一种碳纤维集成铺放装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种碳纤维集成铺放装置，包括位于底板上方的供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构，以及底板下方的压实机构。供料放卷机构上的纤维经过重送机构、夹紧机构、剪切机构后，经压实机构的压实固化于模具表面上。上述传输过程中还经过导向机构进行导向，经张力调节机构被动调节纤维束张力，经张力测量机构对纤维束张力进行测量。上述压实机构通过弹簧弹力作用，被动调节压实机构的压实辊与模具表面间的距离，适应不同曲面的模具铺放要求以及实现对单丝束的控制要求。

A carbon fiber integrated placement device

The invention discloses a carbon fiber integrated laying device, which comprises a feed located above a floor of unwinding mechanism, guide mechanism, a tension regulating mechanism, tension measuring mechanism, feeding mechanism, clamping mechanism, cutting mechanism, and the floor beneath the compaction mechanism. The fiber on the feeding unwinding mechanism is compacted and solidified on the surface of the die by the compacting mechanism after the re feeding mechanism, the clamping mechanism and the shearing mechanism. In addition, the tension of the fiber bundle is adjusted by the tension adjusting mechanism, and the tension of the fiber bundle is measured by the tension measuring mechanism. The compacting mechanism can adjust the distance between the compacting roller and the die surface of the compacting mechanism by the spring elasticity, and adapt to the requirements of the die laying of different surfaces and the control requirements of the monofilament bundle.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维集成铺放装置
本专利技术涉及复合材料成型领域，具体来说，是一种碳纤维复合材料的铺放装置。
技术介绍
高性能碳纤维树脂基复合材料(CFRPCarbonFiberReinforcedPlastics)是先进复合材料中用量最多、应用最广的一种材料。以碳纤维作为增强材料，高性能的树脂材料作为基体，经加工工艺等装置制成碳纤维制品，在增强产品的力学性能的同时，可以有效减轻产品的重量。而碳纤维的耐高温性、耐腐蚀性、防磁性及卓越的生物相容性等性能，成为现在航空航天等军用、民用领域所积极应用的一种复合材料。最初，碳纤维材料的成型依靠于手糊成型，到目前为止，已经逐步发展到模压、喷射、等工艺方法。而自从上世纪80年代出现自动铺带技术(ATLAutomatedTapeLaying)和自动铺丝技术(AFPAutomatedFiberPlacement)，可按照模型承力方向在芯模表面进行铺层，提高成型的效率，同时可降低材料的浪费率，因而实现降低复合材料的生产成本，使其有更为广泛的应用。现有的自动纤维铺放装置一般满足大型结构件的铺放，但对于结构小巧但相对复杂的构件来说，大型铺放装置就降低了装置的应用效率，且空间占地太大，并不能够满足设计的要求，而且在机构的可靠性及精度上来说还存在较大问题。