一种碳纤维自动编织装置
技术领域
本实用新型属于编织设备领域，具体涉及一种高效碳纤维自动编织装置，该编织装置主要用于碳纤维材料的编织，编织后的碳纤维材料再经过后续加工形成胚件，以代替钢材，该胚件再经过后期加工制成特定工件，以应用到航天、航空以及民用工业新材料领域。
背景技术
众所周知，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料，可代替钢材。目前碳纤维在航天、航空等国防尖端技术中被广泛用于碳纤维增强树脂基复合材料的增强体，也是民用工业更新换代的新材料。碳纤维在织物经向和纬向张力均匀的前提下，可以制成各类功能和结构特性的片材和预制件。
现有技术中，编织材料为纤维的自动化编织设备本身相对较少，通常采用人工编织，使得碳纤维编织困难、编织的效率非常有限，不能满足大量碳纤维编织的需求。
鉴于此，提供一种碳纤维自动编织装置，便成为本实用新型所要研究的课题。
发明内容
本实用新型提供一种碳纤维自动编织装置，其目的在于：解决现有技术中采用人工编织困难、编织效率低的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种碳纤维自动编织装置，包括：
钢针矩阵，该钢针矩阵由若干钢针按照长方阵列排列而成，用于为编织织物成型提供载体；
第一纤维喂入机构，该第一纤维喂入机构包括第一钢片组、第一锁边杆以及第二锁边杆，所述第一钢片组由若干片平行间隔排列的第一穿纱钢片组成，每片第一穿纱钢片上均开设有用于穿入纤维的第一穿线孔，针对第一钢片组设有第一水平直线往复机构，该第一水平直线往复机构用于驱动第一钢片组水平伸入或退出所述钢针矩阵；所述第一锁边杆和第二锁边杆分设于第一钢片组的两侧，针对每个锁边杆均设有一第二水平直线往复机构和第一升降机构；其中，所述第一钢片组的水平运动方向与第一锁边杆、第二锁边杆的水平运动方向平行；
第二纤维喂入机构，该第二纤维喂入机构包括第二钢片组、第三锁边杆以及第四锁边杆，所述第二钢片组由若干片平行间隔排列的第二穿纱钢片组成，每片第二穿纱钢片上均开设有用于穿入纤维的第二穿线孔，针对第二钢片组设有第三水平直线往复机构，该第三水平直线往复机构用于驱动第二钢片组进入或退出所述钢针矩阵；所述第三锁边杆和第四锁边杆分设于第二钢片组的两侧，针对每个锁边杆均设有一第四水平直线往复机构和第二升降机构；其中，所述第二钢片组的水平运动方向与第三锁边杆、第四锁边杆的水平运动方向平行；
其中，所述第一纤维喂入机构和第二纤维喂入机构分设于钢针矩阵的相邻两侧，定义第一纤维喂入机构的喂入方向沿水平的X轴方向，定义第二纤维喂入机构的喂入方向沿水平的Y轴方向，且X轴方向与Y轴方向垂直；
下压机构，该下压机构包括一下压板，该下压板上设置在钢针矩阵上，并开设有若干沿竖直方向用于穿设钢针矩阵的通孔，针对所述下压板设有第三升降机构，该第三升降机构用于驱动下压板下压，以将喂入钢针矩阵中编织的纤维进行下压。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述第一纤维喂入机构还包括第一导向板，针对每个第一穿纱钢片所述第一导向板上均开有一沿第一钢片组运动方向布置的第一导向槽，所有第一导向槽均平行间隔布置，以供所有第一穿纱钢片穿设导向。
2、上述方案中，所述第二纤维喂入机构还包括第二导向板，针对每个第二穿纱钢片所述第二导向板上均开有一沿第二钢片组运动方向布置的第二导向槽，所有第二导向槽均平行间隔布置，以供所有第二穿纱钢片穿设导向。
