一种纤维铺放设备中对预浸纤维丝束同步夹持剪切的装置的制作方法

本发明涉及树脂基复合材料制造领域，具体涉及一种纤维铺放设备中对预浸纤维丝束同步夹持剪切的装置，通过直线位移驱动对连续铺放的预浸纤维丝束进行导向、夹持和剪切。

背景技术：

纤维铺放装置主要应用于航空航天、船舶、汽车等工业制造领域中，所制造出的树脂基纤维增强复合材料产品具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热以及热膨胀系数小等一系列优点。

复合材料自动铺丝机主要用于铺放复杂高曲率轮廓复合材料整体构件，如飞机的机身段、机头、机尾锥体、喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片以及其他诸如椭圆形或“C”型等复合材料整体构件。复合材料自动铺丝机可以分别对多束纤维丝进行单独控制，根据铺放的轮廓形状对纤维丝进行独立的重送、夹持和割断控制，可以铺放复杂的，带有窗口的曲面。因此，对于复杂构件需要使用复合材料自动铺丝机来实现铺放制造。铺丝头是复合材料自动铺丝机最为关键的功能部件，典型的铺丝头一般包括预浸纤维丝束的导向、重送、夹持、割断、加热和压紧等装置，从而实现纤维铺丝机的各种铺放功能。

目前国内的自动铺丝机在对预浸纤维丝束进行剪切时，需要先将铺丝头停止，割断后再重新启动将剪切后端的预浸纤维丝束完全铺放压紧在芯模上。这种工作模式，铺放效率较低，不能充分体现自动铺丝机铺放效率高的特点。为了实现预浸纤维丝束在连续铺放过程中进行剪切，必须很好的控制夹持和剪切两个动作的同步性，否则会出现在剪切瞬间预浸纤维丝束瞬间张力过大或回弹的现象，无法正常铺放。针对上述情况，亟需研制一种利用结构设计将夹持和剪切同步的装置，可以实现预浸纤维丝束在连续铺放过程中进行剪切，而且能够将两个驱动装置的夹持剪切动作简化为一个驱动装置驱动，简化控制过程，提高铺放效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种纤维铺放设备中对预浸纤维丝束同步夹持剪切的装置，进而实现预浸纤维丝束在连续铺放的过程中进行剪切。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括开设有预浸纤维丝束通道的导向基座，导向基座上方沿预浸纤维丝束的进料方向并排设置有夹持装置以及剪切装置；所述的夹持装置包括装有压缩弹簧的夹持导向块，压缩弹簧通过导杆竖直向下连接用于对预浸纤维丝束进行夹持的夹持头；所述的剪切装置包括底端安装有刀片的剪切刀架，剪切刀架与夹持导向块的顶部固定在一起，并且连接能够同时控制其二者进行升降的直线位移驱动装置。

