纤维缠绕机的制作方法

本发明涉及一种纤维缠绕机。

背景技术：

1、纤维缠绕成型技术专利于‌1946 年在美国首次注册‌，首台专用纤维缠绕机由‌美国 kellogg 公司于 1947 年制造成功‌，标志工业化起点。随后纤维缠绕机依次经过机械控制阶段、数字程序控制阶段、计算机/机器人智能阶段，其迭代与当前机械设备发展历程基本相适应，自2000年起至今纤维缠绕机进入计算机/机器人智能阶段，出现了六轴以上数控、机器人柔性缠绕及无芯模制造技术，例如法国 mftech 2004 年商业化机器人系统，但有芯模的纤维缠绕机仍然是此类设备的主流。

2、纤维缠绕机本质是通过‌芯模运动与导丝头轨迹协同‌，将浸渍树脂的连续纤维按预设几何路径精确铺设至芯模表面，经固化脱模形成预定的高强度复合材料结构。其关键子系统包括用于保障纤维铺层均匀性的纱架张力控制系统、与湿法工艺相适配的浸胶装置（相对于干法）和用于执行路径规划的多轴联动控制器。

3、早期的纤维缠绕机只能完成单束纤维带在工件上的缠绕，多轴联动使得纤维缠绕机具备同时进行多束缠绕具备了较好的技术条件，并且现有设备缠绕束数无固定上限，同步缠绕的纤维束数量取决于机型配置与工艺需求。

4、常规数控缠绕机常见配置为‌2~4 束‌，如部分多轴机型明确设计为同步缠绕 4束，但每束需配独立的张力单元；并且高端/定制设备，如双联机架、机器人末端多通道缠绕头，可支持‌6 束及以上‌，甚至通过模块化扩展实现更多束并行‌。

5、‌应知，增加同步缠绕的纤维束数量的核心难点‌主要有‌浸渍均匀性失控和张力同步精度下降，以及‌轨迹规划与防干涉复杂度指数上升和设备结构刚性瓶颈，在本发明的实施例中首先考虑导致‌张力同步精度下降的解决方案，当前纤维缠绕机中各束需独立闭环控制，束数增多导致机械干涉风险提升、响应延迟变大，由此可能会导致张力同步精度下降的问题。

6、经过发明人研究发现，当前的纤维缠绕机普遍采用工件通过主轴箱和尾箱配合夹持工件，并驱动工件绕其轴线旋转的方式，在工件两侧设置有平行于工件轴线的轨道，纤维缠绕机的缠绕头被布置在运行于所述轨道的机械臂上，同一条轨道上只能安排一个机械臂，扩展机械臂的数量需要布设更多条机械臂，同侧的多条机械臂在规划路径时需要避免相互间产生干涉，而限制了同步缠绕纤维带束数的增加。

7、‌综合以上内容，当前存在支持多束同步缠绕的纤维缠绕机，多基于每束独立闭环控制基础之上，而受限于空间布局，进一步增加束数将会非常困难。

8、需要说明的是，上述背景技术是发明人为了演绎出相关技术问题而掌握的或者为设计本发明的过程中获得的技术信息，并不表示上述背景技术在本发申请前已经为现有技术，尤其是对相关技术问题的认知和确认的技术内容。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种同步缠绕纤维束数扩展能力相对较强的纤维缠绕机。

2、依据本发明实施例，提供了一种纤维缠绕机，适用于回转体工件的纤维缠绕，包括：

3、主导轨，按照预定的z轴方向布设；

4、装夹总成，通过滑座与所述主导轨配合形成主导轨副，并具有用于装夹工件的主轴箱总成和尾座总成；

5、z轴驱动机构，用于驱动装夹总成在主导轨上运动；

6、弧形龙门，该弧形龙门以z轴为轴线，并在z轴位置固定；

7、绕丝头总成，具有两组，并以弧形龙门的左右中面为分界，左右各有一组；

8、左送丝装置，用于向位于左边一组的绕丝头总成分束送丝；以及

9、右送丝装置，用于向位于右边的一组的绕丝头总成分束送丝。

10、可选地，所述弧形龙门具有给定的分度圆，以用于绕丝头总成按照该分度圆分布。

11、可选地，以c摆描述而确定出所述分度圆的结构为：

12、c摆轨道或c摆定位圈，固定在弧形龙门的环轨底座上；以及

13、齿圈，适配于c摆轨道，并行于c摆轨道而固定在环轨底座上；

14、相应地，所述绕丝头总成包括与所述c摆轨道配合形成c轴运动副的第一滑座；提供安装在第一滑座上的c摆驱动装置，该c摆驱动装置的输出轴设有与所述齿圈啮合的第一输出齿轮；或

