一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备

一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备

　　技术领域

　　本实用新型涉及复合材料立体预制体的制造技术，具体为一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备。

　　背景技术

　　三维针刺成型技术分为平面预制件针刺成型和复杂构件(异型)预制件针刺成型。平面预制件针刺成型研究较为广泛，专利U.S.Patent 4790052公开了平板预制件针刺成型技术，该技术可实现预制件的均匀针刺成型；专利U.S.Patent 600960公开了一种圆形针刺机，该机器利用螺旋变形带来制备复合材料刹车盘的预制件；专利U.S.Patent 7251871公开了一种环形预制件制备机器，该机器直接利用商业纱线制备环形预制件，节省制备螺旋带的中间环节，从而降低了生产制造成本。以上的针刺技术属于平面针刺成型技术，适合制备形状较为简单的平面预制体。

　　对于异型预制件针刺成型技术，专利U.S.Patent 4621662公开了“Novoltex”针刺成型技术，该技术利用针刺纤维带制备轴对称非圆柱形状的预制件，特别用于制造发动机喷管尾锥复合材料的增强体；专利CN202898738U公开了一种异型数控针刺机，用于特定品形的壳体回转预制体针刺成型制备；专利CN105755680A公开了一种机器人针刺设备，用于复杂多曲率曲面形状预制件制备。虽然上述针刺设备可以满足回转预制体的针刺成形制备，但是由于采用单个小针板进行针刺，针刺效率相对较低，对于大尺寸回转预制体的高效率自动化针刺成型存在局限性。

　　实用新型内容

　　针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备。该设备结构简单，采用双针刺头对称结构，可以满足大尺寸回转预制体的高效率自动化针刺成型。

　　本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备，包括芯模、回转工作台；所述回转工作台卡盘上安装有芯模；其特征在于所述针刺机还包括长方形机架、左半区三轴联动组件、右半区三轴联动组件；所述的左半区三轴联动组件包括X轴直线运动组件、Y轴直线运动组件、针刺头摆动运动组件；所述的X轴直线运动组件通过螺纹与长方形机架连接；所述的Y轴直线运动组件通过螺纹安装在X轴直线运动组件的大板上；所述的针刺头摆动运动组件通过螺纹连接安装在Y轴直线运动组件的导轨滑块连接板上；所述的右半区三轴联动组件和左半区三轴联动组件完全对称，具有相同的机械结构；

　　所述的X轴直线运动组件包括X轴电机丝杠模组、丝杠螺母座、大板、下直线轴承座、下立板、上立板、上直线轴承座、上导向轴、下导向轴；所述的X轴电机丝杠模组通过螺纹与长方形机架连接；所述的丝杠螺母座通过螺纹连接安装在大板上；所述的大板通过螺纹连接安装在上直线轴承座和下直线轴承座上；所述的上直线轴承座和下直线轴承座上安装有直线轴承，并套入上导向轴和下导向轴；所述的上导向轴和下导向轴通过孔轴过渡配合分别安装在上立板和下立板上；所述的上立板和下立板通过螺纹连接安装在长方形机架上；

　　所述的Y轴直线运动组件包括Y轴电机丝杠模组、丝杠螺母座、底板、直线导轨、导轨滑块、导轨滑块连接板、支撑板；所述的Y轴电机丝杠模组通过螺纹连接安装在底板上；所述的底板通过螺纹与支撑板连接；所述的支撑板通过螺纹与大板连接；所述的丝杠螺母座通过螺纹连接安装在导轨滑块连接板上；所述的直线导轨通过螺纹连接安装在底板上；所述的导轨滑块套入直线导轨上；所述的导轨滑块连接板通过螺纹连接安装在导轨滑块的上表面上；

　　所述的针刺头摆动运动组件包括上面板、轴承座、连接法兰、联轴器、减速器安装板、行星减速器、伺服电机、旋转轴、轴承、针刺头；所述的上面板通过螺纹连接安装在导轨滑块连接板上；所述的轴承座通过螺纹与上面板连接；所述的减速器安装板通过螺纹与上面板连接；所述的行星减速器通过螺纹安装在减速器安装板上；所述的伺服电机通过螺纹与行星减速器连接；所述的轴承分别安装在轴承座和导轨滑块连接板上；所述的旋转轴通过轴孔过渡配合安装在轴承上；所述的连接法兰通过键连接安装在旋转轴上；所述的针刺头通过螺纹连接安装在连接法兰上。

