一种压剪装置、铺放头及纤维自动铺放机的制作方法

本发明属于纤维铺放机技术领域，特别是涉及一种压剪装置、铺放头及纤维自动铺放机。

背景技术：

21世纪以来，复合材料作为一种先进材料，以其高比强度、耐疲劳性、耐腐蚀性等一些列优点被广泛应用于航空航天、国防装备、汽车制造、能源开发等领域，推动了相关领域的快速发展。随着先进复合材料在各个工业领域的广泛应用，以及复合材料制品的大型化、复杂化，极大的促进了复合材料成型制造技术的快速发展。复合材料纤维自动铺放技术作为制备复合材料构件的典型制造技术，使航空航天、汽车制造、能源开发等领域得到了发展而不断壮大。在航空航天等领域具有重要价值。

复合材料自动铺放技术是制造复合材料构件的关键技术，它也成为近年来发展速度最快的复合材料成型技术之一。复合材料铺放成型技术通过机械臂与铺放头相结合，将复合材料纤维铺放到芯模表面，形成复合材料构件。铺放头中包括导纱系统、重送机构、夹紧机构、加热机构、剪切机构及压紧机构等，各个机构间相互协调、配合共同完成对热塑性复合材料的铺放作业。

现有技术中的自动铺放设备自动化程度不高，大多包括压紧装置，重送装置，剪切装置，造成结构复杂，剪切装置无法直接定位型材，需要压紧装置配合，压紧装置和剪切装置距离远，造成剪切精度低的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的铺放头的压紧装置和剪切装置分开设置，需先后操作压紧装置和剪切装置来实现对纤维的压紧、剪切，结构和操作复杂的技术问题，本发明提供了一种压剪装置、铺放头及纤维自动铺放机，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种压剪装置，包括：剪切件，所述剪切件的一端为剪切端，所述剪切件的另一端连接第一驱动件，所述剪切件在第一驱动件的作用下伸缩；压紧件，所述压紧件滑动装配在所述剪切端和所述第一驱动件之间，所述压紧件靠近所述剪切端的一端为压紧端，所述压紧端开有开口；弹性件，在所述弹性件的作用下，所述压紧件朝向所述剪切端滑动以使所述剪切端容纳于所述开口内；克服弹性件作用力作用于所述压紧件时，所述剪切端可伸出所述开口。

本发明的压剪装置，包括压紧件、剪切件和弹性件，剪切件的一端为剪切端，剪切件的另一端连接第一驱动件，剪切件在第一驱动件的作用下伸缩，压紧件滑动装配在剪切端和第一驱动件之间，在第一驱动件的作用下实现对型材的压紧；压紧件靠近剪切端的一端为压紧端，压紧端开有开口，在弹性件的作用下，压紧件朝向剪切端滑动以使剪切端容纳于开口内；压紧件和剪切件一体装配形成整体结构，剪切时，第一驱动件即可带动压紧件和剪切件一并朝向被剪切的型材运动，当运动至型材处，压紧件压紧型材，第一驱动件可继续带动剪切件相对于压紧件伸出来进行型材的剪切，整个过程仅需一个驱动件即可实现对压紧件和剪切件的驱动和控制；初始状态下，在弹性件的作用下，剪切件容纳在压紧件内，一方面压紧件可多方位压紧型材，剪切效果好；另一方面，可有效保护剪切件。

根据本发明的一个实施例，所述剪切件通过连接件与所述驱动件的驱动端连接，所述压紧件滑动装配在所述连接件上，所述弹性件套设在所述连接件上并作用于所述压紧件。

根据本发明的一个实施例，所述开口为u形开口。

一种铺放头，包括上述压紧装置和导向件，所述导向件上形成有丝束通道以输送纤维丝束，所述剪切件的剪切端朝向所述丝束通道设置以剪切所述纤维丝束。

本发明的铺放头包括压剪装置和导向件，导向件上形成有丝束通道以输送纤维丝束，剪切件的剪切端朝向丝束通道设置，剪切纤维丝束时，剪切件和压紧件在第一驱动件的作用下朝向丝束通道运动，当运动至纤维丝束处，压紧件压紧纤维丝束，第一驱动件可继续带动剪切件相对于压紧件伸出来进行纤维丝束的剪切，实现对型材的先压紧在剪切，剪切完成，剪切件和压紧件在第一驱动件的作用下背离丝束通道运动。