3、上述方案中，所述第一纤维喂入机构还包括第一防卡纱结构，该第一防卡纱结构由至少两根横杆平行架设在第一导向板上方，用于防止纤维下垂卡入第一导向槽中；所述第二纤维喂入机构还包括第二防卡纱结构，该第二防卡纱结构由至少两根横杆平行架设在第二导向板上方，用于防止纤维下垂卡入第二导向槽中。
4、上述方案中，所述第一穿纱钢片具有身躯部和头部，在所述头部开设有一个以供第一锁边杆穿设的缺口，以使第一穿纱钢片的头部形成弯钩，所述头部的弯钩区域和所述身躯部靠近头部的一侧区域均开设有第一穿线孔，碳纤维纱线同时穿设在位于头部和位于身躯部的第一穿线孔中。
5、上述方案中，所述第二穿纱钢片具有身躯部和头部，在所述头部开设有一个以供第三锁边杆穿设的缺口，以使第二穿纱钢片的头部形成弯钩，所述头部的弯钩区域和所述身躯部靠近头部的一侧区域均开设有第二穿线孔，碳纤维纱线同时穿设在位于头部和位于身躯部的第二穿线孔中。
6、上述方案中，所述第一水平直线往复机构和/或第二水平直线往复机构采用下列机构之一：
（1）控制电机与丝杠螺母机构的组合，其中，控制电机为步进电机或伺服电机，控制电机与丝杠传动连接，输出轴作为驱动机构的作用端；
（2）直线电机，直线电机的动子作为作用端。
7、上述方案中，所述第三升降机构采用驱动电缸，所述驱动电缸的输出轴端穿过下压板上的通孔固定在用于架设钢针矩阵的机架上，所述驱动电缸的缸体固定在下压板上，以驱动下压板相对钢针矩阵下降而压合编织的纤维。
8、上述方案中，还包括一整体支撑机构，该整体支撑机构作用在钢针矩阵上，用于支撑并且驱动钢针矩阵整体下降。
本实用新型的工作原理及优点如下：本实用新型包括：钢针矩阵，该钢针矩阵由若干钢针按照长方阵列排列而成；第一、第二纤维喂入机构，每个纤维喂入机构包括钢片组、两组锁边杆以及锁边杆，钢片组由若干片平行间隔排列的穿纱钢片组成，针对钢片组设有水平直线往复机构，针对每个锁边杆均设有一水平直线往复机构和升降机构；第一纤维喂入机构和第二纤维喂入机构分设于钢针矩阵的相邻两侧，第一纤维喂入机构的喂入方向和第二纤维喂入机构的喂入方向垂直；下压机构，下压机构包括一下压板，该下压板上设置在钢针矩阵上，并开设有若干沿竖直方向用于穿设钢针矩阵的通孔，针对下压板设有第三升降机构。在一次铺纱编织下，两个纤维喂入机构交替进入和退出钢针矩阵一次，再进行压合，从而完成一次铺纱，以此类推，从而约铺越厚，之后，铺纱编织后的碳纤维再经过后续加工，最终形成胚件。
本实用新型的一种碳纤维自动编织装置，其构思巧妙、全机械设备、方便可靠，无需人工编织，能够大大提高编织效率，提高编织精准度、可靠性。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
附图1为本实施例碳纤维自动编织设备的立体结构示意图一；
附图2为本实施例碳纤维自动编织设备的立体结构示意图二；
附图3为本实施例碳纤维自动编织装置移除整体支撑机构的立体图；
附图4为本实施例碳纤维自动编织装置的立体结构的立体图一；
附图5为本实施例碳纤维自动编织装置的立体结构的立体图二；
附图6为本实施例中第一纤维喂入机构在第一状态下的立体图；
附图7为本实施例中第一纤维喂入机构在第二状态下的立体图；
附图8为本实施例中附图6中A处的局部放大图；
附图9为本实施例中穿纱钢片的结构示意图；
附图10为本实施例中穿纱钢片穿线后的结构示意图；
附图11为本实施例中放纱和导纱机构的立体结构示意图一；
附图12为本实施例中放纱和导纱机构的立体结构示意图二；
附图13为本实施例中碳纤维自动编织设备的俯视图。
