刹车片针刺机及刹车片生产方法与流程

本发明涉及短丝纤维无纺针刺成型技术领域，特别是涉及一种刹车片针刺机及刹车片生产方法，主要用于短丝碳纤维刹车片的针刺成型。

背景技术：

国内短丝碳纤维材质的刹车片针刺成型使用的设备及针刺过程如下：

(一)国内生产碳纤维刹车片使用的平板针刺机：

平板针刺机的主运动是针刺头作上下运动，往下运动就是针刺，即刺针刺入网帘上的碳纤维层，往上运动就是退出，即刺针退出网帘上的碳纤维层。针刺头安装在由曲柄主轴带动的一个连杆机构上，曲柄主轴转动带动针刺头作上下运动。曲柄主轴两端固定支撑，由变频电机驱动。

碳纤维层平铺在网帘内，网帘是一个无底的四方形框子，如同一个无底的抽屉；网帘的框架连接丝杆螺母副，网帘放置在滚轮上。在网帘的下方有一块底板，底板上钻有对应的针孔，可以保证针刺深度达到12-15mm，网帘前后运动。网帘由丝杆螺母副驱动。丝杆螺母副由棘轮棘爪带动，棘轮棘爪由链轮链条与曲柄主轴连接。曲柄主轴转动，通过链传动带动棘轮棘爪运动，棘轮棘爪驱动丝杆螺母副带动网帘向前或向后移动。网帘下方的底板，安装在手动升降台上。调整手动安装在手动升降台上，就可以调整底板与针刺板的距离。改变刺针的刺入深度。底板放置在滚轴上。因此网帘可以自由运动。滚轴安装在手动升降台上。

(二)针刺过程：

开始针刺时，需要先安装好网帘，在网帘下方的底板上一层碳纤维层。然后调整手动升降台的高度。高度合适后，启动变频电机，开始针刺。针刺过程中，网帘向前运动。运动到达前部定位点后停止运动。此时针刺动作停止了，变频电机也停止。此时降低手动升降台的高度，在网帘内新铺一层碳纤维层。然后调整手动升降台的高度。高度合适后，改变棘轮棘爪的方向，使网帘的运动方向改为向后运行；之后启动变频电机，开始针刺。针刺过程中，网帘向后运动。运动到达后补定位点后停止运动。如此循环操作，直到生产出一片刹车片。当前在碳纤维刹车片生产企业里，平均每12个小时生产1块700*700*50的刹车片。

(三)使用平板针刺机生产碳纤维刹车片的主要问题：

刹车片块有分层的质量缺陷：

(1)由于曲柄-连杆机构与棘轮棘爪机构的组合使用，每针刺一次，棘轮棘爪转动一格，棘爪转动一格带动丝杆螺母移动一块针板的距离。这样导致在每次针刺时，针刺在同一个位置。每层碳纤维材料在针刺时的针刺孔基本重叠，使得层间很少形成短丝纤维上下勾连，层间结合力弱，导致碳纤维刹车片容易分层。

(2)效率低下，平均每12个小时生产1块700*700*50的刹车片；

(3)噪声大，由于使用了“曲柄-四杆机构”与“链传动与棘轮棘爪机构”，车间内振动大噪声大，平均噪声大于92db。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：旨在针对现有平板针刺机针刺成型碳纤维刹车片的“刹车片块有分层的质量缺陷”及“调整底板时间过长”等问题，本发明提供一种刹车片针刺机。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种刹车片针刺机，包括针刺头工作台和物料工作台，其中，

针刺头工作台包括针刺头机架、刀库、刀库固定箱、x方向导轨、y方向导轨、针刺头固定箱、针刺驱动装置、工位选择装置、针刺板固定器和针刺板，其中，针刺头机架采用桁架结构，刀库安装在刀库固定箱上，刀库固定箱安装在针刺头机架上；x方向导轨安装在针刺头机架上，y方向导轨安装在x方向导轨上，针刺头固定箱安装在y方向导轨上，x方向导轨和y方向导轨形成二维移动机构，带动针刺头固定箱在x-y平面内运动；工位选择装置固定在针刺头固定箱内，针刺驱动装置安装在工位选择装置上，针刺板固定在针刺板固定器上；针刺板固定器安装在针刺驱动装置上；