15、绕丝头总成包括与所述c摆定位圈配合的调节座部，以调节绕丝头总成在所述分度圆上的位置。

16、可选地，所述第一滑座上设有于弧形龙门径向延伸的径向导引部；

17、所述绕丝头总成还包括：

18、径向调节座，为杆式座，与所述径向导引部配合形成径向导引副，对应为y轴；

19、径向驱动装置，以驱动所述径向调节座沿径向导引部运动；

20、绕丝头，安装在径向调节座的向心端；以及

21、绕丝辊轴组，安装在径向调节座。

22、可选地，所述第一滑座在离心侧设有绕入辊轴组，以导入从相应送丝装置配送的纤维带。

23、可选地，所述绕入辊轴组所配绕入辊轴通过切向调节结构设置在第一滑座；

24、切向指同时垂直于y轴和z轴，而构成x轴。

25、可选地，所述切向调节结构包括：

26、t型槽，平行于x轴；

27、t型槽螺栓，用于绕入辊轴在t型槽上的固定和在x轴上的调节。

28、可选地，所述第一滑座上设有锁止结构，以在第一滑座调节到位后锁止在c摆轨道上。

29、可选地，所述锁止结构包括：

30、锁座，具有为c摆轨道所配导轨构件穿过的锁槽，并在相应于锁槽的槽壁上开有紧定螺钉孔；以及

31、紧定螺钉，与所述紧定螺钉孔配合，且该紧定螺钉配有锁紧手柄或为手拧螺钉。

32、可选地于，所述装夹总成还包括用于将主轴箱总成和尾座总成连接为一体的一对连接杆，相应两连接杆左右各一地连接在主轴箱总成与尾座总成之间。

33、可选地，所述连接杆为两端带有螺纹段的连接杆或丝杠；

34、若为两端带有螺纹段的连接杆，主轴箱总成和尾座总成相应设有螺母套；

35、若为丝杠，该丝杠一端通过轴承安装在主轴箱总成或尾座总成之一，另一端通过丝杠螺母安装在主轴箱总成或尾座总成另一，形成丝母丝杠机构；

36、相应提供驱动丝母丝杠机构的间距调节驱动部。

37、可选地，所述左送丝装置右送丝装置包括：

38、支架，沿走丝方向布置；

39、导入辊，设置在支架上用于导入纤维带的一端，以用于导入纤维带，记该端为后端；

40、浸胶辊，位于导入辊的前方，所导入纤维带从浸胶辊上侧绕过，纤维带在浸胶辊上的包角不小于15°；

41、浸胶池，位于浸胶辊下侧，使浸胶辊下部部分地浸入其中；

42、匀胶板组件，包括相互间呈预定夹角的上匀胶板和下匀胶板，而呈进丝端阔，出丝端狭的匀胶通道，匀胶通道最小间隙为纤维带中纤维直径的1~1.2倍；于出丝端，上匀胶板和下匀胶板相应板缘倒圆或倒角；匀胶通道位于浸胶槽和/或给定的接胶槽的上方；以及