以上附图中：1、自动编织装置；10、钢针矩阵；11、第一纤维喂入机构；110、第一钢片组；111、第一锁边杆；112、第二锁边杆；113、第一水平直线往复机构；114、第二水平直线往复机构；115、第一升降机构；116、第一导向板；117、第一防卡纱结构；12、第二纤维喂入机构；120、第二钢片组；121、第三锁边杆；122、第四锁边杆；123、第三水平直线往复机构；124、第四水平直线往复机构；125、第二升降机构；13、下压机构；130、下压板；131、第三升降机构；14、整体支撑机构；15、导轮组；2、第一放纱机构；20、第一辊轮；21、第一张力测试杆；3、第一导纱机构；4、第二放纱机构；5、第二导纱机构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：一种碳纤维自动编织装置
参见附图1、2、13，为一种碳纤维自动编织设备，该碳纤维自动编织设备包括自动编织装置1、第一放纱机构2、第一导纱机构3、第二放纱机构4以及第二导纱机构5。
其中，所述自动编织装置1包括：
钢针矩阵10，该钢针矩阵10由若干钢针按照长方阵列排列，并通过架子、盖板组装而成，用于为编织织物成型提供载体。
第一纤维喂入机构11，该第一纤维喂入机构11包括第一钢片组110、第一锁边杆111以及第二锁边杆112，所述第一钢片组110由若干片平行间隔排列的第一穿纱钢片（如附图9）组成，每片第一穿纱钢片上均开设有用于穿入纤维的第一穿线孔（如附图10），针对第一钢片组110设有第一水平直线往复机构113，该第一水平直线往复机构113用于驱动第一钢片组110沿着第一穿纱钢片延伸的方向往复运动，即驱动第一钢片组110水平伸入或退出钢针矩阵10。
所述第一锁边杆111和第二锁边杆112分设于第一钢片组110的两侧，针对每个锁边杆均设有一第二水平直线往复机构114和第一升降机构115；其中，所述第一钢片组110的水平运动方向与第一锁边杆111、第二锁边杆112的水平运动方向平行。
本实施例中，所述第一纤维喂入机构11还包括第一导向板116，针对每个第一穿纱钢片所述第一导向板116上均开有一沿第一钢片组110运动方向布置的第一导向槽，所有第一导向槽均平行间隔布置，以供所有第一穿纱钢片一一对应穿设导向。
所述第一纤维喂入机构11还包括第一防卡纱结构117，该第一防卡纱结构117由至少两根横杆平行架设在第一导向板116上方，用于防止纤维下垂卡入第一导向槽中。
参见附图9、10，所述第一穿纱钢片为一体成型钢片，该钢片具有身躯部和头部，在所述头部开设有一个以供第一锁边杆111或第二锁边杆112穿设的缺口，以使第一穿纱钢片的头部形成弯钩，所述头部的弯钩区域和所述身躯部靠近头部的一侧区域均开设有第一穿线孔，所述碳纤维纱线同时穿设在位于头部和位于身躯部的第一穿线孔中。当碳纤维纱线穿设在这两个第一穿线孔中，且第一穿纱钢片的头部送入钢针矩阵至钢针矩阵的另一侧面时（定为第一侧面），碳纤维纱线就会在第一穿纱钢片的缺口处出现第一锁边孔，多排碳纤维纱线同时穿设在第一钢片组中的多个第一穿纱钢片时，就会形成第一排锁边孔。
第二纤维喂入机构12，该第二纤维喂入机构12包括第二钢片组120、第三锁边杆121以及第四锁边杆122，所述第二钢片组120由若干片平行间隔排列的第二穿纱钢片组成（如附图9），每片第二穿纱钢片上均开设有用于穿入纤维的第二穿线孔（如附图10），针对第二钢片组120设有第三水平直线往复机构123，该第三水平直线往复机构123用于驱动第二钢片组120沿着第一穿纱钢片延伸的方向往复运动，即驱动第二钢片组120进入或退出所述钢针矩阵10。
所述第三锁边杆121和第四锁边122杆分设于第二钢片组120的两侧，针对每个锁边杆均设有一第四水平直线往复机构124和第二升降机构125；其中，所述第二钢片组120的水平运动方向与第三锁边杆121、第四锁边杆122的水平运动方向平行。
