CN102990950A - 铺放头装置 - Google Patents

Abstract

一种铺放头装置，具有丝束通道，包括导向模块、夹紧模块、重送模块、剪切模块及施压模块。导向模块用于将丝束传送到丝束通道内。夹紧模块在剪切之前将所述丝束夹紧。重送模块用于传送所述丝束。剪切模块剪切所述丝束。施压模块将所述丝束压紧在制品表面。加热集合模块用于加热所述丝束并集合所述丝束。上述铺放头装置通过各个功能模块的配合，可单独控制各路丝束，以完成复杂曲面、变厚度、加筋等成型问题，以提高制品质量而稳定铺放质量，并且，采用机械化作业提高了铺放效率。

Description

铺放头装置

【技术领域】

本发明涉及一种碳纤维铺放设备，特别是涉及一种碳纤维铺放设备的铺放头装置。

【背景技术】

复合材料纤维铺放成型技术是作为对纤维缠绕和自动铺带技术的改革而发展起来的一种全自动复合材料加工技术。纤维缠绕设备中只有与之相关的出丝口，不具备铺放头的功能，也就局限了纤维缠绕设备只能针对回转体制品，最终是将丝束缠绕在回转体制品上；传统的含有较大型平面的回转体都采用手工铺放制造，其生产效率非常低，制品质量也不稳定。碳纤维铺放设备理论上可以铺放任意型面的芯模，铺放头自身要完成丝束的导向、夹紧、重送、剪切、加热集合与施压，最终将丝束铺放在芯模表面。

在现有技术中，对芯模的局限性比较大，纤维缠绕技术只适用于回转体制品，对于大型带有平面的回转体制品一般采用手工铺放，不能完成复杂曲面、变厚度、加筋等成型问题，成型效率不高、制品质量不稳定。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种铺放效率高、质量稳定的铺放头装置。

一种铺放头装置，具有丝束通道，包括：

导向模块，用于将丝束传送到丝束通道内；

夹紧模块，在剪切之前将所述丝束夹紧；

重送模块，用于传送所述丝束；

剪切模块，剪切所述丝束；

施压模块，将所述丝束压紧在制品表面；及

加热集合模块，用于加热所述丝束并集合所述丝束。

进一步地，所述夹紧模块包括夹紧气缸、夹紧连杆、压紧块，所述夹紧气缸为无杆气缸，所述夹紧连杆的两端分别与所述夹紧气缸的活塞及所述压紧块可转动连接，所述夹紧气缸带动所述夹紧连杆，所述夹紧连杆推动所述压紧块，将所述丝束压紧在所述丝束通道上。

进一步地，所述夹紧模块包括夹紧气缸、夹紧连杆、压紧块；所述夹紧气缸为有杆式气缸，所述夹紧连杆采用杠杆式增力机构；所述夹紧连杆的两端分别与所述夹紧气缸的伸缩杆及所述压紧块可转动连接。

进一步地，所述重送模块包括重送气缸、重送连杆、重送压辊、主动轮、重送电机；所述重送气缸为无杆气缸；所述重送连杆的两端分别与所述重送气缸的活塞及所述重送压辊可转动连接；所述重送气缸驱动所述重送连杆转动，所述重送连杆带动所述重送压辊朝向所述主动轮运动；所述重送电机驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述重送压辊相对设置。

进一步地，所述重送模块包括重送气缸、重送连杆、重送压辊、主动轮、重送电机；所述重送气缸为有杆式气缸，所述重送连杆采用杠杆增力机构；所述重送连杆的两端分别与所述重送气缸的伸缩杆及所述重送压辊可转动连接；所述重送气缸驱动所述重送连杆转动，所述重送连杆带动所述重送压辊朝向所述主动轮运动；所述重送电机驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述重送压辊相对设置。

进一步地，所述剪切模块包括剪切气缸、剪切连杆、导向块、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切气缸为无杆气缸；所述剪切连杆的两端分别与所述剪切气缸的活塞及所述导向块可转动连接；所述下切刀固定于所述导向块，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切气缸驱动所述剪切连杆转动，所述剪切连杆带动所述导向块朝向所述上切刀滑动，使所述下切刀与所述上切刀相抵接。

