[發(fā)明專利]空心輪結(jié)構(gòu)桿狀碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610144259.2
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105619772A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興松;龔成明
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B29C53/60
• 分類號: B29C53/60;B29C53/80
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維零件加工成型領(lǐng)域，涉及一種用于碳纖維零件纏繞成型的空心 輪結(jié)構(gòu)桿狀碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)裝置。

背景技術(shù)

碳纖維既具有碳材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，具有優(yōu)異的 力學(xué)性能，近年來被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、化工、能源、交通、建筑、電子、 體育運(yùn)動器材等領(lǐng)域。

目前，已經(jīng)成熟的碳纖維應(yīng)用形式有四種，即碳纖維、碳纖維織物、碳纖維預(yù)浸 料坯和切短纖維。碳纖維主要以“纏繞成形法”應(yīng)用為主。碳纖維織物是碳纖維重要 的應(yīng)用形式，可分為碳纖維機(jī)織物、碳纖維針織物、碳纖維氈和碳纖維異型織造織物。 碳纖維織物主要以“樹脂轉(zhuǎn)注成形法(RTM也稱真空輔助成型工藝)”應(yīng)用為主。預(yù)浸 料坯是將碳纖維按照一個(gè)方向一致排列或碳纖維織物經(jīng)樹脂浸泡，加熱和塑化，使其 轉(zhuǎn)化成片狀的一種產(chǎn)品。切短纖維是指將PAN基碳纖維長絲切成數(shù)毫米長的短纖維， 與塑料、金屬、橡膠等材料進(jìn)行復(fù)合，以增加材料的強(qiáng)度和耐磨性。目前，國內(nèi)碳纖 維產(chǎn)品的應(yīng)用形式主要以碳纖維織物或碳纖維預(yù)浸料為主，其中碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)自 動化程度較低，需要人工成本比較大，碳纖維編織物對于外形稍微復(fù)雜點(diǎn)物體，編織 比較困難，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。所以，碳纖維產(chǎn)品大規(guī)模自動化生產(chǎn)，選擇碳纖維 纏繞成型法，具體現(xiàn)實(shí)可行的意義。

目前市場上已有的傳統(tǒng)碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)纏繞過程中絲嘴處于被動配合狀態(tài)中，針 對芯模形狀復(fù)雜的情況，不能夠很好地進(jìn)行纏繞工作，需要新型的碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種能夠提高纏繞效率，同時(shí)保證纏繞零件復(fù)雜性的空心 輪結(jié)構(gòu)桿狀碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)裝置。

技術(shù)方案：本發(fā)明的空心輪結(jié)構(gòu)桿狀碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)裝置，包括支撐聯(lián)接架、設(shè) 置在所述支撐聯(lián)接架上側(cè)的絲嘴旋轉(zhuǎn)組件、設(shè)置在支撐聯(lián)接架下側(cè)的絲嘴纏繞組件。 所述絲嘴旋轉(zhuǎn)組件包括固定在支撐聯(lián)接架上的偏轉(zhuǎn)電機(jī)、由所述偏轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的左同 步帶輪、固定在支撐聯(lián)接架上的軸承端蓋、與所述軸承端蓋過盈配合的上軸承和下軸 承、安裝在所述上軸承和下軸承中的吊桿軸、設(shè)置在所述吊桿軸上的右同步帶輪，左 同步帶輪和右同步帶輪通過兩者之間設(shè)置的偏轉(zhuǎn)同步帶進(jìn)行傳動。

所述絲嘴纏繞組件包括設(shè)置在支撐聯(lián)接架下方的轉(zhuǎn)環(huán)支撐架、固定在所述轉(zhuǎn)環(huán)支 撐架上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、由所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的上同步帶輪、設(shè)置在轉(zhuǎn)環(huán)支撐架下側(cè)的固 定軸承、與所述固定軸承過盈配合的轉(zhuǎn)環(huán)軸、安裝在所述轉(zhuǎn)環(huán)軸上的下同步帶輪、聯(lián) 接在所述轉(zhuǎn)環(huán)軸上的轉(zhuǎn)盤，所述上同步帶輪和下同步帶輪通過兩者之間設(shè)置的旋轉(zhuǎn)同 步帶進(jìn)行傳動，所述轉(zhuǎn)盤的側(cè)面邊緣設(shè)置有碳纖維絲架和絲嘴，所述碳纖維絲架上放 置的碳纖維絲帶通過絲嘴并在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的作用下纏繞樣件芯模的表面。

進(jìn)一步的，本發(fā)明裝置中，絲嘴纏繞組件通過螺紋聯(lián)接的方式固定在吊桿軸下端， 通過吊桿軸的旋轉(zhuǎn)將絲嘴纏繞組件轉(zhuǎn)到指定位置。

本發(fā)明中，支撐聯(lián)接架用于將整體裝置固定在三坐標(biāo)平臺或多自由度機(jī)械手臂 上，絲嘴旋轉(zhuǎn)組件用于實(shí)現(xiàn)整體裝置根據(jù)所需纏繞樣件的截面形狀進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，絲嘴纏 繞組件用于將碳纖維絲帶纏繞在所需纏繞樣件芯模表面。

作為一種實(shí)施例，所述支撐聯(lián)接架可固定聯(lián)接在三坐標(biāo)運(yùn)動平臺或多自由度機(jī)械 手臂上，使絲嘴可以達(dá)到指定空間位置，且配合限位傳感器，控制運(yùn)動范圍，起到保 險(xiǎn)作用。

作為一種實(shí)施例，所述絲嘴纏繞組件通過螺紋聯(lián)接的方式固定在吊桿軸上，通過 吊桿軸的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)絲嘴纏繞組件旋轉(zhuǎn)到指定位置。

作為一種實(shí)施例，所述碳纖維絲架自帶阻尼的張力控制系統(tǒng)，使得碳纖維絲帶能 夠以恒定的張力纏繞樣件芯模的表面。

作為一種實(shí)施例，空心輪結(jié)構(gòu)桿狀碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)裝置的控制方法，由上位機(jī) PC和下位機(jī)單片機(jī)協(xié)調(diào)控制組成，上位機(jī)解析樣件生成G代碼，通過RS232通信協(xié) 議傳輸?shù)较挛粰C(jī)，下位機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將G代碼轉(zhuǎn)換成電機(jī)運(yùn)動控制信號，實(shí)現(xiàn)對 應(yīng)的纏繞運(yùn)動控制。

本發(fā)明將傳統(tǒng)的碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)注入空心輪結(jié)構(gòu)，絲嘴位于空心輪結(jié)構(gòu)上，空心 輪結(jié)構(gòu)根據(jù)芯模形狀選擇合適角度，在絲嘴的引導(dǎo)作用下圍繞芯模旋轉(zhuǎn)。一方面提高 纏繞效率，另一方面保證纏繞零件的復(fù)雜性。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：