本实施例中，所述第二纤维喂入机构12还包括第二导向板（图中未标出，第二导向板实际上的形状、尺寸、结构以及作用均与第一导向板116的相同），针对每个第二穿纱钢片所述第二导向板上均开有一沿第二钢片组120运动方向布置的第二导向槽，所有第二导向槽均平行间隔布置，以供所有第二穿纱钢片穿设导向。
所述第二纤维喂入机构12还包括第二防卡纱结构（图中未标出，第二防卡纱结构实际上的作用均与第一防卡纱结构117的相同，其形状、尺寸、结构可以相同，或者不相同），该第二防卡纱结构由至少两根横杆平行架设在第二导向板上方，用于防止纤维下垂卡入第二导向槽中。
本实施例中，所述第一纤维喂入机构11和第二纤维喂入机构12分设于钢针矩阵10的相邻两侧，定义第一纤维喂入机构11的喂入方向沿水平的X轴方向，定义第二纤维喂入机构12的喂入方向沿水平的Y轴方向，且X轴方向与Y轴方向垂直。
本实施例中，所述第一水平直线往复机构113和/或第二水平直线往复机构114均采用电缸机构，即采用控制电机与丝杠螺母机构的组合，其中，控制电机为步进电机或伺服电机，控制电机与丝杠传动连接，输出轴作为驱动机构的作用端。
同上，所述第二穿纱钢片为一体成型钢片，该钢片具有身躯部和头部，在所述头部开设有一个以供第三锁边杆121、第四锁边杆122穿设的缺口，以使第一穿纱钢片的头部形成弯钩，所述头部的弯钩区域和所述身躯部靠近头部的一侧区域均开设有第二穿线孔，所述碳纤维纱线同时穿设在位于头部和位于身躯部的第二穿线孔中，所述碳纤维纱线同时穿设在位于头部和位于身躯部的第二穿线孔中。当碳纤维纱线穿设在这两个第二穿线孔中，且第二穿纱钢片的头部送入钢针矩阵10至钢针矩阵10的另一侧面时（定为第三侧面），碳纤维纱线就会在第一穿纱钢片的缺口处出现第一锁边孔，多排碳纤维纱线同时穿设在第一钢片组中的多个第一穿纱钢片时，就会形成第一排锁边孔。
下压机构13，该下压机构13包括一下压板130，该下压板130上设置在钢针矩阵10上，并开设有若干沿竖直方向用于穿设钢针矩阵10的通孔，针对所述下压板130设有第三升降机构131，该第三升降机构131用于驱动下压板130下压，以将喂入钢针矩阵10中编织的纤维进行下压。所述第三升降机构131采用四个驱动电缸，该四个驱动电缸的输出轴端均匀穿过下压板130上的通孔固定在用于架设钢针矩阵10的机架上，所述驱动电缸的缸体固定在下压板130上，以驱动下压板130相对钢针矩阵10下降而压合编织的纤维。
参见附图11、12，本实施例中，所述第一放纱机构2与第一导纱机构3组合的结构和第二放纱机构4与第二导纱机构5组合的结构、形状、尺寸以及作用均相同，此处，以第一放纱机构2为例，第一放纱机构2包括支架，支架上设有一用于卷放碳纤维的第一辊轮20，所述第一辊轮20和第一导纱机构3之间还设有用于碳纤维纱线张力的第一张力测试杆21，第一张力测试杆21架设在两个支撑杆上方，可上下任意调节高度，碳纤维纱线经过该可升降的第一张力测试杆21底下。其中，第一放纱机构2中还设有一接近传感器（图中未标出），整个设备具有控制柜，当第一放纱机构2的第一辊轮20放碳纤维纱线速度过快，碳纤维纱线就会下垂从而将第一张力测试杆21下降，此时，接近传感器就会检测到，从而发送至控制柜中的控制器，用于控制第一放纱机构2加快放纱的速度。
