一种多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置

1.本实用新型属于复合材料成型制造技术领域，具体涉及一种多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置。具体涉及纤维增强聚合物基复合材料平缠绕及斜缠绕成型制造。


背景技术：

2.复合材料具有轻质高效的特点，应用范围十分广泛。在复合材料的成型制造过程中，缠绕成型制造是最常用的成型制造方法，复合材料缠绕成型制造方法是将复合材料带缠绕在模具表面形成预制品，然后再固化脱模。
3.需要进行缠绕成型的复合材料零件通常为圆柱形、圆锥体形等回转体零件。圆柱形复合材料零件多采用直缠绕进行成型制造，圆锥体形零件多采用斜缠绕进行成型制造。直缠绕、斜缠绕是复合材料缠绕成型制造工艺中应用较多的两种。
4.现有的缠绕设备通常是将两种缠绕方式分开使用的，进行直缠绕的设备只适合直缠工艺，进行斜缠绕的设备只适合斜缠绕工艺。把两种常用的缠绕方式分开使用会使的缠绕工艺受到很大的限制，对于同时含有圆柱部分与圆锥部分的零件无法进行缠绕。而随着复合材料的应用程度越来越广泛，这种形状复杂程度越来越高的零件会逐渐变多，把直缠绕和斜缠绕方式结合到一起使用可以实现这种零件的缠绕成型。
5.在对复合材料进行缠绕时，需要根据材料的种类以及工艺的要求来设置不同的芯模转速，但是现有的缠绕设备对于芯模转速通常是开环控制，即只设定转速并不对芯模转速进行检测，开环控制的缺点是不能及时的检测芯模转速，假如不能及时发现芯模的转速出现变化，则会影响零件的质量。
6.纤维增强复合材料的纤维在不同部分的分布并不是完全一致的，这种现象是不可避免的。由于存在纤维分布不均匀这种情况，导致了在缠绕纤维增强复合材料时需要及时的调整张力。现有的缠绕设备在对复合材料缠绕进行时对于复合材料张力的控制往往不是很及时，导致了缠绕成型以后的零件质量存在明显缺陷，例如缠绕以后的零件存在褶皱，这些缺陷会严重影响零件的力学性能。


技术实现要素：

7.针对上述技术问题，本实用新型提供一种多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置，本实用新型设计的芯模具有直缠部分、斜缠部分，同时把两种常用的缠绕方式结合在一起，可以实现对于复杂形状零件的缠绕；本实用新型在驱动装置处安装转速检测装置，对芯模的转速进行转测，这样可以保证对复合材料进行缠绕时可以实时检测芯模转速，以保证芯模转速可以满足缠绕工艺要求；本实用新型设计的磁粉制动器可以提供缠绕时所需要的张力，并利用张力传感器所反馈的数据来随时改变缠绕复合材料所需要的张力，这样的方法可以保证缠绕得到的零件质量。张力控制部的托板上开设有滑槽，滑槽可以用来调整压力辊与芯模的夹角，用来满足不同的缠绕工艺要求；芯模还具有加热部分，通过加热部分可以在缠绕时对复合材料进行初步固化。
8.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置，包括缠绕部、张力控制部、移动部、底座和控制器；
9.所述缠绕部包括芯模、机床和驱动装置；所述芯模包括圆柱形的芯模直缠绕部分和锥台形的芯模斜缠绕部分；所述芯模安装在机床上，驱动装置能够驱动芯模转动；所述机床安装在底座上；所述机床包括主轴、机床尾座、机床床身和机床底座，所述驱动装置的输出端与机床上主轴的一端连接，主轴的另一端与卡盘连接，卡盘通过卡爪与芯模的一端连接，芯模的另一端与机床尾座上的尾座顶尖转动连接；机床底座与底座连接；