进一步地，所述剪切模块包括剪切气缸、剪切连杆、导向块、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切气缸为有杆式气缸，所述剪切连杆采用杠杆增力机构；所述剪切连杆的两端分别与所述剪切气缸的伸缩杆及所述导向块可转动连接；所述下切刀固定于所述导向块，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切气缸驱动所述剪切连杆转动，所述剪切连杆带动所述导向块朝向所述上切刀滑动，使所述下切刀与所述上切刀相抵接。

进一步地，所述施压模块包括施压气缸和压辊，所述施压气缸驱动所述压辊，所述压辊将所述丝束压紧在制品表面；所述压辊可绕轴旋转。

进一步地，所述施压模块包括施压气缸、施压连杆、箱体以及压辊；所述施压气缸为无杆气缸；所述压辊可绕转轴旋转，所述压辊的转轴固定于所述箱体上；所述施压连杆的两端分别与所述施压气缸的活塞及所述箱体固定连接；所述压辊将所述丝束压紧在制品表面；所述导向模块、夹紧模块、重送模块、剪切模块以及加热集合模块固定在所述箱体内。

进一步地，所述加热集合模块包括第一路丝束通道、第二路丝束通道、第三路丝束通道、第四路丝束通道、出丝口及加热装置，所述加热装置设于所述出丝口。

上述铺放头装置通过各个功能模块的配合，可单独控制各路丝束，以完成复杂曲面、变厚度、加筋等成型问题，以提高制品质量而稳定铺放质量，并且，采用机械化作业提高了铺放效率。

【附图说明】

图1为实施方式一的铺放头装置的结构示意图；

图2为图1所示的铺放头装置的工作原理图；

图3为图1所示的铺放头装置的夹紧模块的原理示意图；

图4为图1所示的铺放头装置的重送模块的原理示意图；

图5为图1所示的铺放头装置的剪切模块的原理示意图；

图6为图1所示的铺放头装置的加热集合模块的原理示意图；

图7为图1所示的铺放头装置的施压模块的原理示意图；

图8为实施方式二的铺放头装置的结构示意图；

图9为图8所示的铺放头装置的工作原理图；

图10为图8所示的铺放头装置的夹紧模块的原理示意图；

图11为图8所示的铺放头装置的重送模块的原理示意图；

图12为图8所示的铺放头装置的剪切模块的原理示意图；

图13为图8所示的铺放头装置的施压模块的原理示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明为七自由度的碳纤维铺放设备提供一种铺放头装置，该铺放头装置可以完成丝束的导向、夹紧、重送、剪切、加热集合以及施压。该铺放头装置包括导向模块、夹紧模块、重送模块、剪切模块、加热集合模块、施压模块，丝束依次通过上述模块，通过碳纤维铺放设备的手臂与手腕的位置与姿态控制，最终由施压模块将丝束压紧在芯模表面，完成制品成型。本发明的铺放头装置通过模块化的设计，大大简化了铺放头装置的结构，每路丝束都可以单独控制，都可以完成丝束的夹紧、重送和剪切的动作，丝束重送成功率较大，理论可以针对任意形状的制品进行铺放。

请参阅图1，实施方式一的铺放头装置包括导向模块110、夹紧模块120、重送模块130、剪切模块140、加热集合模块150、施压模块160、丝束通道170、通风口180以及气源装置190。

导向模块110主要起丝束101导向作用，使丝束101能够顺利进入丝束通道170；夹紧模块120起到夹紧丝束101的作用，当某一路丝束需要剪断，在剪切模块140动作之前，夹紧模块120将丝束夹紧，防止丝束101在张力作用下弹回；重送模块130起到运输送料的作用；剪切模块140起到剪切丝束101的作用，当某一路丝束需要剪断，剪切模块140动作；施压模块150起到将丝束压紧在制品表面的作用；加热集合模块160起到加热、集合丝束的作用，丝束101通过加热具有一定的粘性，集合在一起后由施压模块150压紧在制品表面。

