基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，包括：并联调姿单元，并联调姿单元包括底座、多个支链、支撑板、支撑轴和芯模转动驱动装置，每个支链包括伸缩杆和支链驱动装置，支撑轴上适于安装待铺丝芯模；线性走丝单元，线性走丝单元包括支座、第一水平线性滑台、升降线性滑台、第二水平线性滑台、铺丝头转动平台、铺丝头转动驱动装置和铺丝头，支座通过连杆与底座相连。根据本发明专利技术实施例的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备具有铺丝效率高、铺丝质量好、适用性强等优点。适用性强等优点。适用性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备


[0001]本专利技术涉及复合材料成形设备
，具体而言，涉及一种基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备。

技术介绍

[0002]复合材料因其比强度高、比模量高、耐疲劳、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天等领域。自动铺丝技术是将碳纤维预浸料铺放于芯模表面，进而制备出复合材料构件预浸料的技术。
[0003]相关技术中的铺丝设备，采用串联机器人进行铺丝，在复杂曲面构件自动铺丝过程中纤维路径为复杂的空间曲线，铺丝头既要追踪曲线纤维路径，又要和芯模表面保持垂直。这就需要铺丝设备同时满足位置约束和姿态约束，但串联机器人用于固定芯模的支架的自由度受限，在铺丝过程中经常通过姿态奇异域，导致铺丝速度下降，加热区域碳纤维预浸料温度过高，从而降低了铺丝质量和效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，该基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备具有铺丝效率高、铺丝质量好、适用性强等优点。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的实施例提出一种基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，所述基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备包括：并联调姿单元，所述并联调姿单元包括底座、多个支链、支撑板、支撑轴和芯模转动驱动装置，所述支撑板位于所述底座的上方，每个所述支链的下端通过转动副与所述底座相连且上端通过球副与所述支撑板相连，每个所述支链包括伸缩杆和支链驱动装置，所述支链驱动装置与所述伸缩杆传动连接以驱动所述伸缩杆伸缩，所述支撑轴可转动地设在所述支撑板上且转动轴线垂直于所述支撑板，所述支撑轴上适于安装待铺丝芯模，所述芯模转动驱动装置与所述支撑轴传动连接；线性走丝单元，所述线性走丝单元包括支座、第一水平线性滑台、升降线性滑台、第二水平线性滑台、铺丝头转动平台、铺丝头转动驱动装置和铺丝头，所述支座通过连杆与所述底座相连，所述第一水平线性滑台和所述第二水平线性滑台的长度方向均沿水平方向定向且相互垂直，所述升降线性滑台的长度方向沿竖直方向定向，所述第一水平线性滑台包括第一滑台座、第一滑块和第一驱动装置，所述第一滑台座设在所述支座上，所述第一滑块可滑动地设在所述第一滑台座上，所述第一驱动装置设在所述第一滑台座上且与所述第一滑块传动连接，所述升降线性滑台包括升降滑台座、升降滑块和升降驱动装置，所述升降滑台座设在所述第一滑块上，所述升降滑块可滑动地设在所述升降滑台座上，所述升降驱动装置设在所述升降滑台座上且与所述升降滑块传动连接，所述第二水平线性滑台包括第二滑台座、第二滑块和第二驱动装置，所述第二滑块与所述升降滑块相连且可滑动地设在所述第二滑台座上，所述第二驱动装置设在所述第二滑台座
上且与所述第二滑块传动连接，所述铺丝头转动平台可转动地设在所述第二滑台座上，所述铺丝头转动驱动装置与所述铺丝头转动平台传动连接，所述铺丝头设在所述铺丝头转动平台上。
[0006]根据本专利技术实施例的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，具有铺丝效率高、铺丝质量好、适用性强等优点。
[0007]另外，根据本专利技术上述实施例的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备还可以具有如下附加的技术特征：
[0008]根据本专利技术的一个实施例，所述基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备还包括协同控制装置，所述协同控制装置分别与多个所述支链驱动装置、所述芯模转动驱动装置、所述第一驱动装置、所述升降驱动装置、所述第二驱动装置和所述铺丝头转动驱动装置电连接且适于保持所述铺丝头的压辊的转动轴线垂直于所述待铺丝芯模的外表面的法向。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，多个所述支链的长度相等时所述支撑轴的转动轴线沿上下方向定向。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，所述支撑轴构造为可折弯且适于保持折弯后的形状。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，所述支撑轴上可拆卸地设有上紧固螺母和下紧固螺母，所述待铺丝芯模适于可脱离地套设在所述支撑轴上，所述上紧固螺母适于止挡所述待铺丝芯模的上端且所述下紧固螺母适于止挡所述待铺丝芯模的下端。