所述第一导纱机构3和/或第二导纱机构5均包括一纱架，纱架上设有若干平行间隔布置的导杆，各个导杆的高低落差布置，且至少有一组相邻的两个导杆之间的横向间距可调。具体以第一导纱机构3为例，其包括一纱架，纱架上设有若干平行间隔布置的第一导杆30，各个第一导杆30的高低落差布置，此时，碳纤维纱线就可以穿过第一导纱机构3，经过第一导纱机构3再送入第一纤维喂入机构11中第一穿纱钢片的第一穿线孔中，最后经由第一纤维喂入机构11喂入钢针矩阵10进行铺设编织。
还包括一整体支撑机构14，该整体支撑机构14作用在钢针矩阵10上，用于支撑并且驱动钢针矩阵10整体下降，这是因为当钢针矩阵10上铺设编织的碳纤维，当碳纤维在钢针矩阵10上越积越厚，因为钢片组的整体高度不变，即送入碳纤维纱线的高度也不会边，当编织后的碳纤维变厚后，为了防止钢片组无法送入碳纤维纱线，这就需要将钢针矩阵10整体下降，以方便继续铺纱。
本实用新型，采用所述的碳纤维自动编织设备，按照以下步骤进行操作：
第一步，分别先依次将若干组碳纤维纱线穿入第一放纱机构2、第一导纱机构3以及第一纤维喂入机构11中，同理，依次将若干组碳纤维纱线穿入第二放纱机构4、第二导纱机构5以及第二纤维喂入机构12中。
第二步，所述第一纤维喂入机构11的穿纱钢片沿水平的X轴方向一一对应地穿入钢针矩阵10中，从而将纤维喂入，当碳纤维纱线在钢针矩阵10的第一侧面形成第一排锁边孔时，所述第二纤维喂入机构12的第三锁边杆121伸出，穿过该第一排锁边孔中将纱线勾住并下压，以完成第一次锁边动作；
第三步，所述第一纤维喂入机构11的穿纱钢片沿水平的X轴方向退出，以将纤维带至钢针矩阵10的第二侧面，所述第二纤维喂入机构12的第四锁边杆122伸出，将碳纤维纱线勾住并下压，以完成第二次锁边动作，自此，完成一次沿X轴方向的喂纱；
第四步，所述第二纤维喂入机构12的穿纱钢片沿水平的Y轴方向一一对应地穿入钢针矩阵10中，从而将纤维喂入使得纤维在钢针矩阵10的第三侧面形成第二排锁边孔时，所述第一纤维喂入机构11的第一锁边杆111伸出，穿过该第二排锁边孔中将纱线勾住并下压，以完成第三次锁边动作；
第五步，所述第二纤维喂入机构12的穿纱钢片沿水平的Y轴方向退出，以将纤维带至钢针矩阵10的第四侧面，所述第一纤维喂入机构11的第四锁边杆122伸出，将该侧的碳纤维纱线勾住并下压，以完成第四次锁边动作，自此，完成一次沿Y轴方向的喂纱；
第六步，当沿X轴方向和沿Y轴方向各完成一次喂纱后，所述下压机构13驱动下压板130下压，以将喂入的纤维整体压合。
第七步，当钢针矩阵10上至少各完成一次喂纱后，所述整体支撑机构14整体下降若干。
第八步，重复所述第二步至第七步的动作。
第九步，当钢针矩阵10上的碳纤维纱线铺设编织好后，所述整体支撑机构14可以驱动钢针矩阵10整体下降至导轮组15上，再经过底部的导轮组15水平输送至设备外。
针对上述实施例，本实用新型可能产生的变化描述如下：
1、以上实施例中，所述第一水平直线往复机构113和/或第二水平直线往复机构114还可以采用直线电机，直线电机的输出轴作为作用端。
2、以上实施例中，所述第三升降机构131包括四个驱动电缸，事实上，也可以采用一个、两个、三个驱动电缸驱动等等，驱动电缸的个数可以随着下压板130的形状、尺寸等决定，本领域的技术人员在参考本申请后，便可自由选择驱动电缸的个数和设置在下压板130上的位置。
需要说明的是，上述方案中，所述“顶”、“底”参考本实用新型图1的方向来描述的，其“上”、“下”、“前”、“后”、“左”以及“右”都是相对的，以图 1所示方向作为参考。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，在本申请的描述中，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