　　与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：采用双针刺头对称结构，大大提高了针刺效率，可以满足大尺寸回转预制体的高效率自动化针刺成型。

　　附图说明

　　图1是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备一种实施例的正面整体结构示意图；

　　图2是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备一种实施例的背面整体结构示意图；

　　图3是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备一种实施例的针刺头摆动运动组件整体结构示意图；

　　图4是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备一种实施例的针刺头摆动运动组件局部结构示意图；

　　图5是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备一种实施例的Y轴直线运动组件的局部结构示意图；

　　图6是本实用新型一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备实施例1的预制体结构示意图。(图中1、长方形机架；2、Y轴直线运动组件；2.1、Y轴电机丝杠模组；2.2、丝杠螺母座；2.3、底板；2.4、直线导轨；2.5、直线导轨；2.6、支撑板；2.7、支撑板；2.8、支撑板；2.9、导轨滑块；2.10、导轨滑块连接板；3、针刺头摆动运动组件；3.2、上面板；3.3、轴承座；3.4、连接法兰；3.6、联轴器；3.7、减速器安装板；3.8、行星减速器；3.9、伺服电机；3.10、旋转轴；3.11、轴承；3.12、轴承；4、针刺头；5、回转工作台；6、芯模；7、X轴直线运动组件；7.1、X轴电机丝杠模组；7.2、丝杠螺母座；7.3、大板；7.4、下直线轴承座；7.5、下直线轴承座；7.6、下立板；7.7、下立板；7.8、上立板；7.9、上导向轴；7.10、上直线轴承座；7.11、上直线轴承座；7.12、上立板；7.13、下导向轴；10、底毡；11、预制体；12、初始位置；13、针刺头；14、初始位置)

　　具体实施方式

　　下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

　　本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种双头对称回转预制体柔性针刺成形装备(参见图1-5，简称针刺机)，所述针刺机包括芯模6、回转工作台5；所述回转工作台5卡盘上安装有芯模6；其特征在于所述针刺机还包括长方形机架1、左半区三轴联动组件100、右半区三轴联动组件200；所述的左半区三轴联动组件100包括X轴直线运动组件7、Y轴直线运动组件2、针刺头摆动运动组件3；所述的X轴直线运动组件7通过螺纹与长方形机架1连接；所述的Y轴直线运动组件2通过螺纹安装在X轴直线运动组件7的大板7.3上；所述的针刺头摆动运动组件3通过螺纹连接安装在Y轴直线运动组件2的导轨滑块连接板2.10上；所述的右半区三轴联动组件200和左半区三轴联动组件100完全对称，具有相同的机械结构；

　　所述的X轴直线运动组件7包括X轴电机丝杠模组7.1、丝杠螺母座7.2、大板7.3、下直线轴承座(7.4和7.5)、下立板(7.6和7.7)、上立板(7.8和7.12)、上直线轴承座(7.10和7.11)、上导向轴7.9、下导向轴7.13；所述的X轴电机丝杠模组7.1通过螺纹与长方形机架1连接；所述的丝杠螺母座7.2通过螺纹连接安装在大板7.3上；所述的大板7.3通过螺纹连接安装在上直线轴承座(7.10和7.11)和下直线轴承座(7.4和7.5)上；所述的上直线轴承座(7.10和7.11)和下直线轴承座(7.4和7.5)上安装有直线轴承，并套入上导向轴7.9和下导向轴7.13；所述的上导向轴7.9和下导向轴7.13通过孔轴过渡配合分别安装在上立板(7.8和7.12)和下立板(7.6和7.7)上；所述的上立板(7.8和7.12)和下立板(7.6和7.7)通过螺纹连接安装在长方形机架1上；