因而该专利技术的铺放装置结构小巧紧凑，满足于小型结构件的铺放，降低制作成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种碳纤维集成铺放装置，满足小型复杂结构件的复合材料制品的快速成型要求而设计的，同时解决了目前现有机构的可靠性稳定性差等问题，其可靠、稳定性高，提高了铺放可靠性及精度。本专利技术碳纤维集成铺放装置，包括供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构与压实机构；其中，供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构安装于底板一侧面上，压实机构安装于底板另一侧面上；所述供料放卷机构由放卷伺服电机驱动放卷辊，实现放卷辊上缠绕的预浸纱的导送。导向机构位于供料放卷机构前方，具有位置低于放卷辊的导向轮，由导向轮实现预浸纱的导向。张力调节机构位于导向机构前方，用来对各束预浸纱的张力进行被动、快速响应调节，张力调节机构具有由弹簧支撑的张力调节辊，且使张力调节辊具有竖直方向移动副。张力测量机构位于张力调节机构前方，为安装有张力传感器的辊子，用来对各束预浸纱张力进行实时的准确测量。重送机构用来在预浸纱切断后再继续将预浸纱重送至压实机构前段；重送机构具有由重送电动缸驱动抬起与放下的重送轮，以及由步进电机驱动转动的重送辊轴；由重送电动缸驱动重送轮下移，实现将预浸纱夹紧于重送轮与重送辊轴间，进而通过步进电机驱动重送辊轴实现预浸纱的重送。夹紧机构用于夹紧预浸纱。剪切机构用于驱动切刀将预浸纱切断。所述压实机构前段具有压实辊，用来对模具表面上的预浸纱进行压实。压实机构中压实辊可通过柔性弹簧弹力作用被动调节与模具间的距离，弹簧弹力由位移传感器测量。本专利技术的优点在于：1、本专利技术碳纤维集成铺放装置，采用集成设计，空间占用较小、便于拆卸；2、本专利技术碳纤维集成铺放装置，通过主动、被动张力调节机构相结合，响应速度快，因而可更为精准地调节张力。3、本专利技术碳纤维集成铺放装置，通过激光式位移传感器代替压力传感器，节省了空间，提高了测量精度。4、本发碳纤维集成铺放装置，采用电力驱动代替气动驱动，降低了对工作环境的噪声污染以及控制难度。5、本专利技术碳纤维集成铺放装置，与三自由度精密式工作台结合，可以实现小型三维模型碳纤维复合材料的快速成型制造。6、本专利技术碳纤维集成铺放装置中，适应不同曲面的模具铺放要求以及实现对单丝束的控制要求。附图说明图1是本专利技术碳纤维集成铺放装置整体结构示意图；图2是本专利技术碳纤维集成铺放装置中导向机构结构示意图；图3是本专利技术碳纤维集成铺放装置中张力调节机构结构示意图；图4是本专利技术碳纤维集成铺放装置中张力测量机构结构示意图；图5是本专利技术碳纤维集成铺放装置中重送机构正视结构示意图；图6是本专利技术碳纤维集成铺放装置中重送机构A-A剖视结构示意图；图7是本专利技术碳纤维集成铺放装置中夹紧机构结构示意图；图8是本专利技术碳纤维集成铺放装置中剪切机构结构示意图；图9是本专利技术碳纤维集成铺放装置中一体化预浸纱传送通道结构示意图。图10是本专利技术碳纤维集成铺放装置中压实机构侧视结构示意图；图11是本专利技术碳纤维集成铺放装置中压实机构俯视结构示意图。1-供料放卷机构2-导向机构3-张力调节机构4-张力测量机构5-重送机构6-夹紧机构7-剪切机构8-压实机构9-底板10-模具101-放卷伺服电机102-放卷辊103-电机支架201-导向轮202-导向轴203-导向支撑架301-导轨支撑杆302-导轨303-滑块304-浮动支架305-弹簧306-张力调节辊401-传感器支架402-辊子403-传感器安装底座404-张力传感器405-侧辊支座501-重送电动缸502-连接件503-步进电机504-重送辊轴505-重送轮506-重送机构支撑架601-夹紧电动缸602-夹紧靴603-夹紧支撑架604-预浸纱传送通道A701-刀具安装架702-推拉式电磁铁703-切刀704-挡板705-电磁铁安装架706-预浸纱传送通道B707-缝隙801-压实伺服电机802-减速箱803-滚珠丝杠804-弹簧805-链接底板806-支撑板807-链接支撑板808-支撑轴809-导轨810-导轨滑块811-压实辊812-电机支撑架813-电机安装支架814-法兰轴承座815-立式轴承座816-限位块817-辊架818-激光式位移传感器具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术碳纤维集成铺放装置，包括供料放卷机构1、导向机构2、张力调节机构3、张力测量机构4、重送机构5、夹紧机构6、剪切机构7与压实机构8，如图1所示，以上各个机构均固定于底板9之上，各个机构相互配合完成碳纤维预浸料的传送、固化、压实功能。