43、张紧辊组件，位于匀胶板组件的前方，纤维带经匀胶后绕上张紧辊组件，以对纤维带张紧并向所述绕丝装置送丝。

44、可选地，所述上匀胶板的后端通过动匀胶板轴直接或者间接地安装在所述支架上而构成动匀胶板；

45、下匀胶板相应构成静匀胶板；

46、提供一施力组件，而在出丝端使动匀胶板与静匀胶板间对夹形成夹持出丝口。

47、可选地，所述施力组件为：

48、扭簧，套设在所述动匀胶板轴上，扭臂之一支撑于动匀胶板上侧，另一支撑于支架或给定的匀胶支架上；或

49、第一配重，设置在动匀胶板的上表面；或

50、拉簧，一端牵拉在动匀胶板上，另一端牵拉在支架或给定的匀胶支架的下部。

51、可选地，在匀胶板组件与浸胶辊间还设有刮胶辊；

52、纤维带从浸胶辊上侧绕出后从刮胶辊下侧绕过而穿入所述匀胶通道。

53、可选地，所述刮胶辊为槽辊。

54、可选地，所述张紧辊组件包括前张紧组件、中张紧组件和后张紧组件；其中中张紧组件为动态响应张紧组件，以根据纤维带的张紧程度动态张紧。

55、可选地，所述中张紧组件包括：

56、张紧支架，安装在所述支架上并立式设置；

57、升降机构，以所述张紧支架为机架；

58、张拉主动辊，安装在所述升降机构的输出构件上，纤维带从张拉主动辊的上侧绕过；以及

59、张力传感器，用于检测前张紧组件或后张紧组件一张紧辊的承压压力。

60、可选地，所述后张紧组件包括出丝后辊、出丝中辊和出丝前辊，其中出丝中辊为单端支承辊，所述张力传感器设置在出丝中辊支承端；

61、相应地，纤维带从出丝后辊的下侧绕入，并绕上出丝中辊上侧，然后从出丝后辊下侧绕出。

62、可选地，所述升降机构为链传动机构或同步带机构；

63、提供立式导引构件，所述张拉主动辊通过竖滑座设置在所述立式导引构件上，且竖滑座与链传动机构的一链边或同步带机构的一带边连接。

64、可选地，链传动机构的另一链边或同步带机构的另一带边装有配重，以平衡竖滑座和张拉主动辊的重力。

65、可选地，所述前张紧组件包括张紧后辊、张紧中辊和张紧前辊，其中张紧中辊为主动辊，张紧后辊和张紧前辊为从动辊；

66、纤维带从张紧后辊下侧绕入，并从张紧中辊上侧穿饶后从张紧前辊下侧绕出，且纤维带在张紧中辊上的包角不小于112°，且不大于165°。

67、可选地，所述绕丝装置包括：

68、座部；

69、径向调节座，为相应于工件径向延伸的杆式座，该径向调节座与所述座部配合形成径向调节副；

70、绕丝头组件，设置在径向调节座的向心端；

71、绕入辊轴，安装在座部的离心端，以导入从理丝装置导出的纤维带，并向所述绕丝头组件出丝；以及

72、径向调节动力部，设置在座部上，以驱动所述径向调节副而辅助张紧纤维带。

73、可选地，在浸胶辊的上侧设有压辊，并与压辊间形成对辊挤胶结构，且所形成挤胶间隙大于纤维丝径1.5倍。

74、可选地，纤维带在浸胶辊上的包角不小于75°，且不大于113°。

75、依据本发明实施例的纤维缠绕机，专用于回转体工件，回转体工件的典型特征是其表面在同一轴向位置的径向各向尺寸一致。在本发明的实施例中，将绕丝头总成分成两组，左右各一组，位于同一侧的绕丝头总成使用同一送丝装置送丝，即该侧的绕丝头总成的主要张紧部分使用同一套，纤维缠绕机总计只需两套张紧装置，整体控制难度低。并且绕丝头总成被配置在一弧形龙门上，初始阶段全部绕丝头总成位于工件同一轴向位置处，而分布在弧形龙门上的绕丝头总成相互间在周向错开，缠绕可以按照类同于多头螺旋的方式同步进行，同步控制相对容易。由于装夹总成在工件的轴向运动，而非控制绕丝头总成的机械臂沿工件的轴向运动，换言之，基于工件的轴向运动将全部绕丝头总成机械臂的轴向运动同一化，在简化结构的同时，进一步降低了同步的难度。弧形龙门相当于在工件的轴向位置确定，基于同步绕丝的绕丝头总成无需考虑绕工件周向的运动和工件周向的运动，即其在弧形龙门上的位置是相对稳定的，简化了路径规划，绕丝头总成相互间不会产生运动干涉。