物料工作台包括物料机架，设置在物料机架上料工位的原料箱输送机构，设置在物料机架原料存储工位的原料箱和位于原料箱下方的原料箱底板位置控制机构，设置在物料机架原料存储工位和成品存储工位之间的物料自动输送机构，设置在物料机架针刺工位的针刺底板和位于针刺底板下方的针刺底板位置控制机构，所述针刺工位设置在物料自动输送机构的部分或全部上，设置在物料机架成品存储工位的成品箱和位于成品箱下方的成品箱底板位置控制机构，以及设置在物料机架出料工位的成品箱输送出机构，所述上料工位、原料存储工位、机架针刺工位、成品存储工位和出料工位依次设置。

具体的，所述刀库固定箱包括驱动伺服电机、减速器及刀库转动关节。

物料工作台包含上料工位，原料存储工位，针刺工位，成品存储工位，出料工位等5个工位，核心是原料存储工位，针刺工位，成品存储工位等3个工位。原料存储工位放置原料箱，原料箱内存放待针刺的物料，针刺工位是实现针刺的工位，成品存储工位放置成品箱，成品箱内存放针刺成型的物料。

针刺物料在针刺工位针刺，每针刺一层，针刺工位下降一层物料的厚度。此时原料存储工位的原料箱底板向上提升一层物料的厚度，突出物料。由自动送料机构将这层物料送到针刺工位针刺。

待针刺工位的物料达到设定的厚度(层)且完成最后一层的针刺后，由自动送料机构将针刺工位的这块刹车片的针刺成品送到成品存储工位的成品箱内。

进一步，所述针刺板采用小型针刺板，所述小型针刺板是指针板边长为制品边长的1/n的正方形针刺板，其中，n≥2且n∈n⁺。

优选的，n的取值范围为：3≤n≤10，n∈n⁺。

对于制造700*700的刹车片毛坯来说，采用普通平板针刺机，最常使用850*45的针板(针刺面积为38250mm2)；本机使用的常用针板为100*100(针刺面积为10000mm2)；最大针板为115*115(面积为13225mm2)。本机使用的针板为普通平板针刺机的针板的1/3-1/4。

进一步，为了降低噪音和提高控制精度，所述针刺头工作台的刀库、x方向导轨、y方向导轨、针刺驱动装置和工位选择装置以及所述物料工作台的原料箱输送机构、物料自动输送机构、原料箱底板位置控制机构、针刺底板位置控制机构、成品箱底板位置控制机构和成品箱输送出机构均采用伺服电机驱动。

伺服电机由电机与编码器及驱动器构成，驱动器构成安装在电器柜内；编码器与电机同轴安装，安装在电机后部---一般三相电机后部是风扇；伺服电机的后部是编码器。

控制噪声：伺服电机可以设置爬坡曲线，这样启动和停车平稳(类似高铁，高铁启动停车时感觉不到运动冲击)；爬坡曲线让机器运动时无运动冲击。

提高控制精度：伺服电机由脉冲控制转动，每转至少有n*8192个脉冲；假设n＝1，每个脉冲控制的是360/8192＝0.04396°＝2.637′(分)。它的控制精度与变频电机、步进电机就不可同日而语。