10.所述张力控制部安装在移动部上，所述移动部安装在底座上；所述张力控制部的压力辊与芯模上的复合材料接触；所述压力辊和芯模的角度能够调整，调整压力辊和芯模的角度能够使压力辊与芯模直缠绕部分相对，或使压力辊与芯模斜缠绕部分相对；所述移动部带动张力控制部沿芯模的轴向做直线往复运动；所述控制器分别与驱动装置、张力控制部和移动部连接。
11.上述方案中，所述机床尾座的底部与机床床身上的尾座导轨滑动连接；机床底座与底座连接。
12.上述方案中，所述驱动装置为主轴电机。
13.上述方案中，所述缠绕部还包括转速检测装置，所述转速检测装置用于检测芯模的转速。
14.进一步的，所述转速检测装置包括计数传感器和传感器齿轮；
15.所述传感器齿轮安装在主轴上，所述计数传感器与控制器连接，计数传感器用于采集传感器齿轮转动的圈数，并传递给控制器，用于监测并调节芯模的转速。
16.上述方案中，所述张力控制部包括磁粉制动器、磁粉制动器轴、磁粉制动器支架、托板、气缸、压力辊支架、压力辊、张力传感器和张力传感器支架；
17.所述磁粉制动器安装在磁粉制动器支架上，所述磁粉制动器轴的一端与磁粉制动器连接、且通过法兰盘安装在磁粉制动器支架上；所述磁粉制动器支架的底部与托板连接；所述气缸安装在托板上，压力辊通过压力辊支架安装在气缸上；所述张力传感器通过张力传感器支架安装在磁粉制动器支架上，张力传感器与控制器连接，所述托板上设有若干弧形滑槽；所述移动部与弧形滑槽连接。
18.进一步的，所述托板上设有若干弧形滑槽；所述移动部通过螺栓与弧形滑槽连接。
19.进一步的，所述弧形滑槽有四个，四个弧形滑槽围在同心圆的圆周。
20.进一步的，所述移动部包括直线模组电机、直线模组框架、联轴器、轴承座、移动滑台、导轨和滚珠丝杠；所述滚珠丝杠通过轴承座安装在直线模组框架内，直线模组电机的输出端通过联轴器与滚珠丝杠的一端连接，所述移动滑台通过丝杠螺母与滚珠丝杠连接、且与直线模组框架上的导轨滑动连接；移动滑台通过螺栓与弧形滑槽连接；直线模组框架的底部与底座连接。
21.上述方案中，还包括加热装置；所述加热装置安装在芯模内。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型芯模具有直缠绕部分和斜缠绕部分，同时把两种常用的缠绕方式结合在一起，可以实现对于复杂形状零件的缠绕，适应性广；本实用新型在驱动装置处安装有转速检测装置，可以对主轴转速进行检测，即对于芯模的转速进行转测，可以保证对复合材料进行缠绕时可以实时检测芯模转速，以保证
芯模转速可以满足缠绕工艺要求；本实用新型设计的磁粉制动器可以提供缠绕时所需要的张力，并利用张力传感器所反馈的数据来随时改变缠绕复合材料所需要的张力，可以保证缠绕得到的零件质量；在张力控制部的托板上开设有滑槽，滑槽可以用来调整压力辊与芯模的夹角，用来满足不同的缠绕工艺要求；芯模还具有加热部分，通过加热部分可以在缠绕时对复合材料进行初步固化。
附图说明
23.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是本实用新型一实施方式的结构示意侧视图一；
25.图2是本实用新型一实施方式的结构示意侧视图二；
26.图3是本实用新型一实施方式的缠绕部侧视图一；
27.图4是本实用新型一实施方式的缠绕部侧视图二；
28.图5是本实用新型一实施方式的力控制部结构示意图；
29.图6是本实用新型一实施方式的托板结构示意图；
30.图7是本实用新型一实施方式的移动部结构示意图；
31.图8是本实用新型一实施方式的移动滑台结构示意图。
32.图中：1、缠绕部；2、力控制部；3、移动部；4、底座；1
‑
1、芯模直缠绕部分；1
‑
2、芯模斜缠绕部分；1
‑
3、机床护板；1
‑
4、芯模端盖；1
‑
5、尾座顶尖；1
‑
6、机床尾座；1
‑
7、尾座导轨；1
‑
