[发明专利]桌面式小型化自动铺丝设备及控制系统

权利要求书

1.一种桌面式小型化自动铺丝设备，其特征在于：包括有外支撑架（1）、三轴平动平台（2）、送丝机构组件（3）、桌面铺放台（4）、铺丝头机构组件（5）和摇篮机构组件（6）；

外支撑架（1）是由铝型材搭接形成的矩形框架结构；

外支撑架（1）的Y轴B支撑杆（1P2）上安装有送丝电机连接板（3B2），该送丝电机连接板（3B2）上安装有送丝电机（3B）；

外支撑架（1）的Y轴B支撑杆（1P3）上安装有导向轮支架（3A1），该导向轮支架（3A1）上安装有导向轮（3A）；

外支撑架（1）的Y轴D支撑杆（1P4）上安装有A卷轴支撑座（3J）和B卷轴支撑座（3K）；

外支撑架（1）的X轴A支撑杆（1Q1）上安装有AA连接件（1R1）和AB连接件（1R2）；外支撑架（1）的X轴B支撑杆（1Q2）上安装有AC连接件（1R3）和AD连接件（1R4）；X轴A支撑杆（1Q1）与X轴B支撑杆（1Q2）保持平行；通过四个连接件将三轴平动平台（2）的X轴A导轨（2A）、X轴B导轨（2B）固定安装在外支撑架（1）的上方；

三轴平动平台（2）的X轴方向设有A同步带（2B1）和B同步带（2B2）；A同步带（2B1）安装在A同步带壳体（2B11）中，A同步带壳体（2B11）的下方固定在AA连接件（1R1）和AB连接件（1R2）上，AA连接件（1R1）和AB连接件（1R2）安装在外支撑架（1）的X轴A支撑杆（1Q1）上；B同步带（2B2）安装在B同步带壳体（2B21）中，B同步带壳体（2B21）的下方固定在AC连接件（1R3）和AD连接件（1R4）上；AC连接件（1R3）和AD连接件（1R4）安装在外支撑架（1）的X轴B支撑杆（1Q2）上；A同步带（2B1）与B同步带（2B2）由X轴驱动电机（2B）同步驱动；X轴驱动电机（2B）为42步步进电机；X轴驱动电机（2B）的输出轴通过联轴器连接在连杆（2B3）的一端，连杆（2B3）的另一端穿过B同步带传动齿轮（2B5）和A同步带传动齿轮（2B4），B同步带传动齿轮（2B5）上啮合了B同步带（2B2），A同步带传动齿轮（2B4）上啮合了A同步带（2B1）；在X轴驱动电机（2B）的驱动下，带动连杆（2B3）运动，进而带动A同步带（2B1）和B同步带（2B2）运动，使得三轴平动平台（2）的Y轴方向和Z轴方向上的器件实现X轴方向的移动；

三轴平动平台（2）的Y轴方向设有Y轴驱动电机（2C）、Y轴丝杠（2C1）、Y轴丝杠滑块（2C2）、Y轴丝杠架（2C3）、同步带A运动件（2C4）和同步带B运动件（2C5）；Y轴丝杠架（2C3）的下方安装在同步带A运动件（2C4）和同步带B运动件（2C5）上，同步带A运动件（2C4）套接在B同步带（2B2）上，同步带B运动件（2C5）套接在A同步带（2B1）上，Y轴丝杠架（2C3）上安装有Y轴丝杠（2C1），Y轴丝杠滑块（2C2）套接在Y轴丝杠（2C1）上，Y轴丝杠滑块（2C2）的外壳固定在Z轴丝杠架（2D3）的一侧；Y轴丝杠（2C1）的一端通过联轴器连接在Y轴驱动电机（2C）的输出轴上，Y轴丝杠（2C1）经Y轴驱动电机（2C）驱动后转动，进而带动Z轴丝杠架（2D3）在Y轴方向上运动；Y轴驱动电机（2C）为42步步进电机；

三轴平动平台（2）的Z轴方向设有Z轴驱动电机（2D）、Z轴丝杠（2D1）、Z轴丝杠滑块（2D2）、Z轴丝杠架（2D3）、Z轴连接件（2A）；Z轴丝杠（2D1）套接在Z轴丝杠滑块（2D2）上；Z轴连接件（2A）安装在Z轴丝杠滑块（2D2）的外壳上；Z轴驱动电机（2D）安装在Z轴丝杠架（2D3）的一端，Z轴丝杠（2D1）的一端通过联轴器连接在Z轴驱动电机（2D）的输出轴上，Z轴丝杠（2D1）经Z轴驱动电机（2D）驱动后转动，进而带动Z轴连接件（2A）在Z轴方向上运动；Z轴驱动电机（2D）为42步步进电机；Z轴连接件（2A）与铺丝头机构组件（5）的绕Y轴旋转电机（5A）的机壳固定；