一种刹车片生产方法，包括上述的刹车片针刺机，还包括以下步骤：

s1：准备工作，首先在针刺机的人机界面输入需要针刺的工艺要求；检查刀库内的针刺板与针刺工艺是否匹配，设备是否润滑，物料箱规格尺寸是否正确、待加工物料是否正确，原料箱内的物料摆放是否合适；检查上述工作是否正确，确认正确无误后，启动机器；

s2：原料箱取放，将装满物料的原料箱放置在原料箱输送机构上，启动原料箱输送机构，原料箱输送机构将原料箱输送到原料存储工位；当原料箱内没有物料时，原料箱输送机构自动反转，带出原料箱到上料工位，此时在上料工位取下空的原料箱后，将装满物料的原料箱放置在原料箱输送机构上；

s3：原料输送，物料自动输送机构将原料存储工位原料箱内的原料输送到针刺工位，针刺物料在针刺工位的针刺底板上针刺，每针刺一层，针刺底板位置控制机构控制针刺底板下降一层物料的厚度；此时原料存储工位的原料箱的底板受原料箱底板位置控制机构控制，向上提升一层物料的厚度，突出物料；由物料自动输送机构自动送料机构将这层物料送到针刺工位针刺；

s4：针刺，当物料输送到针刺工位后，首先需要将针刺板定位，x方向导轨与y方向导轨带动针刺头固定箱在x-y平面内运动，确定针刺板的位置；其次，确定工位是针刺工位还是换刀工位，如果是换刀工位，则需要更换针刺板；如果是针刺工位，则需要驱动针刺板进行针刺。

s4.1：针刺

如果在针刺工位，安装在针刺头固定箱内的工位选择装置向下运动，带动针刺驱动装置、针刺板固定器和针刺板向下运动到位后，针刺驱动装置驱动针刺板作上下运动；针刺板向下运动就是针刺动作，向上就是退出所针刺的原料；

待针刺板完全退出物料后，x方向导轨带动针刺头固定箱在x方向运动一个针刺板的距离，之后，继续针刺；待x方向的物料完全针刺后，y方向导轨带动针刺头固定箱在x-y平面内运动一个针刺板位置后重新开始针刺；x方向导轨带动针刺头固定箱在-x方向运动一个针刺板的距离，直到-x方向的物料完全针刺后，y方向导轨带动针刺头固定箱在x-y平面内运动一个针刺板位置后重新开始针刺；如是周而复始，完成物料在x-y平面的针刺；此后需要更换针刺板，进入换刀工位，则需要更换针刺板；

s4.2：换刀

安装在针刺头固定箱内的工位选择装置向上运动，带动针刺驱动装置、针刺板固定器和针刺板向上运动到位，此后x方向导轨与y方向导轨带动针刺头固定箱在x-y平面内运动，将针刺板送到换刀位置；与此同时，刀库固定箱内的动力装置驱动刀库确认是“对准换刀位置的刀位是否是空刀位？”，如不是空到位，则转动刀库，将空刀位转动到换刀位置；此时针刺板固定器松开，针刺板落入空刀位；此后，刀库固定箱内的动力装置驱动刀库转动，将下下面需要针刺的针刺板转到换刀位置；

安装在针刺头固定箱内的工位选择装置向下运动，带动针刺驱动装置和针刺板固定器向下运动到位，新的针刺板插入针刺驱动装置，之后，针刺板固定器锁紧；针刺头固定箱内的工位选择装置带动针刺驱动装置、针刺板固定器、新的针刺板退回到换刀位置，完成换刀；

s4.3：换刀后再对物料进行x-y平面的针刺，完成针刺后更换针刺板继续针刺，直到完成这层物料的全部针刺；完成一层物料的针刺后，重新开始原料输送的工序过程，直到完成一块产品的针刺。

s5：成品输送，完成一块刹车片针刺成品后，需要将这块产品输送到成品存储工位的成品箱中，此时针刺底板位置控制机构驱动针刺底板向上运动一个产品厚度的距离，突出产品；与此同时成品箱底板位置控制机构向上运动，使产品箱内的成品或空箱的底板位置与针刺底板的位置齐平；启动物料自动输送机构，推动物料到成品存储工位的成品箱的底板位置；此时成品箱底板位置控制机构向下运动，使产品箱内的成品或空箱的底板上表面位置与针刺底板的位置齐平；为放置下一个刹车片针刺成品作好准备；之后物料自动输送机构反转，退回到启动前的位置；

