[发明专利]一种3D纤维编织与缠绕一体成型装置及其使用方法

说明书

本申请提供一种3D纤维编织与缠绕一体成型装置及其使用方法，属于复合材料成型技术领域。包括连接柱、转盘传动机构、中心盘、转盘、携纱器固定底盘、携纱器运动轨道、携纱器、轨道传动机构、多自由度机械手、滑座、滑轨。本申请3D纤维编织与缠绕一体成型装置结构合理，对编织、缠绕及二者组合的织物成型工作的便捷高效完成具有重大意义。

技术领域

本申请涉及一种3D纤维编织与缠绕一体成型装置及其使用方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

具备高比强度的复合材料被广泛地应用于汽车、航空、海洋等工程领域。对应的产品如复合材料增强体一般采用编织、缠绕、机织、针织等方式制造，其中纤维编织和缠绕是制造管件、压力容器、圆筒等复合材料构件的常用方法。

缠绕结构通过单向铺设的高轴向弹性模量丝束形成较高面内力学性能，但其抗面外冲击性能较差：

1）铺层角度差异导致层间刚度不匹配，因此冲击载荷下容易诱发分层损伤；

2）裂纹在纤维卷曲率较低的单向结构中极易扩展，因此导致其冲后性能显著下降。

编织结构丝束交织具有准各向同性刚度可抑制层间分层，并且裂纹扩展往往在丝束交织点发生偏转，因此其抗冲击性能优异。然而交织纱线的较高纤维曲率也在一定程度上降低了其面内力学性能。

因此，在实际生产及科学研究领域，时常需要两种纺织结构相配合以制造出强度更高、性能更稳定的复合材料构件。而在目前的生产中，要实现该两种纺织结构的配合多采用的是将缠绕机和编织机两个机器联动的工作方式，但该工作方式需要不断拆卸安装锭轴，在生产效率降低的同时也增大了人力成本，由此，迫切需要可同时实现复合材料纤维编织和缠绕的装置。

同时，传统的纤维编织和纤维缠绕方式中，机器是以一定速度传送纱线的同时控制芯轴运动的方式进行。一方面该方式对于缠绕角度的控制不够精准，成品质量不够高；另一方面该方式对于芯轴的尺寸、放置位置均有限制，不适于大型、异形构件。

因此，为解决上述问题，很有必要提供一种创新的结合编织和缠绕两种结构的可实现3D纺织的机器装置，以克服现有技术中3D纤维编织与缠绕方式的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本申请首先提供一种3D纤维编织与缠绕成型一体装置，其能在多个维度上准确、高效、便捷地完成纤维编织和缠绕两种工作，且适用于大型异形构件的编织、缠绕。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种3D纤维编织与缠绕一体成型装置，包括连接柱、转盘传动机构、转盘电机、中心盘、转盘、携纱器固定底盘、携纱器运动轨道、携纱器、滚轮、固定支架、轨道传动机构、多自由度机械手、滑座、滑轨。

所述连接柱连接多自由度机械手和中心盘，使多自由度机械手带动中心盘进行运动。

所述中心盘上安装有固定支架、滚轮、转盘电机、转盘传动机构；所述滚轮的凹槽内安置转盘。

所述转盘上安装有携纱器运动轨道。

所述携纱器运动轨道上安装携纱器固定底盘。

所述携纱器由携纱器运动轨道和携纱器固定底盘夹持。

所述转盘传动机构通过转盘电机驱动转盘从而带动携纱器运动轨道、携纱器固定底盘及携纱器同时进行环转。

所述轨道传动机构安装于携纱器运动轨道非工作面，带动携纱器运动轨道运行。

所述滑座上放置多自由度机械手，并与滑轨之间相对滑动。

进一步的，作为优选：

所述滚轮呈环形安装在中心盘上，并夹持所述转盘。

所述携纱器运动轨道通过螺栓固定在转盘上，转盘外径大于携纱器运动轨道外径。