送丝机构组件（3）包括有送丝单元、纤维导向单元和纤维卷筒单元；

送丝单元由送丝电机（3B）、压轮（3C）、H型轴承（3D）和送丝电机连接板（3B2）组成；

送丝电机连接板（3B2）为T型结构，送丝电机连接板（3B2）的一面板固定在Y轴B支撑杆（1P2）上，送丝电机连接板（3B2）的另一面板固定有送丝电机（3B）；送丝电机连接板（3B2）上设有CA通孔（3B2A）和CB通孔（3B2B）；CA通孔（3B2A）用于送丝电机输出轴（3B1）穿过，送丝电机（3B）的输出轴（3B1）上套接有压轮套（3C2），压轮套（3C2）通过顶钉（3C1）固定在送丝电机（3B）的输出轴（3B1）上，压轮套（3C2）的外部连接有压轮（3C）；送丝电机连接板（3B2）上设有的CA过纤耳（3B21）的中心是CA过纤孔（3B22），CA过纤孔（3B22）用于预浸纤维丝穿过，并且硅胶导管的一端插接在CA过纤孔（3B22）中；送丝电机连接板（3B2）上设有的CB过纤耳（3B23）的中心是CB过纤孔（3B24），CB过纤孔（3B24）用于预浸纤维丝穿过；

H型轴承柱（3D1）穿过H型轴承（3D）的中心通孔后安装在送丝电机连接板（3B2）的CB通孔（3B2B）中；H型轴承（3D）的H空间里用于放置压轮（3C）的外轮面；当压轮（3C）在送丝电机（3B）的驱动下转动时，纤维穿过H型轴承（3D）与压轮（3C）之间的空隙，实现压轮（3C）对纤维的熨平预整理；

纤维导向单元由导向轮（3A）和导向轮支架（3A1）组成；导向轮支架（3A1）固定安装在Y轴C支撑杆（1P3）上，导向轮支架（3A1）上安装有导向轮（3A）；导向轮（3A）用于实现对纤维的方向进行控制；

纤维卷筒单元包括有纤维卷轴（3E）、A锥形楔块（3G）、B锥形楔块（3F）、阻尼器（3H）、A卷轴支撑座（3J）和B卷轴支撑座（3K）；

纤维卷轴（3E）为通孔圆环结构，纤维卷轴（3E）的一端内安装有A锥形楔块（3G），纤维卷轴（3E）的另一端内安装有B锥形楔块（3F）；

B锥形楔块（3F）的一端是锥形圆柱，另一端是圆柱轴（3F1）；该圆柱轴（3F1）上套接有滚珠轴承（3K2），滚珠轴承（3K2）安装在B卷轴支撑座（3K）的CD通孔（3K1）内；该B锥形楔块（3F）的锥形圆柱安装在纤维卷轴（3E）的另一端；

A卷轴支撑座（3J）和B卷轴支撑座（3K）的结构相同；A卷轴支撑座（3J）的一端固定在Y轴D支撑杆（1P4）的一端，B卷轴支撑座（3K）的一端固定在Y轴D支撑杆（1P4）的另一端；A卷轴支撑座（3J）的另一端上设有CC通孔（3J1），该CC通孔（3J1）内安装有阻尼器（3H）的轴杆，阻尼器（3H）的圆环端面固定在A锥形楔块（3G）的圆面板上；B卷轴支撑座（3K）的另一端上设有CD通孔（3K1），该CD通孔（3K1）内安装有滚珠轴承（3K2）；

压轮（3C）与H型轴承（3D）之间的上方是CA过纤耳（3B21），CA过纤耳（3B21）的CA过纤孔（3B22）中插接安装有硅胶导管的一端，硅胶导管的另一端安装在加热头安装座（5N）的加热头纵向安装板（5N2）的通孔内；在工作时，预浸料纤维经纤维卷轴（3E）、导向轮（3A）、H型轴承（3D）与压轮（3C）之间的H型孔、硅胶导管、A加热头（5E）与B加热头（5F）之间的孔后，从压辊（5J）下方与桌面铺放台（4）之间的间隙，实现平铺在桌面铺放台（4）；预浸纤维丝在送丝电机带动压轮（3C）转动下，在压轮（3C）和H型轴承（3D）的挤压下，预浸料纤维向桌面铺放台（4）进给，预浸纤维丝在硅胶导管中实现纤维进给的功能；