s6：成品箱的取放，当原料箱成品箱内装满针刺产品时，成品箱输送出机构自动运行，输送成品箱到下料工位；此时工人在下料工位取下装满针刺产品的成品箱；之后，将空的成品箱放置在成品箱输送出机构上，启动成品箱输送出机构，成品箱输送出机构将空的成品箱输送到成品存储工位。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种刹车片针刺机，是用于碳纤维刹车片针刺成型的专用设备。它综合了3d成型结构及加工中心的自动换刀结构，实现特定尺寸的碳纤维刹车片的立体针刺，并根据针刺成型实际设计了具备多块针刺成型板的换刀(板)结构，具体具有以下有益效果：

(1)主机采用三d结构

碳纤维刹车片针刺成型机主机采用三d结构：针刺头工作台及物料工作台。针刺头工作台安装在主机架上，针刺头工作台内有平面导轨，可以做xy轴平面运动。针刺头安装在xy轴平面运动的导轨上，可做xyz三自由度运动。

(2)组合使用加工中心的换刀结构

为增加物料层间结合力，需要增加针刺孔，就每层需要更多的刺针进行针刺。一个针刺板安装不了这样密集的刺针，就需要多个针刺板。

碳纤维刹车片针刺成型机设计了具备6块针刺板的换刀(板)结构，一次最多可安装6块针刺板。这6块针刺板，可以自动更换。将针刺头提起，是自动换刀工位；将针刺头放下，则是针刺工位。

(3)小板针刺板轻型结构

由于成型的刹车片最大尺寸为φ650*50，对于φ650的平面尺寸，选用700*700的物料进行针刺。这样可以使用小型针刺板成型即可实现700*700尺寸的平面针刺。小型针刺板成型，则针刺头总体重量轻，惯性小，便于控制。同时也可使得整机重量轻，能耗低。

(4)伺服电机驱动，无运动噪声

所有电机，均为伺服电机。伺服电机的启动和停止，可以设置启停曲线，则驱动装置运动平稳，无惯性冲击，无运动噪声。

(5)高效自动化

伺服电机的控制由编码器控制，可用脉冲数来实现，因此所有的定位都会非常精确。不需要使用附加的行程开关、接近开关。使得系统可靠、高效。设备的运行，由程序控制。自动化程度更高。

(6)柔性针刺

刹车片的用户不同，则刹车片针刺要求不同。因此每个批量的刹车片的针刺要求千差万别。这些要求可以通过调整针孔间的距离来实现。调整针孔的距离，可以在程序上实现，通过变更程序中的工艺要求，如针刺板大小与数量、物料层间针刺的错位距离来实现。这样一台碳纤维刹车片针刺成型机，可以满足波音飞机、空客飞机、c919、高铁、动车及城铁等用户的刹车片的生产需求。

(7)无分层现象

每层物料之间有1～6次针刺，另外，层间错位针刺，针刺孔基本无重叠。每个针刺孔都是在没有针刺的位置上进行的，物料内的短丝基本都被牵引到层间，增强了层间结合力，层间无分层现象。

(8)无断针现象

市场上平板针刺机的针刺板是长矩形结构。长矩形结构，如常用的800*30的针刺板，在针刺到物料的前部边缘部位或后部边缘部位时，容易导致物料倾侧，此时容易发生断针现象，也容易损伤网帘。损伤网帘，就需要重新安装；发生断针，断针留在物料内部，改变了物料内部的结构，增加了物料内部的杂质，降低了物料的物理化学性能。

不同于平板针刺机针刺板的长矩形结构，碳纤维刹车片针刺成型机的针刺板为方形结构。如常用的100*100尺寸的针刺板，在针刺到物料的边缘部位时，受力面积大，无侧倾现象。这样就没有断针的机会。

没有断针现象，就不会改变物料内的杂质含量和比例，保证了物料的物理化学性能，提升了刹车片的质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明最佳实施例的结构示意图。