上述供料放卷机构1、导向机构2、张力调节机构3、张力测量机构4、重送机构5、夹紧机构6、剪切机构7安装于底板9一侧面上，压实机构8安装于底板9另一侧面上。所述供料放卷机构1包括放卷伺服电机101、放卷辊102与电机支架103，如图1所示。其中，放卷伺服电机101安装于底板9上设置的电机支架103上，输出轴上同轴安装放卷辊102。放卷辊102上缠绕有预浸纱；通过放卷伺服电机101驱动放卷辊102转动。供料放卷机构1为n个，n为正整数，n≥1，使本专利技术碳纤维集成铺放装置实现n束预浸纱的导送。所述导向机构2位于供料放卷机构1前方，包括导向轮201、导向轴202与导向支撑架203，如图2所示。其中，导向轴202两端固定于底板9上设置的导向支撑架203左右侧板上。导向轴202上同轴安装有n个导向轮201，导向轮201通过深沟球轴承与导向轴202相连。导向轮201周向上开有导向槽204，防止预浸纱导送过程中由导向轮201上脱出。上述n个导向轮201的轴线的竖直高度低于n个供料放卷机构中放卷辊102的轴线；由此，n个供料放卷机构1中的预浸纱分别牵引至n个导向轮201处，并由导向轮201底部绕过导向轮201，由导向轮201实现各束预浸纱的导向。同时在每个导向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维集成铺放装置，其特征在于：包括供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构与压实机构；其中，供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构安装于底板一侧面上，压实机构安装于底板另一侧面上；所述供料放卷机构由放卷伺服电机驱动放卷辊，实现放卷辊上缠绕的预浸纱的导送；所述导向机构位于供料放卷机构前方，具有位置低于放卷辊的导向轮，由导向轮实现预浸纱的导向；所述张力调节机构位于导向机构前方，用来对各束预浸纱的张力进行被动、快速响应调节，张力调节机构具有由弹簧支撑的张力调节辊，且使张力调节辊具有竖直方向移动副；所述张力测量机构位于张力调节机构前方，为安装有张力传感器的辊子，用来对各束预浸纱张力进行实时的准确测量；所述重送机构用来在预浸纱切断后再继续将预浸纱重送至压实机构前段；重送机构具有由重送电动缸驱动抬起与放下的重送轮，以及由步进电机驱动转动的重送辊轴；由重送电动缸驱动重送轮下移，实现将预浸纱夹紧于重送轮与重送辊轴间，进而通过步进电机驱动重送辊轴实现预浸纱的重送；所述夹紧机构用于夹紧预浸纱；所述剪切机构用于驱动切刀将预浸纱切断；所述压实机构前段具有压实辊，用来对模具表面上的预浸纱进行压实。...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维集成铺放装置，其特征在于：包括供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构与压实机构；其中，供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构安装于底板一侧面上，压实机构安装于底板另一侧面上；所述供料放卷机构由放卷伺服电机驱动放卷辊，实现放卷辊上缠绕的预浸纱的导送；所述导向机构位于供料放卷机构前方，具有位置低于放卷辊的导向轮，由导向轮实现预浸纱的导向；所述张力调节机构位于导向机构前方，用来对各束预浸纱的张力进行被动、快速响应调节，张力调节机构具有由弹簧支撑的张力调节辊，且使张力调节辊具有竖直方向移动副；所述张力测量机构位于张力调节机构前方，为安装有张力传感器的辊子，用来对各束预浸纱张力进行实时的准确测量；所述重送机构用来在预浸纱切断后再继续将预浸纱重送至压实机构前段；重送机构具有由重送电动缸驱动抬起与放下的重送轮，以及由步进电机驱动转动的重送辊轴；由重送电动缸驱动重送轮下移，实现将预浸纱夹紧于重送轮与重送辊轴间，进而通过步进电机驱动重送辊轴实现预浸纱的重送；所述夹紧机构用于夹紧预浸纱；所述剪切机构用于驱动切刀将预浸纱切断；所述压实机构前段具有压实辊，用来对模具表面上的预浸纱进行压实。2.如权利要求1所述一种碳纤维集成铺...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，刘斐，张武翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11