阻尼器（3H）的活动端安装在A卷轴支撑座（3J）的CC通孔（3J1）中，阻尼器（3H）的圆盘通过螺丝固定在A锥形楔块（3G）上，通过阻尼器（3H）的阻尼作用可有效防止纤维卷轴（3E）上缠绕的预浸纤维丝散开；纤维卷轴（3E）为圆筒形结构，在出丝过程中纤维的横向摆动较大，需经过导向轮（3A）过渡后送入送丝机构；导向轮（3A）能够起到限制纤维横向位移和延长纤维卷轴到送丝机构纤维行程的作用；

桌面铺放台（4）为一圆形的圆盘结构，是用于平铺预浸纤维丝的；桌面铺放台（4）能够随摇篮机构组件（6）进行运动，实现平铺预浸纤维丝时的摆放位置调节；

铺丝头机构组件（5）包括有绕Y轴旋转电机（5A）、EA连接件（5B）、减速器（5C）、EB连接件（5D）、A加热头（5E）、B加热头（5F）、加热棒（5G）、风扇（5H）、压辊（5J）、压辊连接件（5K）、弹簧（5L）、直线舵机（5M）、加热头安装座（5N）、剪丝电机安装座（5P）、舵机外壳（5Q）、剪丝电机（5R）、刀片安装座（5S）、上刀片（5T）、下刀片（5U）；

A加热头（5E）与B加热头（5F）的结构相同，且相对固定安装在一起；A加热头（5E）上设有EA凸起圆孔（5E3），A加热头（5E）的中部设有EA过纤槽（5E1），A加热头（5E）的下端设有EA出纤嘴（5E2），该EA出纤嘴（5E2）的嘴口为斜切面，是与圆形的压辊（5J）的圆面紧配合的；B加热头（5F）上设有EB凸起圆孔（5F3），B加热头（5F）的中部设有EB过纤槽（5F1），B加热头（5F）的下端设有EB出纤嘴（5F2），该EB出纤嘴（5F2）的嘴口为斜切面，是与圆形的压辊（5J）的圆面紧配合的；EA凸起圆孔（5E3）与EB凸起圆孔（5F3）中放置加热棒（5G），加热棒（5G）用于对出纤处的预浸纤维丝进行加热；EA过纤槽（5E1）与EB过纤槽（5F1）共形后形成圆形纤槽，圆形纤槽用于预浸纤维丝的一端穿过；EA出纤嘴（5E2）与EB出纤嘴（5F2）用于经圆形纤槽后的预浸纤维丝的一端出纤；

加热头安装座（5N）上设有加热头横向安装座（5N1）和加热头纵向安装座（5N2）；加热头纵向安装座（5N2）上设有EA通孔（5N3），该EA通孔（5N3）的上接口处插接有硅胶导管，预浸纤维丝的一端穿过硅胶导管后且经EA通孔（5N3）穿过，到达A加热头（5E）与B加热头（5F）；加热头纵向安装座（5N2）上固定有下刀片（5U）；加热头横向安装座（5N1）固定在剪丝电机安装座（5P）上，且加热头横向安装座（5N1）的下方固定有A加热头（5E）的上端与B加热头（5F）的上端；A加热头（5E）与B加热头（5F）的外侧面上固定有风扇（5H）；

压辊连接件（5K）的上端是圆柱段（5K1），该圆柱段（5K1）上设有EA盲孔，EA盲孔内放置有弹簧（5L）和直线舵机（5M）的输出轴；压辊连接件（5K）的下端是EB通孔（5K2），压辊轴（5J1）的一端穿过压辊（5J）的中心孔后固定在EB通孔（5K2）中；

直线舵机（5M）放置在舵机外壳（5Q）中，且通过剪丝电机安装座（5P）盖紧后固定；直线舵机（5M）的输出轴安装在压辊连接件（5K）的圆柱段（5K1）内；剪丝电机安装座（5P）的上端安装有剪丝电机（5R），舵机外壳（5Q）的侧面板上安装有EB连接件（5D）的下端；

