一種碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置，屬于鋪絲裝置領域。
【背景技術】
[0002]現階段國內復雜的鋪放制品由于鋪放設備的缺乏，只能通過手工來進行鋪層。手工鋪層難以避免的是其生產效率非常的低，而且鋪層質量難以控制，常常會浪費材料。最重要的是手工鋪層制造時間周期太長，加工費用高，同時會耗費大量的人力物力。而手工鋪設不可能滿足復雜的結構設計要求的。
[0003]已有的碳纖維鋪放專利由于存在以下幾點不足:定尺寸，不可更換，效率低，溫度不能嚴格控制，本發明在現有基礎上提出以下幾點:1.根據被制造復材零件的大小選擇不同絲筒個數的鋪放裝置;2.根據被加工的曲面特征選擇不同的主運動平臺；3.當絲筒絲束用完后更換鋪絲裝置，提高生產加工效率;4.可實現三級溫控;5.通過測力和位移雙傳感器實現絲束恒張力的精確控制。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置，不僅能滿足復雜的結構設計要求，相較手工鋪層縮短制造周期，減少加工費用，節約人力物力。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置，包括絲束鋪絲單元、xy z三軸運動平臺和法蘭盤，所述絲束鋪絲單元通過法蘭盤與xy z三軸運動平臺連接，所述絲束鋪絲單元包含支撐盤，所述支撐盤上安裝有絲束恒溫箱，絲束恒溫箱內設有若干個絲筒組件，絲筒組件繞固定在支撐盤上的絲筒心軸轉動，所述絲束恒溫箱頂部安裝有豎直鋪絲頭旋轉軸，豎直鋪絲頭旋轉軸與豎直伺服電機連接，豎直伺服電機與法蘭盤連接，豎直鋪絲頭旋轉軸一端與水平鋪絲頭旋轉軸連接，水平鋪絲頭旋轉軸與水平伺服電機連接，水平鋪絲頭旋轉軸與絲束恒溫箱固定連接;所述絲筒組件上的絲束穿過位于支撐盤下方的絲束導向裝置后依次進入轉向架、夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊后，通過引導絲束的導路溝槽集合成絲帶，通過加熱模組和施壓模塊，絲束被壓緊在工件表面，所述夾緊模塊、重送模塊、剪切模塊均固定在支撐板上，支撐板一端與轉向架連接，另一端與施壓模塊連接。
[0006]作為優選，所述加熱模組包括紅外加熱并列多燈管、測溫傳感器、溫度控制器，所述溫度控制器同時與紅外加熱并列多燈管和測溫傳感器連接。
[0007]作為優選，所述支撐板上設有若干個冷風噴頭，冷風噴頭與氣流分配閥連接，氣流分配閥通過管道與渦流管連接，渦流管通過管道與壓縮機連接，通過壓縮機壓縮空氣，在渦流管內產生冷空氣，冷空氣通過氣流分配閥進入冷風噴口，對絲束進行冷卻。目的是絲束傳送過程中采用渦流管產生冷風對絲束進行冷卻，目的是保持絲束在傳送過程中保持一定的強度，不發生軟化。
[0008]作為優選，所述支撐盤上設有若干個張力測力傳感器和位移作動器，所述張力測力傳感器包括繞線輥軸和壓電晶體測力頭，所述位移作動器包括伺服微型直線電機和位移頭，所述位移頭與張力測力傳感器的繞線輥軸相連，位移頭與伺服微型直線電機連接，絲束纏繞在繞線輥軸上，當絲束張力需要自動調整時，伺服微型直線電機的驅動頭移動從而位移頭帶動繞線輥軸移動，調節絲束張力，這樣可實現絲束恒張力，避免絲束抖動。
[0009]作為優選，所述絲筒組件包含絲筒，絲束纏繞在絲筒表面，絲束層與層之間通過塑料薄膜隔開，絲筒套在絲筒心軸上，絲筒通過絲筒驅動電機驅動絲筒轉動放絲，每個絲筒組件旁邊設有剝膜輥軸，絲束間塑料剝膜由剝膜輥軸纏繞收集。
[0010]作為優選，所述夾緊模塊包含夾緊輪軸、位于夾緊輪軸上的夾緊下壓輪組和固定在支撐板上的夾緊彎板，所述夾緊彎板與夾緊固定板連接，夾緊固定板上安裝有若干個夾緊氣缸，夾緊氣缸與夾緊壓輪連接，通過夾緊氣缸帶動夾緊壓輪運動從而與夾緊下壓輪組配合壓緊絲束。
[0011]作為優選，所述重送模塊包含重送輪軸和固定在支撐板上的重送彎板，所述重送彎板與重送固定板連接，重送固定板上安裝有重送氣缸，重送氣缸與重送輪連接，所述重送輪軸上套有重送滾筒，重送氣缸運動帶動重送輪移動，夾在重送輪和重送滾筒之間的絲束通過重送滾筒帶動移動。
[0012]作為優選，所述剪切模塊包含固定在支撐板上的剪切彎板和剪切固定板，剪切固定板上安裝有剪切氣缸，剪切氣缸與剪切刀片連接，剪切刀片下面墊有砧板，絲束在剪切刀片與砧板穿過，在氣缸驅動下剪切刀片下移與砧板配合剪切絲束。
[0013]作為優選，所述施壓模塊包括圓柱形施壓滾子和驅動力矩電機，圓柱形施壓滾子安裝在連接板上并通過驅動力矩電機繞連接板轉動，連接板與支撐板連接。
