一种多功能纤维铺放头的制作方法

本发明涉及纤维铺放设备领域，具体涉及一种多功能纤维铺放头。

背景技术：

由于复合材料具有高强度、高精度、高可靠性等性能优点，因此它替代了很多传统材料，比如在航空航天、兵器、核工业、民用产品制造等领域都有着广泛的应用。对此，复合材料成型技术就显得尤为重要。目前，复合材料成型的主要工艺方法有手工铺层法、纤维缠绕法、纤维铺放法、热压罐固化法、复合材料液体成型法等。

早在20世纪70年代，纤维铺放技术就已经在西方发达国家出现，国外就已经实现了对一些工业常用零部件的轨迹规划和铺放成型，这项技术已经成为复合材料成型和装备技术的重要发展方向。美国Boeing公司最早在1985年研制了第一台纤维铺放样机，法国的Aerospatial公司也于上世纪九十年代中期，研制了欧洲第一台六轴联动且能够同时铺放六根丝束的自动铺放机。

纤维铺放设备最重要的结构就是铺放头部分，我国的纤维铺放技术目前还处于起步阶段，对各零部件的铺放相对于国外还比较落后，主要以手工铺层为主。武汉理工大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等都对纤维铺放技术有一定的研究，其设计的纤维铺放样机都取得了不错的成果。但在现有国内复合材料的研究运用方面还存在严重不足。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有纤维铺放存在的上述不足，提供一种多功能纤维铺放头，能够独立的实现多根纤维预浸带的重送、剪切和铺放，尤其针对网格加强筋结构的铺放；与人工铺层相比，提高了生产效率，同时也适用于多种异型结构芯模的铺放。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种多功能纤维铺放头，包括设置在底座上的导辊机构、重送机构、加热机构、上衬纸回收机构、剪切机构、压辊机构和下衬纸回收机构，导辊机构用于将纤维带穿进铺放头，纤维带在铺放头中经过导辊机构到达重送机构，然后通过加热机构，然后在上衬纸回收机构、下衬纸回收机构和压辊机构的相互作用下，压实铺放在芯模上；剪切机构设置在靠近压辊机构的压辊头处(位于纤维带从重送机构到达加热机构的路径上)。

按上述方案，所述导辊机构由平面多杆机构组合而成，导辊机构根据不同宽度的纤维带设置对应宽度的多个沟槽。

按上述方案，所述压辊机构主要包括压辊头、压辊主动轮、连杆和平行限位板，不同的压辊头套设在平行限位板内，连杆连接压辊头和压辊主动轮，压辊主动轮设置在底座上。

按上述方案，所述压辊机构的压辊头、压辊主动轮和连杆根据不同宽度的纤维带对应设置若干组，每根纤维带都由单独的一组压辊机构实施压力将其压实铺放在芯模上。

按上述方案，所述下衬纸回收机构用于回收下衬纸，主要包括衬纸回收导向轮和回收轮，纤维带铺放在芯模上后，下衬纸经过衬纸回收导向轮的导向作用到达回收轮完成回收。

按上述方案，所述衬纸回收导向轮根据不同宽度的纤维带对应包括若干组串联而成的导向轮，各个导向轮相互独立，每个导向轮的转动，不影响其他导向轮的作用。

按上述方案，所述上衬纸回收机构的结构与下衬纸回收机构的结构相同。

按上述方案，所述剪切机构主要包括导辊、滑块、电机、轴承座、丝杠、切割刀、剪切气缸、剪切气缸支架和切割刀支架，导辊设置在底座(位于底座突出的一块侧面)上，滑块可滑动地设置在平行的两根导辊上，电机通过轴承座与丝杠连接，丝杠通过螺母与滑块连接，剪切气缸支架和切割刀支架均固定在滑块上，切割刀安装在切割刀支架上，剪切气缸固定在剪切气缸支架上，同时剪切气缸的活塞杆顶住切割刀。

按上述方案，所述加热机构主要包括红外线加热管、限位杆，红外线加热管、限位杆均安装在压辊机构的平行限位板中，且红外线加热管的位置比限位杆稍高。

按上述方案，所述重送机构主要包括重送气缸、重送气缸支架、连接架定轴、重送主动轮、从动轮、连接架、气缸连接杆和重送电机，重送气缸安装在重送气缸支架上，重送气缸支架固定在底座上，连接架可转动地安装在连接架定轴上，同时连接架的一端与重送气缸的气缸连接杆连接，连接架的另一端与从动轮固定，从动轮靠近重送主动轮设置(从动轮的外圆与重送主动轮的外圆相切或相靠近)，重送主动轮与重送电机连接。