所述的夹持导向块顶部侧面开设有榫槽，剪切刀架顶部侧面设置有榫台，夹持导向块与剪切刀架顶部的榫槽与榫台相配合并通过连接螺栓进行固定。

夹持导向块榫槽的槽壁上竖直开有榫槽条形孔，剪切刀架榫台上与榫槽条形孔对齐开有多个榫台圆孔，连接螺栓同时穿过榫槽条形孔与榫台圆孔对夹持导向块与剪切刀架进行固定。

剪切刀架榫台上竖直开有榫台条形孔，夹持导向块榫槽的槽壁上与榫台条形孔对齐开有多个榫槽圆孔，连接螺栓同时穿过榫槽圆孔与榫台条形孔对夹持导向块与剪切刀架进行固定。

所述的夹持导向块顶端开设有用于连接直线位移驱动装置的螺纹孔，夹持导向块的顶部安装有用于防止直线位移驱动装置连接松动的防松螺钉。

所述的直线位移驱动装置选用气缸、直线电机或者直线电磁驱动装置。

所述的剪切刀架底端开设有用于放置刀片的定位槽面，定位槽面上开设有用于固定刀片的刀头螺纹孔。

所述的刀片为斜口刀片，刃口倾角为20°～60°，刃口角度为10°～45°。

导杆尾端设有凸台，凸台面与压缩弹簧配合，夹持导向块端部安装有能够卡住导杆尾端凸台的螺纹盖，导杆颈部从螺纹盖穿出连接夹持头。

所述的夹持头与导向基座表面均采用聚四氟乙烯材料制成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过开设有预浸纤维丝束通道的导向基座引导预浸纤维丝束的流向，导向基座上方沿预浸纤维丝束的进料方向并排设置有夹持装置以及剪切装置，剪切刀架与夹持导向块的顶部固定在一起并通过直线位移驱动装置同时控制升降，夹持头与预浸纤维丝束接触后，由于随着直线位移驱动装置的运动，夹持导向块内的压缩弹簧压缩，并随着弹簧压缩量的增大，夹持力逐渐增大，夹持头完成预浸纤维丝束的夹持固定，同时剪切刀架底端的刀片继续下降，利用刀片将预浸纤维丝束割断。本发明能够将预浸纤维丝束的夹持和剪切集成在一起，简化了整体的控制过程，并且实现了预浸纤维丝束在连续铺放过程中进行剪切，大大提高了预浸纤维丝束的铺放效率。

附图说明

图1本发明的夹持剪切装置配合导向基座的整体结构示意图；

图2本发明的夹持剪切装置配合导向基座的整体结构剖视图；

图3本发明剪切刀架方案一的结构示意图；

图4本发明夹持导向块方案一的结构示意图；

图5本发明剪切刀架方案二的结构示意图；

图6本发明夹持导向块方案二的结构示意图；

图7(a)本发明刀片的正视结构示意图；

图7(b)本发明刀片的侧视结构示意图；

图8本发明铺丝头的整体结构示意图。

附图中：a.剪切刀架；b.连接螺栓；c.夹持导向块；d.压缩弹簧；e.螺纹盖；f.导杆；g.夹持头；h.导向基座；i.刀片；j.紧固螺钉；a-1.定位槽面；a-2-1.榫台圆孔；a-2-2.榫台条形孔；a-3.刀头螺纹孔；c-1-1.榫槽条形孔；c-1-2.榫槽圆孔；c-2.螺纹孔；c-3.防松螺钉孔；c-4.压缩弹簧安装孔；k.铺放头；l.预浸纤维丝束；m.重送装置；n.夹持部分；o.剪切部分；p.加热装置；q.芯模；r.压紧辊。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明的夹持剪切装置包括剪切刀架a、连接螺栓b、夹持导向块c、螺纹盖e、导杆f、夹持头g、导向基座h、刀片i和紧固螺钉j；箭头所指方向为预浸纤维丝束运动方向。

参见图2，本发明的夹持导向块c内部安装有压缩弹簧d。

参见图3，本发明剪切刀架的方案一中定位槽面a-1用来给刀片i进行定位，然后再通过紧固螺钉j与刀头螺纹孔a-3配合，将刀片i安装在剪切刀架a上。榫台圆孔a-2-1用来与夹持导向块c的榫槽条形孔c-1-1进行连接，将剪切和夹持两部分结合起来，实现同步控制。

参见图4，本发明夹持导向块的方案一中榫槽条形孔c-1-1用来与榫台圆孔a-2-1配合，通过连接螺栓b将剪切刀架a和夹持导向块c连接起来，通过改变榫台圆孔a-2-1和榫槽条形孔c-1-1的上下安装位置，能够控制刀片i和夹持头g的水平高度，从而控制对预浸纤维丝束进行剪切和夹持的时机变化，从而满足在预浸纤维丝束被割断的瞬间，夹持力大于预浸纤维丝束在剪切切口前端张力的要求。

图上的螺纹孔c-2用来与直线位移驱动装置连接，从而利用一个驱动动作控制整个装置的上下运动；防松螺钉孔c-3用来安装防松螺钉，防止直线位移驱动装置与夹持导向块c的连接松动；压缩弹簧安装孔c-4用来安装压缩弹簧d，给压缩弹簧d一个导向作用。

参见图5，本发明剪切刀架的方案二中榫台条形孔a-2-2用来与夹持导向块c的榫槽圆孔c-1-2进行连接，将剪切和夹持两部分结合起来，实现同步控制。

参见图6，本发明夹持导向块的方案二中榫槽圆孔c-1-2用来与榫台条形孔a-2-2配合，通过连接螺栓b将剪切刀架a和夹持导向块c连接起来，通过改变榫台条形孔a-2-2和榫槽圆孔c-1-2的上下安装位置，能够控制刀片i和夹持头g的水平高度。