Z轴连接件（2A）上设有A面板（2A1）和B面板（2A2），A面板（2A1）上设有BA通孔（2A3），BA通孔（2A3）用于减速器（5C）穿过；减速器（5C）连接在绕Y轴旋转电机（5A）的输出轴上，且减速器（5C）与绕Y轴旋转电机（5A）之间设有开口的EA连接件（5B）；通过螺钉将减速器（5C）的机壳、EA连接件（5B）、绕Y轴旋转电机（5A）的机壳固定在Z轴连接件（2A）的A面板（2A1）上；Z轴连接件（2A）的B面板（2A2）上固定有Z轴丝杠滑块（2D2）；减速器（5C）的另一端固定在EB连接件（5D）的上端；

刀片安装座（5S）为T型结构，刀片安装座（5S）的上端设有用于剪丝电机（5R）的输出轴穿过的EC通孔，刀片安装座（5S）的下端固定有上刀片（5T）；下刀片（5U）固定在加热头安装座（5N）的加热头纵向安装座（5N2）上；剪丝电机（5R）的机壳固定在剪丝电机安装座（5P）的上端；上刀片（5T）与下刀片（5U）在初始位置时存在有0.2 cm～0.5 cm的上下间距；上刀片（5T）与下刀片（5U）在剪丝电机（5R）的作用下实现纤维的剪断；

直线舵机（5M）和压辊连接件（5K）间放置压簧（5L）；直线舵机（5M）通过控制输出轴的伸长量来控制压簧（5L）的压缩量，进而控制铺丝头出纤的输出压力；

剪丝电机（5R）、刀片安装座（5S）、上刀片（5T）、下刀片（5U）、加热头安装座（5N）形成剪切部分；当需要剪断纤维时，剪丝电机（5R）带动上刀片（5T）向下刀片（5U）方向运动，在上刀片（5T）和下刀片（5U）的刀刃切割下，实现剪断纤维的功能；

摇篮机构组件（6）包括有三角形连接件（6A）、摆动驱动电机（6B）、FA减速器（6B1）、连接盘（6C）、FA滚珠轴承（6D）、FA轴承端盖（6E）、FB滚珠轴承（6F）、FB轴承端盖（6G）、FB减速器（6H）、绕Z轴旋转电机（6J）、摇篮安装座（6K）、摇篮支撑座（6L）和摇篮外壳（6M）；

摇篮支撑座（6L）的FA支臂（6L1）上设有FA通孔（6L2），FA通孔（6L2）内安装有FA滚珠轴承（6D），且FA滚珠轴承（6D）套接在FA轴承端盖（6E）的FA轴承段（6E1）上；摇篮支撑座（6L）的FB支臂（6L3）上设有FB通孔（6L4），FB通孔（6L4）内安装有FB轴承端盖（6G），且FB轴承端盖（6G）的FB轴承段（6G1）上套接B滚珠轴承（6F）；摇篮支撑座（6L）的FA横板（6L5）固定在外支撑架（1）底部的Y轴E支撑杆（1P5）与Y轴F支撑杆（1P6）之间；摇篮支撑座（6L）沿外支撑架（1）的X轴方向安装；

摇篮安装座（6K）的FC支臂（6K1）上设有FC通孔（6K2），FC通孔（6K2）内安装有FA轴承端盖（6E），该FA轴承端盖（6E）的FA轴承段（6E1）上套接有FA滚珠轴承（6D），FA轴承端盖（6E）的中心通孔（6E2）中安装有FA减速器（6B1）的输出端；摇篮安装座（6K）的FD支臂（6K3）上设有FD通孔（6K4），FD通孔（6K4）内安装有B滚珠轴承（6F）；摇篮安装座（6K）的FB横板（6K5）上设有FE通孔（6K6），该FE通孔（6K6）内安装有FB减速器（6H），FB减速器（6H）的输出端上安装有三角形连接件（6A）；摇篮安装座（6K）的FC支臂（6K1）和FD支臂（6K3）上安装有摇篮外壳（6M）；

绕Z轴旋转电机（6J）的输出轴与FB减速器（6H）的连接端固定连接；

摆动驱动电机（6B）的输出轴与FA减速器（6B1）的连接端固定连接；FA减速器（6B1）的输出端通过键与键槽的配合固定安装在FA轴承端盖（6E）的中心通孔（6E2）中。