图2是本发明最佳实施例的俯视结构示意图。

图3是现有技术中针刺板与物料的位置尺寸示意图。

图4是本发明小型针刺板与物料的位置尺寸示意图。

图中：1、针刺头机架，2、刀库，3、刀库固定箱，4、x方向导轨，5、y方向导轨，6、针刺头固定箱，7、针刺驱动装置，8、工位选择装置，9、针刺板固定器，10、针刺板，11、成品箱输送出机构，12、物料自动输送机构，13、成品箱，14、成品箱底板位置控制机构，15、针刺底板，16、针刺底板位置控制机构，17、原料箱，18、原料箱底板位置控制机构，19、原料箱输送机构，20、物料机架，21、物料。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1和图2所示，本发明的一种刹车片针刺机，碳纤维刹车片针刺成型机由电气控制系统及机械系统构成。这里主要描述机械系统。机械系统由针刺头工作台及物料工作台，其中，

针刺头工作台包括针刺头机架1、刀库2、刀库固定箱3、x方向导轨4、y方向导轨5、针刺头固定箱6、针刺驱动装置7、工位选择装置8、针刺板固定器9和针刺板10，其中，针刺头机架1采用桁架结构，刀库2安装在刀库固定箱3上，刀库固定箱3安装在针刺头机架1上；x方向导轨4安装在针刺头机架1上，y方向导轨5安装在x方向导轨4上，针刺头固定箱6安装在y方向导轨5上，x方向导轨4和y方向导轨5形成二维移动机构，带动针刺头固定箱6在x-y平面内运动；工位选择装置8固定在针刺头固定箱6内，针刺驱动装置7安装在工位选择装置8上，针刺板10固定在针刺板固定器9上；针刺板固定器9安装在针刺驱动装置7上。

物料工作台包括物料机架20，设置在物料机架20上料工位的原料箱输送机构19，设置在物料机架20原料存储工位的原料箱17和位于原料箱17下方的原料箱底板位置控制机构18，设置在物料机架20原料存储工位和成品存储工位之间的物料自动输送机构12，设置在物料机架20针刺工位的针刺底板15和位于针刺底板15下方的针刺底板位置控制机构16，所述针刺工位设置在物料自动输送机构12的部分或全部上，设置在物料机架20成品存储工位的成品箱13和位于成品箱13下方的成品箱底板位置控制机构14，以及设置在物料机架20出料工位的成品箱输送出机构11，所述上料工位、原料存储工位、机架针刺工位、成品存储工位和出料工位依次设置。

具体的，所述刀库固定箱3包括驱动伺服电机、减速器及刀库转动关节。

物料工作台包含上料工位，原料存储工位，针刺工位，成品存储工位，出料工位等5个工位，核心是原料存储工位，针刺工位，成品存储工位等3个工位。原料存储工位放置原料箱17，原料箱17内存放待针刺的物料21，针刺工位是实现针刺的工位，成品存储工位放置成品箱13，成品箱13内存放针刺成型的物料21。

针刺物料21在针刺工位针刺，每针刺一层，针刺工位下降一层物料21的厚度。此时原料存储工位的原料箱17底板向上提升一层物料21的厚度，突出物料21。由自动送料机构将这层物料21送到针刺工位针刺。

待针刺工位的物料21达到设定的厚度(层)且完成最后一层的针刺后，由自动送料机构将针刺工位的这块刹车片的针刺成品送到成品存储工位的成品箱13内。

进一步，所述针刺板10采用小型针刺板，所述小型针刺板是指针板边长为制品边长的1/n的正方形针刺板，其中，n≥2且n∈n⁺。

优选的，n的取值范围为：3≤n≤10，n∈n⁺。

进一步，为了降低噪音和提高控制精度，所述针刺头工作台的刀库2、x方向导轨4、y方向导轨5、针刺驱动装置7和工位选择装置8以及所述物料工作台的原料箱输送机构19、物料自动输送机构12、原料箱底板位置控制机构18、针刺底板位置控制机构16、成品箱底板位置控制机构14和成品箱输送出机构11均采用伺服电机驱动。