根据本发明的一个实施例，所述丝束通道呈内凹状，所述丝束通道的与所述剪切端对应处设置有切槽，所述压紧件可伸入到所述丝束通道内以压紧纤维丝束，所述剪切端可伸入到切槽中以剪切纤维丝束。

根据本发明的一个实施例，所述切槽的深度大于所述丝束通道的深度，所述切槽的宽度大于所述丝束通道的宽度。

根据本发明的一个实施例，所述丝束通道上还设置有导向结构，所述导向结构包括导向轮和防护板，所述导向轮设置所述丝束通道的入口处以引导纤维丝束进入到所述丝束通道，所述防护板位于所述压剪装置的下游并盖住所述丝束通道，重送丝束时，所述防护板可与所述压剪装置配合以防止所述纤维丝束脱离所述丝束通道。

根据本发明的一个实施例，还包括重送装置，所述重送装置包括主动重送辊和从动重送辊，所述主动重送辊转动设置在所述导向件上，所述主动重送辊的外周面略凸出于所述丝束通道，所述从动送料辊可伸入到所述丝束通道内与所述主动重送辊配合重送纤维丝束。

根据本发明的一个实施例，还包括供料组件、加压加热组件，所述供料组件为所述导向件提供纤维丝束，所述导向件输送纤维丝束至所述加压加热组件。

一种纤维自动铺放机，包括上述的铺放头和机械臂，所述铺放头设置在所述机械臂的自由端，所述机械臂带动所述铺放头运动以进行铺放。

本发明的纤维自动铺放机包括铺放头和机械臂，通过机械臂驱动铺放头可实现铺放头在不同维度上运动，能够灵活的完成铺放动作，可有效提高铺放质量。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的压剪装置包括弹性件、压紧件和剪切件，剪切件的一端为剪切端，剪切件的另一端连接驱动件，剪切件在第一驱动件的作用下伸缩；压紧件滑动装配在剪切端和驱动件之间，在第一驱动件的作用下实现对型材的压紧；压紧件靠近剪切端的一端为压紧端，压紧端开有开口，在弹性件的作用下，压紧件朝向剪切端滑动以使剪切端容纳于开口内；当运动至型材处，压紧件压紧型材，第一驱动件可继续带动剪切件相对于压紧件伸出来进行型材的剪切，压紧件和剪切件一体装配形成整体结构，本装置仅需一个驱动件即可实现对压紧件和剪切件的驱动和控制，结构简单，操作方便。

2.本发明的压剪装置，压紧件和剪切件在第一驱动件的作用下，实现对型材的压紧和剪切，压紧件非圆柱状，可减小对应设置的丝束通道宽度，中间设有u形开口，剪切件位于开口内，压紧型材时，剪切点的两侧均被压紧，且距离近，减少型材的偏动，切割精度高。

3.本发明的压剪装置，还包括连接件，连接件的一端和剪切件连接，连接件的另一端与第一驱动件的驱动端连接，压紧件滑动装配在连接件上，弹性件套设在连接件上并作用于压紧件，使压紧件仅能沿着连接件直线运动，连接件对压紧件起导向作用。

4.本发明的铺放头，包括压剪装置和导向件，导向件上形成有丝束通道以输送纤维丝束，丝束通道呈内凹状，当运动至纤维丝束处，压紧件压紧型材，第一驱动件可继续带动剪切件相对于压紧件伸出来进行纤维丝束的剪切，丝束通道与剪切端对应处设置有切槽，切槽的深度大于丝束通道的深度，剪切件剪纤维切丝束后可伸入切槽内，避免剪切端和丝束通道刚性接触受到损坏。

5.本发明的铺放头还包括导向结构，导向结构包括入口导向轮和防护板，入口导向轮设置在丝束通道的入口处以引导纤维丝束进入到丝束通道，导向件沿宽度方向设有防护板，防护板位于压剪装置下游，防护板倾斜覆盖在丝束通道上，重送纤维时，压紧件和剪切件在第一驱动件的作用下一起背离丝束通道运动，当压剪装置停止运动时，压紧件和防护板保持接触，主动重送辊和从动重送辊相互配合输送纤维丝束期间，纤维丝束在压紧件和防护板的遮挡下不会脱离丝束通道。