[0014]作為優選，所述xyz三軸運動平臺為桁架式機床平臺、臥式機床平臺、橋式機床平臺、六自由度機械手平臺中的一種。
[0015]有益效果:本發明的碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置，具有以下優點:
[0016]1、根據被制造復材零件的大小選擇不同絲筒個數的鋪放裝置；
[0017]2、根據被加工的曲面特征選擇不同的主運動平臺，桁架式機床平臺、臥式機床平臺、橋式機床平臺、六自由度機械手平臺，法蘭盤實現與不同運動平臺的連接，碳纖維絲束鋪放裝置作為運動平臺的末端執行部件，其端部兩旋轉軸可實現AB兩個方向的旋轉，與運動平臺的XYZ三個方向的運動共同組成五軸聯動，通過五軸聯動可達空間曲面的任意位置，從而可用于制造碳纖維零件的復雜曲面；
[0018]3、當絲筒絲束用完后更換鋪絲裝置，提高生產加工效率；
[0019]4、可實現三級溫控，采用三級溫控方案，包括絲筒恒溫箱、導路渦流二次冷卻、末端紅外加熱軟化。絲束恒溫箱實現溫度范圍10°C到20°C范圍之內可調控，用于保持絲束的力學性能，防止發生粘結。并在絲束導出恒溫箱后經過的路徑中采用渦流冷風管實現二次冷卻(控制溫度25°C以下)。在末端鋪放處通過加熱模組對碳纖維絲束軟化，以實現易于輥壓成型。加熱模組采用多燈管并列紅外加燈，根據不同的樹脂種類加熱到相應的玻璃化溫度(40°C以上)。
[0020]5、通過測力和位移雙傳感器實現絲束恒張力的精確控制。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發明中絲束鋪絲單元的結構示意圖。
[0022]圖2為圖1的仰視圖。
[0023]圖3為圖1的俯視圖。
[0024]圖4為移動龍門式式機床平臺的結構示意圖。
[0025]圖5為橋式機床平臺的結構示意圖。
[0026]圖6為臥式機床平臺的結構示意圖
[0027]圖7為六自由度機械手平臺的結構示意圖。
[0028]圖8為圖1中剪切模塊的結構示意圖。
[0029]圖9為圖1中重送模塊的結構示意圖。
[0030]圖10為圖1中夾緊模塊的結構示意圖。
[0031]圖11為冷卻系統的結構示意圖。
[0032]圖12為檢測系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例1
[0034]如圖1至圖4所示，本發明的碳纖維復合材料自動鋪絲通用鋪放裝置，包括絲束鋪絲單元、xyz三軸運動平臺和法蘭盤，所述絲束鋪絲單元通過法蘭盤與xyz三軸運動平臺連接，所述絲束鋪絲單元包含支撐盤14，所述支撐盤14上安裝有絲束恒溫箱13，絲束恒溫箱13內設有若干個絲筒組件12，絲筒組件12繞固定在支撐盤14上的絲筒心軸11轉動，所述絲束恒溫箱13頂部安裝有豎直鋪絲頭旋轉軸8，豎直鋪絲頭旋轉軸8與豎直伺服電機9連接，豎直鋪絲頭旋轉軸8—端與水平鋪絲頭旋轉軸10連接，水平鋪絲頭旋轉軸10與水平伺服電機連接，水平鋪絲頭旋轉軸10與絲束恒溫箱13固定連接;所述絲筒組件12上的絲束穿過位于支撐盤14下方的絲束導向裝置后依次進入轉向架2、夾緊模塊3、重送模塊4、剪切模塊5后，通過引導絲束的導路溝槽集合成絲帶，通過加熱模組7和施壓模塊6，絲束被壓緊在工件表面，所述夾緊模塊3、重送模塊4、剪切模塊5均固定在支撐板上，支撐板一端與轉向架2連接，另一端與施壓模塊6連接，絲束導向裝置為絲束導向滾輪15，轉向架2設有絲束軌道。
[0035]在本發明中，所述施壓模塊包括圓柱形施壓滾子和驅動力矩電機，圓柱形施壓滾子安裝在連接板上并通過驅動力矩電機繞連接板轉動，連接板與支撐板14連接。所述加熱模組包括紅外加熱并列多燈管20、測溫傳感器、溫度控制器，紅外加熱并列多燈管20外的殼體與連接板連接，所述溫度控制器同時與紅外加熱并列多燈管20和測溫傳感器連接，通過測溫傳感器實時檢測加熱模塊熱量產生的溫度，通過溫度控制器控制紅外加熱并列多燈管20，使得加熱模塊產生的溫度在一個范圍內波動，使得鋪絲效果更好。
[0036]在本發明中，如圖12所示的檢測系統，包括位于支撐盤14上的若干個張力測力傳感器和位移作動器，所述張力測力傳感器包括繞線輥軸21和壓電晶體測力頭22，所述位移作動器包括伺服微型直線電機23和位移頭24，所述位移頭24與張力測力傳感器的繞線輥軸21相連，位移頭24與伺服微型直線電機23連接，絲束纏繞在繞線輥軸21上，當絲束張力需要自動調整時，伺服微型直線電機23的驅動頭移動從而位移頭24帶動繞線輥軸21移動，調節絲束張力，這樣可實現絲束恒張力，避免絲束抖