伺服电机由电机与编码器及驱动器构成，驱动器构成安装在电器柜内；编码器与电机同轴安装，安装在电机后部---一般三相电机后部是风扇；伺服电机的后部是编码器。

控制噪声：伺服电机可以设置爬坡曲线，这样启动和停车平稳(类似高铁，高铁启动停车时感觉不到运动冲击)；爬坡曲线让机器运动时无运动冲击。

提高控制精度：伺服电机由脉冲控制转动，每转至少有n*8192个脉冲；假设n＝1，每个脉冲控制的是360/8192＝0.04396°＝2.637′(分)。它的控制精度与变频电机、步进电机就不可同日而语。

一种刹车片生产方法，即系统的工作过程，系统的工作过程包括工作前的准备，原料箱17的取放，原料输送，针刺，成品输送，出料箱的取放等6道工序。以下依次说明：

s1：工作前的准备

首先在人机界面输入需要针刺的工艺要求，包括针刺板10的大小，物料21大小，针刺力矩，刺针密度(每层针刺的次数，针刺板10的数量)等；检查刀库2内的针刺板10与针刺工艺是否匹配，设备是否润滑，物料箱(原料箱17，成品箱13)规格尺寸是否正确、待加工物料21是否正确，原料箱17内的物料21摆放是否合适等。

检查上述工作是否正确，确认正确无误后，启动机器。

s2：原料箱17取放

原料箱输送机构19的功能是将装满物料21的原料箱17输送到原料工位；或者将空的原料箱17送出。

原料箱17的取放，是人工在上料工位将装满物料21的原料箱17放置在原料箱输送机构19上；或者从原料箱输送机构19上取出空的原料箱17。

当原料箱17内没有物料21时，原料箱输送机构19自动反转，带出原料箱17到上料工位。此时工人在上料工位取下空的原料箱17后，将装满物料21的原料箱17放置在原料箱输送机构19上，启动原料箱输送机构19，原料箱输送机构19将原料箱17输送到原料存储工位。

s3：原料输送

原料输送是将由物料自动输送机构12将原料存储工位原料箱17内的原料输送到针刺工位。

针刺物料21在针刺工位的针刺底板15上针刺，每针刺一层，针刺底板位置控制机构16控制针刺底板15下降一层物料21的厚度。此时原料存储工位的原料箱17的底板受原料箱底板位置控制机构18控制，向上提升一层物料21的厚度，突出物料21。由物料自动输送机构12自动送料机构将这层物料21送到针刺工位针刺。

s4：针刺换刀：

当物料21输送到针刺工位后，首先需要将针刺板10定位。x方向导轨4与y方向导轨5带动针刺头固定箱6在x-y平面内运动，确定针刺板10的位置。

其次，确定工位：由电气控制系统确认是针刺工位还是换刀工位？如果是换刀工位，则需要更换针刺板10；如果是针刺工位，则需要驱动针刺板10进行针刺。

s4.1：针刺针刺过程如下：

如在针刺工位，安装在针刺头固定箱6内的工位选择装置8向下运动，带动针刺驱动装置7、针刺板固定器9、针刺板10向下运动到位后，针刺驱动装置7驱动针刺板10作上下运动。针刺板10向下运动就是针刺动作，向上就是退出所针刺的原料。

待针刺板10完全退出物料21后，x方向导轨4带动针刺头固定箱6在x方向运动一个针刺板10的距离，之后，继续针刺。待x方向的物料21完全针刺后，y方向导轨5带动针刺头固定箱6在x-y平面内运动一个针刺板10位置后重新开始针刺。x方向导轨4带动针刺头固定箱6在-x方向运动一个针刺板10的距离，直到-x方向的物料21完全针刺后，y方向导轨5带动针刺头固定箱6在x-y平面内运动一个针刺板10位置后重新开始针刺。