对比图3、4以及图5、6，剪切刀架a和夹持导向块b的连接方案一是通过利用夹持导向块b上面槽口安装位置移动来调节刀片i和夹持头g的高度，连接紧固力由连接螺栓b和夹持导向块c的摩擦力提供。连接方案二是通过调节剪切刀架a上槽口的连接位置来调节刀片i和夹持头g高度，利用剪切刀架榫台和夹持导向块榫槽的过紧配合，加上连接螺栓使榫槽产生的轻微变形夹紧剪切刀架榫台，提供连接力。方案一结构加工要求低，但是连接可靠性低，容易产生松动。方案二加工精度要求高，但是提供夹紧力更大，可靠性更高。

参见图7(a)与图7(b)，本发明的刀片i为斜口刀片，图中α为刃口倾角，β为刃口角度，使用紧固螺钉j将刀片i固定在剪切刀架a上。刀片的刃口角度β决定了刀片的锋利程度，同时也影响刀片的耐磨程度，10°～45°时能够保证具有较好的锋利度和耐磨度。刀片设计刃口倾角α，是为了更容易对预浸纤维丝束进行剪切。

参见图8，本发明具体地安装在铺丝头上，首先预浸纤维丝束l进入铺放头k中，经过重送装置m通过通道导向至夹持剪切装置内，先过夹持部分n，再到剪切部分o，最后利用压紧辊r将预浸纤维丝束l压紧在经过加热装置p加热后的芯模q上，完成铺放过程。

下面对本发明的具体实施步骤进行具体说明，铺放方法主要包括以下几个步骤：

步骤1、将剪切装置安装于通道中剪切切口和夹持底板的上方，预浸纤维丝束在铺放过程中，从夹持底板上的通道通过，经过剪切切口，进入到剪切切口后端的预浸纤维丝束通道；

步骤2、当连接夹持剪切装置的直线位移驱动装置接收到夹持剪切指令后，直线位移驱动装置驱动整个装置向下运动，夹持头接触到预浸纤维丝束，与夹持底板配合将预浸纤维丝束固定，此时剪切刀片刀尖部分开始接触到预浸纤维丝束；

步骤3、随着直线位移驱动装置的运动，夹持装置内的压缩弹簧压缩，夹持头继续保持与预浸纤维丝束的接触，并随着弹簧压缩量的增大，夹持力逐渐增大。同时，刀片继续下降，利用斜口刀片将预浸纤维丝束割断。在预浸纤维丝束被割断的瞬间，夹持力必须大于预浸纤维丝束在剪切切口前端的张力，避免预浸纤维丝束割断后，前端预浸纤维丝束产生回弹现象，脱离夹持头。预浸纤维丝束铺放装置继续运动，将剪切切口后端的预浸纤维丝束继续铺放在芯模上，剪切切口前端的预浸纤维丝束停留在整个输送通道内；

步骤4、当预浸纤维丝束需要重送，进行下一次铺放时，直线位移驱动装置收回，同时重送装置的驱动装置伸出，开始进行重送，预浸纤维丝束经过剪切切口，顺利进入剪切切口后端的导向通道中；当预浸纤维丝束重送至压紧辊下面，压紧辊下压，将预浸纤维丝束压紧在芯模上，同时重送装置收回，预浸纤维丝束进入铺放状态。

通过以上描述可知，本发明同时实现了对预浸纤维丝束的导向、夹持和剪切，并且只需要一个直线位移驱动装置进行控制，大大简化了控制过程，而且实现了预浸纤维丝束在连续铺放过程中进行剪切；连续铺放过程中进行剪切功能的实现，可以在很大程度上提高带有孔洞零件的铺放效率；通过调节刀片和夹持头的高度差，能够控制剪切和夹持两个动作的时间差，从而在不同刚度的压缩弹簧和铺放速度等情况下，满足在预浸纤维丝束被割断的瞬间，夹持力必须大于在剪切切口前端预浸纤维丝束的张力的条件；本发明中只介绍了一套夹持剪切装置的运动，根据不同数量预浸纤维丝束的铺放头，可以将相应数量的夹持剪切装置并列安装在一起，可以独立对每一束预浸纤维丝束进行控制，彼此独立，不会互相影响。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神和原则之内，所做出的若干推演或替换都应当视为属于本发明权利要求书确定的保护范围内。