8、机床床身；1
‑
9、机床底座；1
‑
10、主轴电机；1
‑
11、传动皮带；1
‑
12、计数传感器；1
‑
13、传感器齿轮；1
‑
14、卡盘；1
‑
15、卡爪；1
‑
16、电机固定座；2
‑
1、磁粉制动器；2
‑
2、法兰盘；2
‑
3、磁粉制动器轴；2
‑
4、磁粉制动器支架；2
‑
5、连接筋板；2
‑
6、托板；2
‑
7、气缸；2
‑
8、压力辊支架；2
‑
9、压力辊；2
‑
10、张力传感器；2
‑
11、张力传感器支架；2
‑6‑
1、弧形滑槽；3
‑
1、直线模组电机；3
‑
2、滚珠丝杠；3
‑
3、联轴器；3
‑
4、轴承座；3
‑
5、移动滑台；3
‑
6、导轨；3
‑
7、滚珠丝杠；3
‑5‑
1、丝杠螺母。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.如图1和2所示，为本实用新型所述多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置的一种较佳实施方式，所述多适应性纤维增强复合材料缠绕成型装置，包括缠绕部1、张力控制部2、移动部3、底座4和控制器；所述缠绕部包括芯模、机床和驱动装置；所述芯模包括圆柱形的芯模直缠绕部分1
‑
1和锥台形的芯模斜缠绕部分1
‑
2；所述芯模可转动的安装在机床上，驱动装置能够驱动芯模转动；所述机床安装在底座4上；所述张力控制部2安装在移动部3上，所述移动部3安装在底座4上；所述张力控制部2的压力辊2
‑
9与芯模上的复合材料接触；所述压力辊2
‑
9和芯模的角度能够调整，调整压力辊2
‑
9和芯模的角度能够使压力辊2
‑
9与芯模直缠绕部分1
‑
1相对，或使压力辊2
‑
9与芯模斜缠绕部分1
‑
2相对；所述移动部3带动张力控制部2沿芯模的轴向做直线往复运动；所述控制器分别与驱动装置、张力控制部2和移动部3连接。
37.如图3和4所示，根据本实施例，优选的，所述机床包括主轴、机床尾座1
‑
6、机床床身1
‑
8和机床底座1
‑
9，所述驱动装置为主轴电机1
‑
10，所述主轴电机1
‑
10的输出端通过传动皮带1
‑
11与主轴的一端连接，主轴的另一端与卡盘1
‑
14连接，卡盘1
‑
14通过卡爪1
‑
15与芯模的一端连接，芯模的另一端设有芯模端盖1
‑
4，芯模端盖1
‑
4与机床尾座1
‑
6上的尾座顶尖1
‑
5转动连接；机床底座1
‑
9与底座4连接。所述机床后侧还设有机床护板1
‑
3。主轴电机1
‑
10与主轴之间通过传动皮带1
‑
11进行传动，这样设计的目的是在有效降低主轴转速的同时，尽量减少设备所占空间。
38.根据本实施例，优选的，所述机床尾座1
‑
6上设有与尾座顶尖1
‑
5连接的转盘，所述机床尾座1
‑
6的底部与机床床身1
‑
8上的尾座导轨1
‑
7滑动连接；转动转盘可以调节尾座顶尖1
‑
5伸长或者缩短，同时松开卡爪1
‑
15，可以安装或者取下芯模。
39.根据本实施例，优选的，所述缠绕部还包括转速检测装置，所述转速检测装置用于检测芯模的转速。优选的，所述转速检测装置包括计数传感器1
‑
12和传感器齿轮1
‑
13；所述传感器齿轮1
‑
13安装在主轴上，且与传动皮带1
‑
11接触；所述计数传感器1
‑
12与控制器连接，计数传感器1
‑
12用于采集传感器齿轮1
‑
13转动的圈数，并传递给控制器，用于监测并调节芯模的转速。通过计数传感器1
‑
12对主轴转速进行检测，并通过反馈的转速数据对主轴转速进行控制，有效的保证主轴转速满足缠绕工艺的要求。
40.如图5所示，根据本实施例，优选的，所述张力控制部2包括磁粉制动器2
‑
1、磁粉制动器轴2
‑
3、磁粉制动器支架2