请参阅图2，丝束101一次经过导向模块110、夹紧模块120、重送模块130、剪切模块140，经过加热集合模块150后，丝束101具有一定的粘性，最终由施压模块160将丝束101压紧在芯模表面上。通风口180与丝束通道170相连通。气源装置190用于给各个功能模块的气缸充气。

铺放头装置100的夹紧模块120、重送模块130和剪切模块140的动力源全部采用无杆气缸，由无杆气缸驱动连杆机构，执行所要完成的动作。由于无杆气缸自身比较紧凑，所以大大简化了铺放头装置100内部的结构，减轻了铺放头装置100的自身重量，使铺放工作更具可靠性。

导向模块110改变丝束101的运动方向，使丝束101能够顺利进入丝束通道170内。具体在本实施例中，导向模块110包括设于丝束通道170的输入口的传送轮，该传送轮可旋转。在其他实施方式中，导向模块110也可为传送带、传送滚轴等。

请参阅图3，夹紧模块120包括夹紧气缸121、夹紧连杆122、压紧块123。夹紧连杆121的两端分别与夹紧气缸121的活塞及压紧块123可转动连接。当需要夹紧丝束101时，夹紧气缸121动作带动夹紧连杆122，推动压紧块123，将丝束101压紧在丝束通道170上；当需要松开丝束101时，对夹紧气缸121换向即可。夹紧模块120采用无杆气缸作为动力源方式，优化了结构。

请参阅图4，重送模块130包括重送气缸131、重送连杆132、重送压辊133、主动轮134、重送电机135。重送连杆132的两端分别与重送气缸131的活塞及重送压辊133可转动连接，重送气缸131驱动重送连杆132转动，重送连杆132带动重送压辊133朝向主动轮134运动。重送气缸131为无杆气缸。重送电机135驱动主动轮134转动，主动轮134与重送压辊133相对设置，且可分别抵压丝束101的两侧。重送模块130主要完成丝束101的送料功能。当需要增加某一路丝束时，重送气缸131驱动重送压辊133将丝束101压到主动轮134上，同时，通风口1801通风，且气流方向与运送丝束101的方向相同，丝束101在主动轮134与重送压辊133的挤压以及风力作用下向前运动，最终到达制品表面。重送模块130采用无杆气缸驱动重送压辊133，节省了空间。

请参阅图5，剪切模块140包括剪切气缸141、剪切连杆142、导向块143、下切刀144、上切刀145及固定座146。剪切气缸141为无杆气缸。剪切连杆142的两端分别与剪切气缸141的活塞及导向块143可转动连接。下切刀144固定于导向块143，上切刀145固定于固定座146。剪切气缸141驱动剪切连杆142转动，剪切连杆142带动导向块143朝向上切刀145滑动，使下切刀144与上切刀145相抵接。在铺放零件的局部结构或者结束一次铺放的位置，铺放工艺要求丝束101部分切断或者全部切断，此时，剪切模块140工作。剪切气缸141驱动剪切连杆142带动下切刀144将丝束101剪断。剪切模块140采用无杆气缸，节省铺放头装置100内部的空间。

请参阅图6，加热集合模块150包括相互平行的第一路丝束通道151、第二路丝束通道152、第三路丝束通道153、第四路丝束通道154、出丝口155及加热装置(图未示)。加热装置在出丝口155处布置。丝束101进过导向模块110、夹紧模块120、重送模块130、剪切模块140，在加热集合模块150中集合成多束丝束紧密排列的丝带。丝束101在加热之前处于低粘度或者基本无粘性状态，以确保丝束101能够在丝束通道170内顺利通过并且到达施压模块160。丝束101经过加热装置加热后具有一定粘性，确保丝带能够紧贴制品型面。

