[发明专利]空心轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维零件加工成型领域，涉及一种用于碳纤维零件缠绕成型的空心 轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置。

背景技术

碳纤维既具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，具有优异的 力学性能，近年来被广泛应用于航空、航天、汽车、化工、能源、交通、建筑、电子、 体育运动器材等领域。

目前，已经成熟的碳纤维应用形式有四种，即碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸 料坯和切短纤维。碳纤维主要以“缠绕成形法”应用为主。碳纤维织物是碳纤维重要 的应用形式，可分为碳纤维机织物、碳纤维针织物、碳纤维毡和碳纤维异型织造织物。 碳纤维织物主要以“树脂转注成形法(RTM也称真空辅助成型工艺)”应用为主。预浸 料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列或碳纤维织物经树脂浸泡，加热和塑化，使其 转化成片状的一种产品。切短纤维是指将PAN基碳纤维长丝切成数毫米长的短纤维， 与塑料、金属、橡胶等材料进行复合，以增加材料的强度和耐磨性。目前，国内碳纤 维产品的应用形式主要以碳纤维织物或碳纤维预浸料为主，其中碳纤维预浸料生产自 动化程度较低，需要人工成本比较大，碳纤维编织物对于外形稍微复杂点物体，编织 比较困难，难以实现大规模生产。所以，碳纤维产品大规模自动化生产，选择碳纤维 缠绕成型法，具体现实可行的意义。

目前市场上已有的传统碳纤维缠绕机构缠绕过程中丝嘴处于被动配合状态中，针 对芯模形状复杂的情况，不能够很好地进行缠绕工作，需要新型的碳纤维缠绕机构。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够提高缠绕效率，同时保证缠绕零件复杂性的空心 轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置。

技术方案：本发明的空心轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置，包括支撑联接架、设 置在所述支撑联接架上侧的丝嘴旋转组件、设置在支撑联接架下侧的丝嘴缠绕组件。 所述丝嘴旋转组件包括固定在支撑联接架上的偏转电机、由所述偏转电机驱动的左同 步带轮、固定在支撑联接架上的轴承端盖、与所述轴承端盖过盈配合的上轴承和下轴 承、安装在所述上轴承和下轴承中的吊杆轴、设置在所述吊杆轴上的右同步带轮，左 同步带轮和右同步带轮通过两者之间设置的偏转同步带进行传动。

所述丝嘴缠绕组件包括设置在支撑联接架下方的转环支撑架、固定在所述转环支 撑架上的旋转电机、由所述旋转电机驱动的上同步带轮、设置在转环支撑架下侧的固 定轴承、与所述固定轴承过盈配合的转环轴、安装在所述转环轴上的下同步带轮、联 接在所述转环轴上的转盘，所述上同步带轮和下同步带轮通过两者之间设置的旋转同 步带进行传动，所述转盘的侧面边缘设置有碳纤维丝架和丝嘴，所述碳纤维丝架上放 置的碳纤维丝带通过丝嘴并在转盘旋转的作用下缠绕样件芯模的表面。

进一步的，本发明装置中，丝嘴缠绕组件通过螺纹联接的方式固定在吊杆轴下端， 通过吊杆轴的旋转将丝嘴缠绕组件转到指定位置。

本发明中，支撑联接架用于将整体装置固定在三坐标平台或多自由度机械手臂 上，丝嘴旋转组件用于实现整体装置根据所需缠绕样件的截面形状进行偏转，丝嘴缠 绕组件用于将碳纤维丝带缠绕在所需缠绕样件芯模表面。

作为一种实施例，所述支撑联接架可固定联接在三坐标运动平台或多自由度机械 手臂上，使丝嘴可以达到指定空间位置，且配合限位传感器，控制运动范围，起到保 险作用。

作为一种实施例，所述丝嘴缠绕组件通过螺纹联接的方式固定在吊杆轴上，通过 吊杆轴的旋转实现丝嘴缠绕组件旋转到指定位置。

作为一种实施例，所述碳纤维丝架自带阻尼的张力控制系统，使得碳纤维丝带能 够以恒定的张力缠绕样件芯模的表面。

作为一种实施例，空心轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置的控制方法，由上位机 PC和下位机单片机协调控制组成，上位机解析样件生成G代码，通过RS232通信协 议传输到下位机，下位机作为执行机构，将G代码转换成电机运动控制信号，实现对 应的缠绕运动控制。

本发明将传统的碳纤维缠绕机构注入空心轮结构，丝嘴位于空心轮结构上，空心 轮结构根据芯模形状选择合适角度，在丝嘴的引导作用下围绕芯模旋转。一方面提高 缠绕效率，另一方面保证缠绕零件的复杂性。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：