‑
4、托板2
‑
6、气缸2
‑
7、压力辊支架2
‑
8、压力辊2
‑
9、张力传感器2
‑
10和张力传感器支架2
‑
11；所述磁粉制动器2
‑
1安装在磁粉制动器支架2
‑
4上，所述磁粉制动器轴2
‑
3的一端与磁粉制动器2
‑
1连接、且通过法兰盘2
‑
2安装在磁粉制动器支架2
‑
4上；所述磁粉制动器支架2
‑
4的底部与托板2
‑
6通过连接筋板2
‑
5连接；所述气缸2
‑
7安装在托板2
‑
6上，压力辊2
‑
9通过压力辊支架2
‑
8安装在气缸2
‑
7上，气缸2
‑
7带动压力辊2
‑
9移动来提供缠绕时所需要的压力；所述张力传感器2
‑
10通过张力传感器支架2
‑
11安装在磁粉制动器支架2
‑
4上，张力传感器2
‑
10与控制器连接，张力传感器2
‑
10用于检测缠绕时纤维增强
复合材料承受的张力，并传递给控制器；所述托板2
‑
6上设有若干弧形滑槽2
‑6‑
1；所述移动部3通过螺栓与弧形滑槽2
‑6‑
1连接。所述磁粉制动器轴2
‑
3用来放置复合材料，通过调整磁粉制动器2
‑
1来控制制动器轴2
‑
3的转动力矩，从而提供复合材料缠绕时所需要的张力，通过张力传感器2
‑
10来检测张力并通过反馈的数据来调整磁粉制动器2
‑
1，从而达到控制张力的目的。
41.如图6所示，根据本实施例，优选的，所述托板2
‑
6上设有若干弧形滑槽2
‑6‑
1；所述移动部3通过螺栓与弧形滑槽2
‑6‑
1连接。通过弧形滑槽2
‑6‑
1来调整压力辊2
‑
9与芯模之间的夹角，使之适合缠绕工艺。优选的，所述弧形滑槽2
‑6‑
1有四个，四个弧形滑槽2
‑6‑
1围在同心圆的圆周。
42.如图7和8所示，根据本实施例，优选的，所述移动部3包括直线模组电机3
‑
1、直线模组框架3
‑
2、联轴器3
‑
3、轴承座3
‑
4、移动滑台3
‑
5、导轨3
‑
6和滚珠丝杠3
‑
7；所述滚珠丝杠3
‑
7通过轴承座3
‑
4安装在直线模组框架3
‑
2内，直线模组电机3
‑
1的输出端通过联轴器3
‑
3与滚珠丝杠3
‑
7的一端连接，所述移动滑台3
‑
5通过丝杠螺母3
‑5‑
1与滚珠丝杠3
‑
7连接、且与直线模组框架3
‑
2上的导轨3
‑
6滑动连接；移动滑台3
‑
5通过螺栓与弧形滑槽2
‑6‑
1连接；直线模组框架3
‑
2的底部与底座4连接。
43.所述缠绕部还包括加热装置；所述加热装置安装在芯模内，通过加热部分可以在缠绕时对复合材料进行初步固化。
44.本实用新型的工作过程：缠绕前，复合材料编织带首先安装在磁粉制动器轴2
‑
3上，经过张力传感器2
‑
10，并与芯模直缠绕部分1
‑
1或者斜缠绕部分1
‑
2固定在一起，同时根据复合材料种类设置芯模加热部分温度。然后通过弧形滑槽2
‑6‑
1调整气缸2
‑
7位置从而调整压力辊2
‑
9与芯模1
‑
1或1
‑
2之间的角度，最后移动气缸2
‑
7让压力辊2
‑
9与芯模直缠绕部分1
‑
1或者斜缠绕部分1
‑
2进行挤压从而提供缠绕时所需要的压力。
45.缠绕时，主轴电机1
‑
10转动带动芯模转动，计数传感器1
‑
12开始计数检测并反馈数据对主轴转速进行控制，磁粉制动器2
‑
1通过控制制动器轴2
‑
3的转动力矩来提供缠绕时所需要的张力，张力传感器2
‑
10检测复合材料编织带所承受的张力并反馈张力数据，调整磁粉制动器2
‑
1从而控制张力。直线模组电机3
‑
1转动带动滚珠丝杠3
‑
7转动，从而带动磁粉制动器2
‑
1、托板2
‑
6、气缸2
‑
7、压力辊2
‑
9等往复移动完成缠绕。
46.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。