动态切割，可作为一个模块集成到铺放头上，同时也可以作为一个独立的模块单独切割纤维带。

附图说明

图1是本实用新型纤维带超声波动态切割器的立体示意图。

图2是本实用新型纤维带超声波动态切割器的结构零件图。

图3是本实用新型纤维带超声波切割器切割垫板与宽度调节机构的结构示意图。

图中：1.机架； 2.压辊； 3.气缸； 4. C旋转轴； 5.圆锥滚子轴承； 6.套筒； 7.蜗轮；8.螺母； 9.连接架； 10.蜗杆； 11.旋转轴伺服电机； 12. Z轴伺服电机； 13.旋转连接机构；14夹具； 15.超声波切割刀； 16.Y轴伺服电机； 17.Y轴轴承座； 18.Y轴滚珠丝杆； 19.Y轴丝杆螺母； 20.X轴伺服电机； 21. X轴滚珠丝杆； 22. X轴丝杆螺母； 23. X轴轴承座；24.切割垫板； 25.宽度调节机构。

具体实施方式

本实用新型设计了一种适用于超声波切割刀的一种夹具和旋转连接机构。在夹具和旋转连接机构的配合作用下可以实现刀片的刀面总是与运动方向一致，这样可以减小切割过程中的阻力，同时采用此种方式还可以使刀具适度的倾斜，增大接触面积，这都是前所未有的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不局限于下面所述内容。

本实用新型提供的纤维带超声波动态切割器，如图1和图2所示，主要由X、Y、Z三直线轴，一个C旋转轴4，两个气缸3，两个压辊2，超声波切割刀15，旋转连接机构13组成，其中：超声波切割刀15通过夹具14夹持，夹具14通过旋转连接机构13与旋转轴4通过螺钉连接。旋转轴4的一端与旋转连接结构13的上端通过螺钉相连，旋转轴4的另一端与蜗轮7相连。

所述X、Y、Z三个直线轴，它们分别通过轴承座安装在机架上。

所述两个压辊2，它们分别通过螺钉连接装在机架末端的卡槽中。每个压辊由气缸3推动，该压辊的结构如图1所示，其内部为金属材料，其表面包裹着一层聚氨酯物质，同时内部装有轴承，两端装有弹簧。每个压辊2上端的连接机构通过螺钉与一个气缸3相连接。该机构由硬质铝合金材料制成，用于传递气缸施加给压辊的力。

所述旋转轴4采用蜗轮蜗杆的方式减速实现旋转。该旋转轴4的结构如图2所示：其轴端装有一个蜗轮7，同时轴上装有一对圆锥棍子轴承5。整个旋转轴4通过套筒6固定在连接架9上。

所述连接架9与Z轴方向的导轨相连接，同时连接架9上面还装有旋转轴伺服电机11和与蜗轮7配对的蜗杆10，旋转轴伺服电机11驱动蜗杆10，蜗杆10驱动蜗轮7实现Z轴的转动和减速。Y轴的驱动由Y轴伺服电机16提供，该电机与Y轴滚珠丝杆18相连，该电机上面的Y轴丝杆螺母19推动纤维带超声波动态切割器向Y轴方向运动。X轴方向的运动和Y轴方向的运动同理。

所述切割垫板由聚四氟制成，该垫板通过螺钉与机架1相连（图3）。切割垫板的设计可自由更换，在其纵向靠近旋转轴4的轴端设有宽度调节机构，主要用于不同宽度的纤维带。

所述宽度调节机构的结构如图3所示，该宽度调节机构由丝杆螺母组成。该宽度调节机构可在旋转轴4的轴端的滑槽内部滑动以调节不同纤维带的宽度。使用时拨动此机构刚好适应当前被切割的纤维带。切割的纤维带的宽度可以在0~100mm的范围内手动调节。

在旋转轴4的轴端设有与之相连的螺母8，用作防止蜗轮轴向的窜动。

所述Z轴伺服电机12装在机架上部，主要作用是提供Z轴动力，供切割进给使用。

所述旋转连接机构13由硬质铝合金制成，用于连接夹具和旋转轴，用于传递转矩进而控制超声波切割刀。该旋转连接机构与超声波切割刀相连接的一端有圆孔，另一端设有四个螺钉孔，用于和旋转轴连接。

所述夹具14由304不锈钢制成，该夹具由螺钉和主体组成，其中：主体中空，空心部分为圆筒状，边缘处设有螺钉孔，用于锁紧超声波切割刀。该夹具用螺钉与旋转连接机构13的一端的螺钉孔固定时，先将夹具14的角度调节完毕之后，再用螺钉锁死。