请参阅图7，施压模块160包括施压气缸161、施压连杆162、箱体163以及压辊164。压辊164可以绕轴旋转，压辊164的转轴固定于箱体163上。施压气缸161为无杆气缸。施压连杆162的两端分别与施压气缸161的活塞及箱体163固定连接。丝束101到达压辊164后，施压气缸161施加一定的压力将丝束101压紧在制品表面，对铺层起到铺平压实、层间连接和排除空气的作用，以消除内层纤维在宽度方向上的间隙，同时控制施压气缸161的气压达到控制压辊压力的目的。

导向模块110、夹紧模块120、重送模块130、剪切模块140以及加热集合模块150固定在箱体163内，随施压气缸161的活塞在施压方向上小范围上下运动。本实施方式中，丝束101与加热集合模块的出丝口之间的距离固定，丝束不可控部分的长度不变，易于丝束的重送控制。

请参阅图1至图7，铺放头装置100的工作原理如下，开启重送电机135，带动主动轮134传动，如果丝束101被夹紧则对夹紧气缸121换向松开丝束101，再开启重送气缸131，通过重送连杆132使从动轮133压到主动轮134上，挤压丝束101运动，丝束101到达压辊164下，施压气缸161将丝束101压在制品表面上，对重送气缸1321换向，从动轮133抬起。当需要剪切时，启动夹紧气缸121夹紧丝束101，之后再启动剪切气缸141，对丝束101实施剪切动作，动作完成后对剪切气缸141进行换向，收回下切刀144，进行下一轮铺放，上述动作循环进行。

上述铺放头装置100通过各个功能模块的配合，可单独控制各路丝束，以完成复杂曲面、变厚度、加筋等成型问题，以提高制品质量而稳定铺放质量，并且，采用机械化作业提高了铺放效率。

并且，上述铺放装置100内部采用模块化设计，优化了铺放头装置内部结构；施压模块160易于丝束的重送控制，而且施压模块160中压辊可绕轴旋转，施压模块160在工作过程中，滚动摩擦不会划伤丝带，并且避免设计了收卷机构。

请参阅图8及图9，实施方式二的铺放头装置200与实施方式一的铺放头装置100，其包括导向模块210、夹紧模块220、重送模块230、剪切模块240、加热集合模块250、施压模块260、丝束通道270、通风口280以及气源装置290。

丝束201一次经过导向模块210、夹紧模块220、重送模块230、剪切模块240，经过加热集合模块250后，丝束201具有一定的粘性，最终由施压模块260将丝束201压紧在芯模表面上。

导向模块210与实施方式一的导向模块210相同，导向模块210改变丝束101的运动方向，使丝束201能够顺利进入丝束通道270内。

请参阅图10，夹紧模块220与实施方式一的夹紧模块220基本相似，包括夹紧气缸221、夹紧连杆222、压紧块223，不同之处在于：夹紧气缸221为有杆式气缸，夹紧连杆2-2采用杠杆式增力机构，增加了夹紧可靠性；夹紧连杆221的两端分别与夹紧气缸221的伸缩杆及压紧块223可转动连接。

请参阅图11，重送模块230与实施方式一的重送模块130基本相似，不同之处在于：重送气缸231为有杆式气缸，重送连杆232采用杠杆增力机构，增加了重送的可靠性；重送连杆232的两端分别与重送气缸231的伸缩杆及重送压辊133可转动连接。

请参阅图12，剪切模块240与实施方式一的剪切模块140基本相似，其不同之处在于，剪切气缸241为有杆式气缸，剪切连杆242采用杠杆增力机构，剪切成功率增大；剪切连杆242的两端分别与剪切气缸241的伸缩杆及导向块243可转动连接。

加热集合模块250与实施方式一的加热集合模块150相同。

请参阅图13，施压模块260包括施压气缸261和压辊264。施压气缸261施加一定压力，压辊264将丝束201压紧在制品表面。压辊264可绕轴旋转。本实施方式结构简单，动作迅速。

丝束通道270、通风口280以及气源装置290与实施方式一的丝束通道170、通风口180以及气源装置190相同。

需要说明的是，由于本发明实施方式的铺放头装置主要由多个功能模块构成，因此，实施方式一的铺放头装置100的各个功能模块可与实施方式二的铺放头装置200的各个功能模块相互替换。