本发明的工作原理是：纤维带依次经过上下两个导辊机构牵引到达重送机构，经过加热机构，然后在上衬纸回收机构、下衬纸回收机构和压辊机构的相互作用下，由压辊机构的压辊头产生压力将纤维带压实铺放芯模上。将剪切机构安装在铺放头外、压辊机构之上，可以实现边铺边切功能，当遇到网格筋的槽时，由剪切机构将纤维带切断，跳过该槽，然后重送机构开始工作，继续铺放。由于压辊机构的特殊设计，同时还可以根据所铺放的网格状芯模的厚度和深度不同，选择不同的沟槽，伸出不同的压辊头，实时的改变压辊伸出的长度和宽度，统一铺放网格槽，实现铺放、切割、再送丝的交叉进行，使网格状节点处纤维带不重叠，这样就成功的避免了因槽的结点而产生的应力集中问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、导辊机构是由简单的平面多杆机构组合而成，每根纤维带单独由一个沟槽控制，保证了纤维带与纤维带之间相互独立不受影响，提高了纤维带导丝效率，且纤维带在导丝过程中不扭卷，不打结；

2、每一个压辊机构的压辊头都由电机单独控制，对于环向网格加强筋芯模的铺放，本压辊机构可以根据所铺放网格槽的深度和宽度实时的改变所伸出压辊头的宽度和长度，从而避免了纤维带在节点处重叠铺放而带来的应力集中问题；

3、将剪切机构安装在铺放头外、压辊机构之上，可以实现边铺边切功能，当遇到网格筋的槽时，由剪切机构将纤维带切断，跳过该槽，然后重送机构开始工作，继续铺放，实现铺放、切割、再送丝的交叉进行，使网格状节点处纤维带不重叠；

4、加热机构采用红外线加热原理，巧妙的限制了压辊头的攒动，同时，限位杆又起到了保护压辊头不至于因受力不均而向上乱窜；水平限位板限制了压辊头向下的运动，在水平限位板和限位杆的共同作用下，压辊头只能沿直线向前伸缩或后退；

5、重送机构进一步简化，重送气缸直接推动气缸连接杆，带动连接架完成重送任务。

附图说明

图1为本发明铺放头的整体结构图；

图2为图1中导辊机构的简化图；

图3为图1中压辊机构的结构示意图；

图4为图1中下衬纸回收机构的结构示意图；

图5为图4中衬纸回收导向轮的结构示意图；

图6为图1中剪切机构的结构示意图；

图7为图1中加热机构的结构示意图；

图8为图1中重送机构的结构示意图；

图9为图8中重送机构的俯视图；

图中，100-底座，1-导辊机构，2-压辊机构，21-压辊头，22-压辊主动轮，23-连杆，24-平行限位板，3-下衬纸回收机构，31-衬纸回收导向轮，32-回收轮，4-剪切机构，41-超声波切割刀，42-丝杠，43-导辊，44-剪切气缸，45-剪切气缸支架，46-滑块，47-轴承座，48-切割刀支架，5-加热机构，51-红外线加热管，52-限位杆，6-上衬纸回收机构，7-重送机构，71-重送气缸，72-重送气缸支架，73-连接架定轴，74-重送主动轮，75-从动轮，76-连接架，77-气缸连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细的描述。

参照图1所示，本发明实施例所述的多功能纤维铺放头，包括设置在底座100上的导辊机构1、重送机构7、加热机构5、上衬纸回收机构6、剪切机构4、压辊机构2和下衬纸回收机构3，导辊机构1用于将纤维带穿进铺放头，纤维带在铺放头中经过导辊机构1到达重送机构7，然后通过加热机构5，然后在上衬纸回收机构6、下衬纸回收机构3和压辊机构2的相互作用下，压实铺放在芯模上；剪切机构4设置在靠近压辊机构2的压辊头21处(位于纤维带从重送机构7到达加热机构5的路径上)。

本发明实施例采用了三种不同宽度类型的纤维带，分别是3.2mm、6.4mm、12.8mm，采用3.2/3.2/6.4/12.8的纤维带组合形式，能够适应多种宽度的网格状芯模的铺放。

参照图2所示，实施例中导辊机构1由平面四杆机构组合而成，采用沟槽形式，导辊机构1根据不同宽度的纤维带设置对应宽度的四个沟槽，每根纤维带单独由一个沟槽控制，保证了纤维带与纤维带之间相互独立不受影响，提高了纤维带导丝效率，且纤维带在导丝过程中不扭卷，不打结。