如是周而复始，完成物料21在x-y平面的针刺。此后需要更换针刺板10，进入换刀工位，则需要更换针刺板10。

s4.2：换刀过程如下：

安装在针刺头固定箱6内的工位选择装置8向上运动，带动针刺驱动装置7、针刺板固定器9、针刺板10向上运动到位，此后x方向导轨4与y方向导轨5带动针刺头固定箱6在x-y平面内运动，将针刺板10送到换刀位置。与此同时，刀库固定箱3内的动力装置驱动刀库2确认是“对准换刀位置的刀位是否是空刀位？”，如不是空到位，则转动刀库2，将空刀位转动到换刀位置。

此时针刺板固定器9松开，针刺板10落入空刀位。

此后，刀库固定箱3内的动力装置驱动刀库2转动，将下下面需要针刺的针刺板10转到换刀位置。

安装在针刺头固定箱6内的工位选择装置8向下运动，带动针刺驱动装置7、针刺板固定器9向下运动到位，新的针刺板10插入针刺驱动装置7，之后，针刺板固定器9锁紧。针刺头固定箱6内的工位选择装置8带动针刺驱动装置7、针刺板固定器9、新的针刺板10退回到换刀位置。这样就完成了换刀过程。

s4.3：换刀后再对物料21进行x-y平面的针刺，完成针刺后更换针刺板10继续针刺，直到完成这层物料21的全部针刺。

完成一层物料21的针刺后，重新开始原料输送的工序过程，直到完成一块产品的针刺。

s5：成品输送

完成一块刹车片针刺成品后，需要将这块产品输送到成品存储工位的成品箱13中。

此时针刺底板位置控制机构16驱动针刺底板15向上运动一个产品厚度的距离，突出产品；与此同时成品箱底板位置控制机构14向上运动，使产品箱内的成品(或空箱的底板)位置与针刺底板15的位置齐平。物料自动输送机构12启动，推动物料21到成品存储工位的成品箱13的底板位置。此时成品箱底板位置控制机构14向下运动，使产品箱内的成品(或空箱的底板)上表面位置与针刺底板15的位置齐平；为放置下一个刹车片针刺成品作好准备。

之后物料自动输送机构12反转，退回到启动前的位置。

s6：成品箱13的取放

成品箱输送出机构11的功能是将装满物料21的成品箱13输送到出料工位；或者将空的成品箱13送到。

成品箱13的取放，是人工在下料工位将装空的成品箱13放置在成品箱输送出机构11上；或者从成品箱输送出机构11上取出装满针刺产品的成品箱13。

当原料箱成品箱13内装满针刺产品时，成品箱输送出机构11自动运行，输送成品箱13到下料工位。此时工人在下料工位取下装满针刺产品的成品箱13。之后，将空的成品箱13放置在成品箱输送出机构11上，启动成品箱输送出机构11，成品箱输送出机构11将空的成品箱13输送到成品存储工位。

如图3和图4所示，对于本发明中小型针刺板结构的四个优势给出一个对比例进行说明。

1.小针板结构，来自手工针刺。

2.针刺机器人是模仿人手工针刺动作实现针刺。

3.普通针刺机的大针板的针刺特点：

(1)普通针刺机采用大针板针刺：针板大小850*50，针刺面积为42500mm2

(2)普通针刺机的针刺力计算：

针刺c/c复合材料刹车片，采用的普通平板针刺机。普通平板针刺机的变频电机额定输出功率15kw(50hz)；采用皮带减速，带动曲柄连杆机构实现针刺；针刺板10的行程为100mm；刺入深度为12mm。

针刺动力15kw，使用变频电机，电机转速为1450rpm，使用皮带减速，最终变频器降速到针刺速度最快为每秒一次，即输出转速为60rpm。皮带减速器，传动比不大于5(i≤5)，以i≈5计算，电机实际输出转速约为300rpm，电机的功率约为额定功率的20％，即7.5kw。