6.本发明的纤维自动铺放机包括铺放头和机械臂，通过机械臂驱动铺放头可实现铺放头在不同维度上运动，能够灵活的完成铺放动作，可有效提高铺放质量。

附图说明

图1为压剪装置的结构示意图；

图2为压紧件的结构示意图；

图3为铺放头的结构示意图；

图4为图3的局部结构图；

图5为图4的剖面图；

图6为导向件的结构示意图；

图7为压紧未剪切状态的结构示意图；

图8为压紧剪切状态的结构示意图；

图9为重送装置的结构示意图；

图10为重送丝束状态的结构示意图；

图11为铺放机的结构示意图；

图中：1-压剪装置；11-剪切件；111-剪切端；12-压紧件；121-压紧端；1211-开口；1212-压紧面；13-第一驱动件；14-弹性件；15-连接件；151-第一限位结构；152-第二限位结构；

2-导向件；21-丝束通道；211-入口导向轮；212-防护板；2121-覆盖面；22-切槽；23-安装通道；24-安装座；241-第一导向轮；242-第二驱动件；25-支撑架；251-第二导向轮；

3-重送装置；31-主动重送辊；311-第四驱动件；32-从动重送辊；321-安装架；322-第三驱动件；

4-供料组件；41-供料装置；42-收膜装置；43-导向装置；

5-加热加压组件；51-加热装置；511-红外加热件；512-热风加热件；52-施压装置；521-压辊；

6-机械臂；7-纱架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-11所示，本实施例提供了一种压剪装置1，其包括剪切件11、压紧件12和弹性件14，剪切件11的一端为剪切端111，剪切件11的另一端连接第一驱动件13，剪切件11在第一驱动件13的作用下伸缩；压紧件12滑动装配在剪切端111和第一驱动件13之间，压紧件12靠近剪切端111的一端为压紧端121，压紧端121开有开口1211，在弹性件14的作用下，压紧件12朝向剪切端111滑动以使剪切端111容纳于开口1211内；克服弹性件14作用力作用于压紧件12时，剪切端111可伸出开口1211，具体地，剪切型材时，剪切件11和压紧件12在第一驱动件13的作用下朝向型材运动，当运动至型材处，压紧件12压紧型材，第一驱动件13可继续带动剪切件11相对于压紧件12伸出来进行型材的剪切，压紧件12和剪切件11一体装配形成整体结构，整个剪切过程仅需一个驱动件即可实现对压紧件12和剪切件11的驱动和控制；初始状态下，在弹性件14的作用下，剪切件11容纳在压紧件12内，一方面压紧件12可多方位压紧型材，剪切效果好；另一方面，可有效保护剪切件11。

优选地，压紧件12呈楔形状非圆柱状，可减小对应设置的丝束通道21宽度，节省空间，压紧端121中间设有u形开口1211，压紧型材时，剪切点的两侧均被压紧，且距离近，减少型材的偏动，切割精度高。

进一步地，本实施例的压剪装置还包括连接件15，连接件15的一端和剪切件11连接，连接件15的另一端与第一驱动件13的驱动端连接，压紧件12滑动装配在连接件15上，弹性件14套设在连接件15上并作用于压紧件12，使压紧件12仅能沿着连接件15直线运动，连接件15对压紧件12起导向作用。连接件15上间隔设置有第一限位结构151和第二限位结构152以限位压紧件12在连接件15上的滑动范围，压紧件12和弹性件14形成的整体的两端分别作用于第一限位结构151和第二限位结构152，第二限位结构152位于剪切件11和压紧件12之间，可避免剪切件11和压紧件12直接接触碰撞，防止损坏剪切件11和压紧件12，第二限位结构152的尺寸较小，可容纳于压紧件12的开口内。第一限位结构151位于弹性件14和第一驱动件13之间，弹性件14的一端作用于第一限位结构151，另一端作用于压紧件12的非压紧端，优选地，弹性件14始终处于压缩状态，以将压紧件12抵靠在第二限位结构152上，剪切件11位于开口1211内。

需要说明的，第一驱动件13可选但不限于气缸，只要能驱动压紧件12和剪切件11伸缩运动即可。

本实施例还提供了一种铺放头，铺放头包括压剪装置1和导向件2，导向件2上形成有丝束通道21以输送纤维丝束，丝束通道21对应处设有压剪装置1，剪切件11的剪切端111朝向丝束通道21设置以剪切纤维丝束，丝束通道21呈内凹状，防止纤维丝束在丝束通道21中偏动，丝束通道21与剪切端111对应处设置有切槽22，剪切件11剪切纤维丝束后伸入切槽22内，避免剪切端111和丝束通道21刚性接触受到损坏。