所述超声波切割刀15可以采用日本本多公司USW—335型号的超声波切割刀。

所述Y轴轴承座17通过螺栓连接固定在机架上部。同时通过轴承与Y轴滚珠丝杆连接。

所述Y轴丝杆螺母19通过内部与滚珠丝杆连接，外部通过螺栓连接的方式与机架相连接。

所述X轴伺服电机20通过螺钉连接在X轴轴承座23上。主要作用是提供X轴动力，实现超声波切割刀X轴方向的移动。

所述X轴滚珠丝杆21两端通过轴承与轴承座23相连接，该丝杆上面套有X轴丝杆螺母22。

所述X轴滚珠丝杆螺母（丝杆螺母）22内部通过滚珠与X轴滚珠丝杆21相连接，外部通过螺栓连接与机架上的龙门相连。

所述X轴轴承座23通过螺栓（纹）连接固定在机架下部。同时通过轴承与X轴滚珠丝杆21连接。其主要作用是固定丝杆和X轴伺服电机。

上述伺服电动机为交流伺服电动机，均采用滚珠丝杆的传动方式。

所述机架由硬铝合金制成，该机架由XYZ三方向导轨，固定气缸的机构等组成，其中固定气缸的机构用于固定气缸，XYZ三方向导轨通过螺钉连接的方式固定在机架上。

本实用新型提供的纤维带超声波动态切割器，可用于纤维带铺放过程中的切割，尤其适用于切割碳纤维带且不伤及到纤维带下面的衬纸（碳纤维带上下各有一层衬纸，衬纸厚度约为0.5mm），切割过程中气缸推动压辊压住运动着的纤维带，同时XY轴运动与旋转轴的结合可以切割出任意的图形，可提高纤维带铺放过程的工作效率。其工作过程是：首先调节宽度调节机构以使其适应当前使用的纤维带。当需要切割之前数秒，启动切割垫板（如图3所示）两端的气缸3推动压辊2来压紧纤维带，因为压辊2的中间装有轴承，两端装有弹簧提供反作用力，所以纤维带通过压辊2后可以继续向前运动。当需要切割时，超声波切割刀15下行，开始切割，当需要不同形状需求的时候，可以适时的调节旋转轴4来实现。在切割过程中，XYZ三轴和旋转轴4的配合可以实现各种形状的切割，切割完毕之后，超声波切割刀15上行关闭，然后压辊2松开。

采用气缸加压辊的结构形式，气缸推动压辊，压辊下行施加一定的压力压住运动着的纤维带，此时纤维带可以继续往前运动，实现铺放。切割机构部分的设计采用龙门式，具有三轴以及旋转轴，XY轴和旋转轴相结合控制切割形状，旋转轴主要起控制方向的作用。切割方式采用超声波切割刀实现，运用超声波来实现纤维带的切割所需压力小，摩擦阻力小，切割质量好，无毛边，崩边现象。

Claims

1. 一种纤维带超声波动态切割器，其特征是主要由X、Y、Z三轴，一个C旋转轴（4），两个气缸（3），两个压辊（2），超声波切割刀（15），旋转连接机构（13）和机架(1)组成，其中：超声波切割刀（15）通过夹具（14）夹持，夹具（14）通过旋转连接机构（13）与旋转轴（4）连接，并可以调节角度；旋转轴（4）的一端与旋转连接结构（13）的上端通过螺钉相连，另一端与蜗轮（7）相连。

2. 根据权利要求1所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述两个压辊（2），它们通过螺钉分别连接在机架末端的卡槽中。

3. 根据权利要求2所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述压辊（2），其内部为金属材料，表面包裹着一层聚氨酯，同时内部装有轴承，两端装有弹簧。

4. 根据权利要求1所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述旋转轴（4），其轴端装有一个蜗轮（7），同时装有一对圆锥棍子轴承（5）；整个旋转轴（4）通过套筒（6）固定在连接架（9）上，该连接架与Z轴方向的导轨相连接，同时该连接架上面还装有与蜗轮（7）配对的蜗杆（10）和旋转轴伺服电机（11）。

5. 根据权利要求4所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述旋转轴（4）的轴端的滑槽内部设有用于不同宽度的纤维带的宽度调节机构。

6. 根据权利要求4所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是在所述旋转轴（4）的轴端的滑槽内部设有与之相连的用作防止蜗轮轴向窜动的螺母（8）。

7. 根据权利要求1所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述旋转连接机构（13）用于连接夹具（14）和旋转轴（4），该旋转连接机构与超声波切割刀相连接的一端有圆孔，另一端设有四个用于和旋转轴（4）连接的螺钉孔。

8. 根据权利要求1所述的纤维带超声波动态切割器，其特征是所述夹具（14）由螺钉和主体组成，其中：主体中空，空心部分为圆筒状，边缘处设有螺钉孔，超声波切割刀（15）穿过夹具（14）的圆孔，并通过边缘处的螺钉固定；该夹具用螺钉与旋转连接机构（13）一端的螺钉孔固定时，先将夹具的角度调节完毕之后，再用螺钉锁死。