上述“杠杆式增力机构”是指在连杆的中部设置杠杆支撑点，使连杆除了具有可转动连接两物体作用之外，还具有杠杆的作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铺放头装置，具有丝束通道，其特征在于，包括：

导向模块，用于将丝束传送到丝束通道内；

夹紧模块，在剪切之前将所述丝束夹紧；

重送模块，用于传送所述丝束；

剪切模块，剪切所述丝束；

施压模块，将所述丝束压紧在制品表面；及

加热集合模块，用于加热所述丝束并集合所述丝束。

2.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述夹紧模块包括夹紧气缸、夹紧连杆、压紧块，所述夹紧气缸为无杆气缸，所述夹紧连杆的两端分别与所述夹紧气缸的活塞及所述压紧块可转动连接，所述夹紧气缸带动所述夹紧连杆，所述夹紧连杆推动所述压紧块，将所述丝束压紧在所述丝束通道上。

3.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述夹紧模块包括夹紧气缸、夹紧连杆、压紧块；所述夹紧气缸为有杆式气缸，所述夹紧连杆采用杠杆式增力机构；所述夹紧连杆的两端分别与所述夹紧气缸的伸缩杆及所述压紧块可转动连接。

4.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述重送模块包括重送气缸、重送连杆、重送压辊、主动轮、重送电机；所述重送气缸为无杆气缸；所述重送连杆的两端分别与所述重送气缸的活塞及所述重送压辊可转动连接；所述重送气缸驱动所述重送连杆转动，所述重送连杆带动所述重送压辊朝向所述主动轮运动；所述重送电机驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述重送压辊相对设置。

5.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述重送模块包括重送气缸、重送连杆、重送压辊、主动轮、重送电机；所述重送气缸为有杆式气缸，所述重送连杆采用杠杆增力机构；所述重送连杆的两端分别与所述重送气缸的伸缩杆及所述重送压辊可转动连接；所述重送气缸驱动所述重送连杆转动，所述重送连杆带动所述重送压辊朝向所述主动轮运动；所述重送电机驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述重送压辊相对设置。

6.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述剪切模块包括剪切气缸、剪切连杆、导向块、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切气缸为无杆气缸；所述剪切连杆的两端分别与所述剪切气缸的活塞及所述导向块可转动连接；所述下切刀固定于所述导向块，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切气缸驱动所述剪切连杆转动，所述剪切连杆带动所述导向块朝向所述上切刀滑动，使所述下切刀与所述上切刀相抵接。

7.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述剪切模块包括剪切气缸、剪切连杆、导向块、下切刀、上切刀及固定座；所述剪切气缸为有杆式气缸，所述剪切连杆采用杠杆增力机构；所述剪切连杆的两端分别与所述剪切气缸的伸缩杆及所述导向块可转动连接；所述下切刀固定于所述导向块，所述上切刀固定于所述固定座；所述剪切气缸驱动所述剪切连杆转动，所述剪切连杆带动所述导向块朝向所述上切刀滑动，使所述下切刀与所述上切刀相抵接。

8.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述施压模块包括施压气缸和压辊，所述施压气缸驱动所述压辊，所述压辊将所述丝束压紧在制品表面；所述压辊可绕轴旋转。

9.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述施压模块包括施压气缸、施压连杆、箱体以及压辊；所述施压气缸为无杆气缸；所述压辊可绕转轴旋转，所述压辊的转轴固定于所述箱体上；所述施压连杆的两端分别与所述施压气缸的活塞及所述箱体固定连接；所述压辊将所述丝束压紧在制品表面；所述导向模块、夹紧模块、重送模块、剪切模块以及加热集合模块固定在所述箱体内。

10.如权利要求1所述的铺放头装置，其特征在于，所述加热集合模块包括第一路丝束通道、第二路丝束通道、第三路丝束通道、第四路丝束通道、出丝口及加热装置，所述加热装置设于所述出丝口。

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