根据本实施例的一个优选技术方案，导向件2呈楔形状，丝束通道21可为至少两条，至少两条丝束通道21设置在导向件2的相对的两侧斜面上，每侧斜面上可设置至少一条丝束通道21，当每侧斜面上设置至少两条丝束通道21时，至少两条丝束通道21相互平行，每条丝束通道21从入口到出口逐渐向内倾斜，每条丝束通道21对应一组压剪装置1。通过设置楔形状导向件2可节省空间，有效避免和其他装置干涉。

根据本实施例的一个优选技术方案，丝束通道21上设置有导向结构，导向结构包括入口导向轮211和防护板212，入口导向轮211设置在丝束通道21的入口处以引导纤维丝束进入到丝束通道21，防护板212位于压剪装置1的下游，防护板212倾斜覆盖在丝束通道21上，可防止灰尘落入丝束通道21。如图10，重送纤维时，压紧件12和剪切件11在第一驱动件13的作用下一起背离丝束通道21运动，运动一段距离后，压剪装置1停止运动，此时压紧件12和防护板21保持接触，纤维丝束在重送装置3的作用下重送，纤维丝束在压紧件12和防护板212的遮挡下不会因自身重力脱离丝束通道21，优选地，重送纤维时，压紧件12的压紧面1212和防护板212的覆盖面2121在同一个面上，可更好地输送纤维丝束。

根据本实施例的一个优选技术方案，剪切件11的剪切端111为倾斜的，便于快速切割纤维丝束，压紧件12的压紧端121为斜面，便于压紧件12和丝束通道21配合，从而更好的压紧纤维丝束，切槽22的深度大于丝束通道21的深度，切槽22的宽度大于丝束通道21的宽度，可更好地保护剪切件11。

为了完成纤维的重送，本实施例的铺放头还包括重送装置3，重重送装置3位于入口导向轮211和压剪装置1之间。重送装置3包括主动重送辊31和从动重送辊32，导向件2沿宽度方向设有安装通道23，主动重送辊31转动安装在安装通道23，主动重送辊31的外周面略凸出于丝束通道21，主动重送辊31由第四驱动件311驱动转动，第四驱动件311固定在安装结构上，在主动重送辊31对应位置设有从动重送辊32，从动重送辊32设置在导向件2的外部，从动重送辊32被转动装配在安装架321上，安装架321和第三驱动件322的驱动端连接，安装架321在第三驱动件322驱动下带动从动重送辊32伸缩，第三驱动件322固定在支撑架25上。重送纤维时，从动重送辊32在第三导向件2的驱动下朝向主动重送辊31运动，当从动重送辊32和主动重送辊31的外周圆相切，丝束位于二者之间时，从动重送辊32停止朝向主动重送辊31运动，主动重送辊31由第四驱动件311驱动转动，通过转动摩擦力带动纤维丝束沿着丝束通道21向下运动，实现纤维丝束的重送。

如图3所示，本实施例的铺放头还包括供料组件4，供料组件4固定安装在纱架7上，供料组件4包括供料装置41、导向装置43和收膜装置42，供料装置41提供预浸纱，收膜装置42收取衬纸，导向装置43控制丝束张力，供料装置41、导向装置43和收膜装置42环绕导向件2设置，供料组件4为导向件2提供纤维丝束，供料装置41、导向装置43和收膜装置42由各自的驱动件驱动转动，驱动件可选不限于电机，只要能驱动供料装置41、导向装置43和收膜装置42转动即可。

优选地，供料组件4为多组，供料组件4的数量与丝束通道21的数量相同；多组供料组件4可同时在第一导向轮241导向作用下向导向件2供料。

导向件2输送纤维丝束至加压加热组件5，加热加压组件5包括加热装置51和施压装置52，加热装置51位于丝束出口处，加热装置51连接在安装结构上，施压装置52连接在安装结构上，二者相互配合实现纤维的铺放。具体地，加热装置51包括红外加热件511和热风加热件512，红外加热件511使用红外石英加热灯管作为热源，通过直接辐射加热，热风加热件512通过外部送风，以热电阻为热源进行加热，两者共同对丝束进行加热，红外加热可以实现高温快速加热，使纤维丝束达到预定温度，但考虑到红外加热为单面加热，且无法保持温度，所以将红外加热件511作为预加热，以加热均匀的热风加热件512作为主要加热件；施压装置52包括压辊521，压辊521转动装配在安装结构上。