参照图3所示，压辊机构2主要包括压辊头21、压辊主动轮22、连杆23和平行限位板24，不同的压辊头21套设在平行限位板24内，连杆23连接压辊头21和压辊主动轮22，压辊主动轮22设置在底座100上。压辊机构2的压辊头21、压辊主动轮22和连杆23根据不同宽度的纤维带对应设置若干组，每根纤维带都由单独的一组压辊机构实施压力将其压实铺放在芯模上。对于环向网格加强筋芯模的铺放，本压辊机构可以根据所铺放网格槽的深度和宽度实时的改变所伸出压辊头的宽度和长度，从而避免了纤维带在节点处重叠铺放而带来的应力集中问题。

参照图4所示，下衬纸回收机构3用于回收下衬纸，主要包括衬纸回收导向轮31和回收轮32，纤维带铺放在芯模上后，下衬纸经过衬纸回收导向轮31的导向作用到达回收轮32完成回收。在回收下衬纸的过程中，回收轮32对纤维带有一定的拉力作用，此拉力对剪切机构4剪切纤维带和重送机构7顺利的对纤维带进行重送有很好的帮助。

参照图5所示，衬纸回收导向轮31根据不同宽度的纤维带对应包括若干组串联而成的导向轮，各个导向轮相互独立，每个导向轮的转动，不影响其他导向轮的作用。每一个下衬纸经过单独导向轮的导向作用，然后到达回收轮32，达到回收的效果。上衬纸回收机构6的结构与下衬纸回收机构3的结构相同，上衬纸回收机构6的工作原理与下衬纸回收机构3的工作原理相同。

参照图6所示，剪切机构4主要包括导辊43、滑块46、电机、轴承座47、丝杠42、切割刀41、剪切气缸44、剪切气缸支架45和切割刀支架48，导辊43设置在底座100(位于底座100突出的一块侧面)上，滑块46可滑动地设置在平行的两根导辊43上，电机通过轴承座47与丝杠42连接，丝杠42通过螺母与滑块46连接，剪切气缸支架45和切割刀支架48均固定在滑块46上，切割刀41安装在切割刀支架48上，剪切气缸44固定在剪切气缸支架45上，同时剪切气缸44的活塞杆顶住切割刀41。剪切机构4的切割刀41采用尖形的超声波切割刀，切割刀41主要有进给运动和切割进刀两个运动，进给运动是由电机驱动丝杠42转动，丝杠42带动螺母，而螺母与包括滑块46在内的切割刀41、剪切气缸44等整体相连，从而转化为切割刀41沿着导辊43做直线运动；切割刀41的切割进刀是通过固定在剪切气缸支架45上的剪切气缸44推动活塞杆，然后活塞杆推动切割刀41，从而完成切割进刀动作。

参照图7所示，加热机构5主要包括红外线加热管51、限位杆52，红外线加热管51、限位杆52均安装在压辊机构2的平行限位板24中，且红外线加热管51的位置比限位杆52稍高；红外线加热管51用于加热纤维带，使纤维带能更好的铺放在芯模上，由于红外线加热属于非接触性加热，所以红外线加热管51的位置比限位杆52稍高，这样保护了红外线加热管51不被破坏；同时，限位杆52又起到了保护压辊头21不至于因受力不均而向上乱窜；水平限位板24限制了压辊头向下的运动，在水平限位板24和限位杆52的共同作用下，压辊头21只能沿直线向前伸缩或后退。

参照图8-图9所示，重送机构7主要包括重送气缸71、重送气缸支架72、连接架定轴73、重送主动轮74、从动轮75、连接架76、气缸连接杆77和重送电机，重送气缸71安装在重送气缸支架72上，重送气缸支架72固定在底座100上，连接架76可转动地安装在连接架定轴73上，同时连接架76的一端与重送气缸71的气缸连接杆77连接，连接架76的另一端与从动轮75固定，从动轮75靠近重送主动轮74设置(从动轮75的外圆与重送主动轮74的外圆相切或相靠近)，重送主动轮74与重送电机连接。工作时，重送电机驱动重送主动轮74，使重送主动轮74一直保持旋转，纤维带刚好位于与主动轮相接处；当需要重送时，由重送气缸71推动其活塞杆，通过气缸连接杆77的作用，推动连接架76绕连接架定轴73转动，使从动轮75与重送主动轮74相接触，通过从动轮75与重送主动轮74的滑动摩擦力带动纤维带，完成重送。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。