由于采用曲柄连杆机构将回转运动转化为往复直线运动，对于刺入深度为12mm的针刺来说

850*50针板布针状况(按照间距为9mm布针，即9*9的间距，布针数为95*6＝570针)。针板的针刺力的状况如下表：

针板的针刺力的状况

从上表可以看出，针刺过程中，随刺入深度不同，针刺力的大小是变化的。刚刚刺入时，针刺力最大，此后依次变小。

针刺力逐步变小，对于针刺过程来说，是不利的。因为这影响了提高c/c纤维制品的密度与每层的均匀性。

最佳状态是在刺入深度各点的针刺力基本一致，才最有利提高c/c纤维制品的密度与每层的均匀性。

(3)针刺过程的侧倾(行业内称为“翘边”)现象。

以φ650*50的c/c刹车片生产为例说明如下：

φ650*50的c/c刹车片毛坯大小大约为650+50*2+10*2＝770。即毛坯大小为770*770。由于原料为c/c复合层(网胎+碳布)的厚度为1.48mm(其中碳布厚度为0.48mm，网胎厚度为1mm)，针刺到50mm厚，大约需要65层。

针刺到30层之后，在针刺刹车片的边缘时，容易发生侧倾(翘边)现象，即针刺一边的时候，这一边缘受力，与它相对的另外一边缘没有受力，向上翘起。这个现象，叫坯品侧倾(行业内称为“翘边”)现象。

坯品侧倾(翘边)现象，产生两个问题：一是导致刹车片毛坯边缘针刺不均匀，另外还由于毛坯侧倾，使刺针受到弯曲应力，导致刺针断针现象发生。

断针如果存留在毛坯里，会严重影响c/cc/c刹车片的质量。坯品中这些侧倾(翘边)的部分，都必须除去。

针刺过程的侧倾(行业内称为“翘边”)现象，影响到生产效率，也导致产品生产过程中消耗更多的原料。

4.碳纤维针刺机小针板针刺特点：

(1)针板大小为制品边长的1/n(一般为1/5-1/10)可以小动力实现大力针刺。

(2)以φ650*50的c/c刹车片生产为例说明如下：

φ650*50的c/c刹车片毛坯大小大约为650+10*2＝670。即毛坯大小为670*670。原料为c/c复合层(网胎+碳布)的厚度为1.48mm(其中碳布厚度为0.48mm，网胎厚度为1mm)，针刺到50mm厚，大约需要65层。

针板大小为毛坯的1/n，如果取n＝6，670/6＝112(针板大小为112*112)；如果取n＝7，670/7＝96.5(针板大小为97*97)；考虑到生产效率，采用112*112的针板。

112*112针板的布针(按照间距为9mm布针，即9*9的间距；112*112的针板布针数为13*13＝169针)。

针刺力为(采用电动缸驱动，伺服电机驱动减速器，减速器驱动电动缸，针刺板10连接在电动缸上)：

750w伺服电机，输出额定扭矩为2.39n·m，减速器减速比为2；电动缸导程为5mm，则额定针刺力为：f＝2*π*t*i/t＝2*3.14*2.39*2/0.005＝6003n.平均每针针刺力为6003/169＝35.5n。

对于刺深12mm而言，针刺力恒定，无周期性的变化。

(3)针刺过程无侧倾现象。这样就没有断针现象发生。

5.结论

(1)采用小针板针刺，使用小动力(如例子中采用750w伺服电机)实现大力针刺(6000n)；与普通针刺机相比每小时节约电力：15kw-750w＝14.25kw。

(2)节省原料：原料由750*750(562500mm2)变小到670*670(448900mm2)；材料节约率为(562500-448900)/448900＝25％(即使按照562500-448900)/562500＝20％)。

(3)针刺过程无侧倾现象，针刺过程不需要人工干预，可以实现自动化生产。

(4)材料内无残余断针，提升产品质量。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。