为了实现对压剪装置1、导向件2及重送装置3等结构的装配，需对安装结构进行合理的设置。本实施例中，安装结构包括安装座24和支撑架25，支撑架25为两个，两个支撑架25平行安装在安装座24的安装面上，导向件2位于两个支撑架25之间并与安装座24固定连接，导向件2的两个平行面与两侧的支撑架25间隙配合；两个支撑架25的两侧通过连接架连接，压剪装置1和从动重送辊32安装在连接架上，具体地，第一驱动件13固定安装在连接架上，第一驱动件13的伸缩端伸缩带动剪切件11和压紧件12朝向和远离丝束通道21伸缩；第三驱动件322固定安装在连接架上，第三驱动件322的伸缩端伸缩带动从动重送辊32朝向和远离主动重送辊31伸缩。

根据本实施例的一个优选技术方案，安装结构被伸缩装配，以调节压辊521的加压作用力。安装结构通过第二驱动件242被伸缩设置在纱架7上，具体地，第二驱动件242被装配在纱架7上，其伸缩端与安装座24连接，以带动安装座24伸缩，以控制压辊521紧贴工件表面运动，实现纤维的铺放。

本实施例还提供了一种纤维自动铺放机，铺放机包括铺放头和机械臂6，铺放头通过纱架7和机械臂6的自由端连接，机械臂6驱动铺放头在不同维度上运动，能够灵活的完成铺放动作，可有效提高铺放质量。

需要说明的，上述第二驱动件242和第三驱动件322可选不限于气缸，只能能驱动安装座24和从动重送轮32伸缩即可，第四驱动件311可选但不限于电机，只要驱动主动重送轮31转动即可。

基于上述结构，本实施例的纤维自动铺放机的工作原理为：

热塑性纤维套在供料装置41上，通过人工将预浸纤维丝束和衬纸分离，衬纸缠绕在收膜装置42，预浸纤维丝束缠绕在导向装置43上，通过位于安装座24下端的第一导向轮241，预浸纤维丝束进入到导向件2处，接着通过导向件2上端的入口导向轮211的引导进入丝束通道21，入口导向轮211可防止预浸纤维丝束脱离丝束通道21，预浸纱沿着丝束通道21并经过防护板212后，预浸纱在经过第二导向轮251，位于第二导向轮251附近的加热装置51对预浸纤维丝束加热，预浸纤维丝束被加热软化有利于铺放，最后到达铺放机压辊521下方，至此完成手工引导预浸纤维丝束作业，后续纤维铺放中，驱动件为供料装置41、导向装置43、收膜装置42转动提供作用力，实现纤维的自动供料和输送，第二驱动件242通过安装座24施加作用力控制压辊521与工件表面的距离，机械臂6带动压辊521紧贴工件表面运动，实现纤维的铺放，如此完成预浸纤维丝束手工引导后即可开始自动纤维铺放作业。

需要停止纤维铺放时，第一驱动件13驱动剪切件11和压紧件12朝向切槽22运动，压紧件12压紧纤维丝束，剪切件11在第一驱动件13的继续作用下相对压紧件12伸出剪切纤维丝束，剪切完毕后，剪切件11和压紧件12在第一驱动件13驱动下背离切槽22运动。

需重新铺放纤维时，从动重送辊32在第三导向件2的驱动下朝向主动重送辊31运动，当从动重送辊32和主动重送辊31的外周圆相切，丝束位于二者之间时，从动重送辊32停止朝向主动重送辊31运动，同时压紧件12和剪切件11在第一驱动件13的作用下一起向背离丝束通道21方向运动，压剪件12和防护板212保持接触的状态下，主动重送辊由第四驱动件311驱动转动，纤维丝束通过转动摩擦力被带动朝向压辊521运动，丝束经过压紧件12和防护板212后输送到压辊521处，重送完毕后，从动重送辊32在第三驱动件322驱动下远离丝束通道21，主动重送辊31停止转动，丝束被输送至压辊521后，重复上述的铺放步骤，继续铺放纤维，如此实现纤维的自动铺放。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。