　　所述的Y轴直线运动组件2包括Y轴电机丝杠模组2.1、丝杠螺母座2.2、底板2.3、直线导轨(2.4和2.5)、导轨滑块2.9、导轨滑块连接板2.10、支撑板(2.6、2.7和2.8)；所述的Y轴电机丝杠模组2.1通过螺纹连接安装在底板2.3上；所述的底板2.3通过螺纹与支撑板(2.6、2.7和2.8)连接；所述的支撑板(2.6、2.7和2.8)通过螺纹与大板7.3连接；所述的丝杠螺母座2.2通过螺纹连接安装在导轨滑块2.10连接板上；所述的直线导轨(2.4和2.5)通过螺纹连接安装在底板2.3上；所述的导轨滑块2.9套入直线导轨2.5上；所述的导轨滑块连接板2.10通过螺纹连接安装在导轨滑块2.9的上表面上；

　　所述的针刺头摆动运动组件3包括上面板3.2、轴承座3.3、连接法兰3.4、联轴器3.6、减速器安装板3.7、行星减速器3.8、伺服电机3.9、旋转轴3.10、轴承(3.11和3.12)、针刺头4；所述的上面板3.2通过螺纹连接安装在导轨滑块连接板2.10上；所述的轴承座3.3通过螺纹与上面板3.2连接；所述的减速器安装板3.7通过螺纹与上面板3.2连接；所述的行星减速器3.8通过螺纹安装在减速器安装板3.7上；所述的伺服电机3.9通过螺纹与行星减速器3.8连接；所述的轴承(3.11和3.12)分别安装在轴承座3.3和导轨滑块连接板2.10上；所述的旋转轴3.10通过轴孔过渡配合安装在轴承3.11和轴承3.12上；所述的连接法兰3.4通过键连接安装在旋转轴3.10上；所述的针刺头4通过螺纹连接安装在连接法兰3.4上。

　　本实用新型的工作原理和工作流程是：启动前，先铺放纤维毡；然后开机，针刺机按设定的PLC程序进行工作，左半区三轴联动组件100开始联动，针刺头摆动运动组件3带动针刺头4摆动至初始姿态；X轴直线运动组件7和Y轴直线运动组件2带动针刺头4到达初始位置；同理，右半区三轴联动组件200同步联动，带动针刺头13至初始位置和摆动到初始姿态；紧接针刺头4和针刺头13针刺一次，回转工作台5带动芯模6步进一定的角度，接着进行下一次针刺，针刺往复直至刺完一圈；然后，左半区三轴联动组件100和右半区三轴联动组件200同步带动针刺头4和针刺头13达到下一圈的针刺位置和姿态，进行下一圈的针刺，沿着回转预制体的母线进行一圈一圈的针刺，直至刺完一整层，然后停止；停机后，人工进行下一层纤维毡的铺放，然后重复进行下一层的针刺。

　　实施例1

　　使用所述一种回转预制体柔性针刺机织造一种锥形回转预制体(参见图6)。

　　材料：短切纤维毡，密度为100g/m2，厚度为0.8mm。

　　具体织造实施步骤是：

　　(1)在芯模6上套上底毡10。

　　(2)在底毡10上铺上一层短切纤维毡11。

　　(3)启动机器，设备按设定的PLC程序进行工作，左半区三轴联动组件100开始联动，针刺头摆动运动组件3带动针刺头4摆动至初始姿态；X轴直线运动组件7和Y轴直线运动组件2带动针刺头4到达初始位置12；同理，右半区三轴联动组件200同步联动，带动针刺头13至初始位置14和摆动到初始姿态；紧接针刺头4和针刺头13针刺一次，回转工作台5带动芯模6步进一定的角度，接着进行下一次针刺，针刺往复直至刺完一圈；然后，左半区三轴联动组件100和右半区三轴联动组件200同步带动针刺头4和针刺头13达到下一圈的针刺位置和姿态，进行下一圈的针刺，沿着回转预制体的母线进行一圈一圈的针刺，直至刺完一整层，然后停止。

　　(4)单层针刺完，铺上新的一层短切纤维毡，循环步骤(3)，进行下一层的针刺，直到达到预定的预制体厚度。

　　本实用新型未述及之处适用于现有技术。