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，所述第一滑台座上设有第一导轨，所述第一滑块可滑动地设在所述第一导轨上，所述升降滑台座上设有升降导轨，所述升降滑块可滑动地设在所述升降导轨上，所述第二滑台座上设有第二导轨，所述第二滑块可滑动地设在所述第二导轨上。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，所述第一驱动装置、所述升降驱动装置和所述第二驱动装置均包括线性电机和传动机构，所述传动机构为丝杆式传动机构、齿轮齿条式传动机构或同步带式传动机构。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，所述支链驱动装置为支链电机、气压缸或液压缸，所述芯模转动驱动装置和所述铺丝头转动驱动装置均为转动电机。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述支链为三个。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述铺丝头为8丝束铺丝头、16丝束铺丝头或32丝束铺丝头。
[0017]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0018]本专利技术的上述和/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：
[0019]图1是根据本专利技术实施例的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备的结构示意图。
[0020]图2是根据本专利技术实施例的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝
设备的结构示意图。
[0021]图3是根据本专利技术实施例的待铺丝芯模的结构示意图。
[0022]附图标记：基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备1、底座11、支链12、转动副121、球副122、伸缩杆123、支链驱动装置124、支撑板13、支撑轴14、上紧固螺母141、下紧固螺母142、芯模转动驱动装置15、支座21、连杆211、第一水平线性滑台22、第一滑台座221、第一滑块222、第一驱动装置223、升降线性滑台23、升降滑台座231、升降滑块232、升降驱动装置233、第二水平线性滑台24、第二滑台座241、第二驱动装置243、铺丝头转动平台25、铺丝头转动驱动装置26、铺丝头27、待铺丝芯模2。
具体实施方式
[0023]本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
[0024]相关技术中的铺丝设备，采用串联机器人进行铺丝，在复杂曲面构件自动铺丝过程中纤维路径为复杂的空间曲线，铺丝头既要追踪曲线纤维路径，又要和芯模表面保持垂直。这就需要铺丝设备同时满足位置约束和姿态约束，但串联机器人用于固定芯模的支架的自由度受限，在铺丝过程中经常通过姿态奇异域，导致铺丝速度下降，加热区域碳纤维预浸料温度过高，从而降低了铺丝质量和效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，其特征在于，包括：并联调姿单元，所述并联调姿单元包括底座、多个支链、支撑板、支撑轴和芯模转动驱动装置，所述支撑板位于所述底座的上方，每个所述支链的下端通过转动副与所述底座相连且上端通过球副与所述支撑板相连，每个所述支链包括伸缩杆和支链驱动装置，所述支链驱动装置与所述伸缩杆传动连接以驱动所述伸缩杆伸缩，所述支撑轴可转动地设在所述支撑板上且转动轴线垂直于所述支撑板，所述支撑轴上适于安装待铺丝芯模，所述芯模转动驱动装置与所述支撑轴传动连接；线性走丝单元，所述线性走丝单元包括支座、第一水平线性滑台、升降线性滑台、第二水平线性滑台、铺丝头转动平台、铺丝头转动驱动装置和铺丝头，所述支座通过连杆与所述底座相连，所述第一水平线性滑台和所述第二水平线性滑台的长度方向均沿水平方向定向且相互垂直，所述升降线性滑台的长度方向沿竖直方向定向，所述第一水平线性滑台包括第一滑台座、第一滑块和第一驱动装置，所述第一滑台座设在所述支座上，所述第一滑块可滑动地设在所述第一滑台座上，所述第一驱动装置设在所述第一滑台座上且与所述第一滑块传动连接，所述升降线性滑台包括升降滑台座、升降滑块和升降驱动装置，所述升降滑台座设在所述第一滑块上，所述升降滑块可滑动地设在所述升降滑台座上，所述升降驱动装置设在所述升降滑台座上且与所述升降滑块传动连接，所述第二水平线性滑台包括第二滑台座、第二滑块和第二驱动装置，所述第二滑块与所述升降滑块相连且可滑动地设在所述第二滑台座上，所述第二驱动装置设在所述第二滑台座上且与所述第二滑块传动连接，所述铺丝头转动平台可转动地设在所述第二滑台座上，所述铺丝头转动驱动装置与所述铺丝头转动平台传动连接，所述铺丝头设在所述铺丝头转动平台上。2.根据权利要求1所述的基于并联调姿单元和线性走丝单元的碳纤维协同铺丝设备，其特征在于，还包括协同控制装置，所述协同控制装置分别与多个所述支链驱动装置、所述芯模转动驱动装置、所述第一驱动装置、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，刘阳，谢福贵，解增辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：