[发明专利]可实现碳纤维束夹紧/剪切/重送功能的机构装置

说明书

本发明公开了一种可实现碳纤维束夹紧/剪切/重送功能的机构装置，包括微型气缸、支撑件、第一连杆、第二连杆、第三连杆，切刀、重送机构、第一导轨滑块、第二导轨滑块、第三导轨滑块，凸轮与辅助锁紧机构；本发明夹紧剪切重送一体化装置可进行较为复杂的任务操作，仅有一个自由度，控制方式简单，响应迅速；本发明装置的剪切、夹紧和重送动作之间无干涉，切换迅速平顺，并且对于预浸丝的控制十分可靠，精度较高；由于该一体化装置只使用一个气缸进行控制，减轻了自动铺放设备的质量，降低了加工成本。

技术领域

本发明涉及机构学，可应用于复合材料成型领域，具体来说，是一种可应用于自动铺丝头的装置，既可以对预浸丝进行夹紧、剪切又可以对预浸料进行重送。

背景技术

碳纤维复合材料相比其他传统材料，例如合金钢、铁、铝等，具有高比强度、高比模量、抗腐蚀性等优点，能大幅减轻产品重量并提高性能，可广泛应用于航空航天领域。然而，针对一些复杂的曲面结构件，传统的复合材料制造方法较为耗时、耗力。而从上世纪80年代由龙门机床或工业机械臂搭载的自动化碳纤维铺丝头(Automated Fiber Placement AFP)可高效高质地完成一些复杂曲面的碳纤维铺放工作，从而降低了复合材料的生产制造成本。其中，碳纤维铺丝机器人是一种应用于碳纤维成型的制造装备，每根纤维束经导向、张力控制，再顺次单独地通过剪切、夹紧、重送机构，最后聚集成丝带输送到压紧机构下方，由加热装置和压紧机构共同作用压实到芯模表面。

以往大多数系统均采用多驱动设计方案，通常需要包含多个驱动完成上述功能，虽然可以实现上述功能要求，但机械结构及运动控制较复杂，且铺丝头的体积和转动惯量较大，限制其碳纤维复合材料的铺放速度和铺放精度，也无法适用于小型复杂结构件的成型制造。因此，针对自动化纤维铺放系统的核心功能，设计一种简单小型、动作可靠的模块化剪切、夹紧重送一体装置，使自动铺丝机满足小型化、轻量化的需求具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，基于机构学，提出一种小型化装置，可依次实现夹紧、剪切和重送三个动作，应用于模块化自动铺放设备可有效地解决了现有铺放装置的铺放设备体积及转动惯量较大的缺陷，实现对预浸丝的精准控制同时简化控制系统的控制难度。

本发明夹紧剪切重送的一体化装置，具有由直线电机驱动，连杆之间相互作用实现夹紧剪切顺序动作，同时单向轴承与凸轮配合，实现预浸丝的重送动作。

自动铺放设备是基于自动缠绕机进行改造创新，即对每根预浸丝进行单独夹紧剪切、重送进行控制，预浸丝经由导向装置、张力调节装置等其他装置运送至压实装置前端进行压实，当控制器发出指令对铺放宽度进行调整，直线电机驱动连杆机构，带动夹紧块与切刀向前运动，将预浸丝夹紧并剪切；当剪断夹紧的预浸丝需要重新重送至压实装置前端时，直线电机反向运动，由于单向轴承的作用，带动凸轮转过推程角，重送轮被移动至前端，完成重送动作。本发明夹紧、剪切、重送动作由同一电机驱动完成，仅有一个自由度，运动之前无干涉且切换平顺。

本发明的优点在于：

(1)夹紧剪切重送一体化装置可进行较为复杂的任务操作，仅有一个自由度，控制方式简单，响应迅速；

(2)装置的剪切、夹紧和重送动作之间无干涉，切换迅速平顺，并且对于预浸丝的控制十分可靠，精度较高；

(3)由于该一体化装置只使用一个气缸进行控制，减轻了自动铺放设备的质量，降低了加工成本。

附图说明

图1是本发明一种可夹紧剪切重送一体化装置的结构前向示意图；

图2是本发明一种可夹紧剪切重送一体化装置进行夹紧任务时的轴测示意图；

图3是本发明一种可夹紧剪切重送一体化装置中构件的结构示意图；

图4是本发明一种可夹紧剪切重送一体化装置中执行重送动作时的剖面示意图；