自动铺纱剪纱机构及纤维缠绕一体机的制作方法

1.本发明涉及纤维缠绕成型设备技术领域，特别涉及一种自动铺纱剪纱机构及纤维缠绕一体机。


背景技术：

2.随着科技的发展，复合材料产业发展越来越快，经历手工作业向机械化方向的转变，由军工国防建设向民生领域应用的转变，由恶劣生产环境向清洁材料的转变等等。
3.现阶段复合材料的主要成型工艺有：接触低压成型、拉挤成型、模压成型、rtm成型、缠绕成型和铺放成型等。在纤维缠绕成型工艺中，断纱是指在芯模缠绕完成后，将纤维剪断并将剪断的纤维在芯模表面压紧至平滑的工序，挂纱是指在芯模完成装夹后，缠绕开始之前，将纤维固定在芯模表面，并保证缠绕开始后不会产生脱纱、滑纱现象的工序。
4.目前的纤维缠绕机在挂纱和断纱之间大多采用半自动化，需要机械手或人工配合对，断纱挂纱操作一体化程度低，制造成本高，并且挂纱质量不稳定，效率低下，影响生产效率。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的“断纱挂纱操作一体化程度低，制造成本高，并且挂纱质量不稳定，效率低下，影响生产效率”的技术问题。为此，本发明提出一种自动铺纱剪纱机构及纤维缠绕一体机，能够实现自动挂纱和断纱操作，一体化设计，优化制造成本，适配各种尺寸的瓶坯，工作效果稳定高效，保证缠绕品质，提升生产效率。
6.根据本发明的一些实施例的自动铺纱剪纱机构，包括剪纱机架，包括：
7.夹纱旋转机构，设置于所述剪纱机架上，所述夹纱旋转机构用于暂存纤维纱线；
8.裁纱机构，设置于所述剪纱机架上，位于所述夹纱旋转机构一侧，所述裁纱机构用于裁断纤维纱线；
9.压纱机构，设置于所述剪纱机架上，位于所述夹纱旋转机构上方，压纱机构用于压紧瓶坯处的断纱或铺送纤维纱线到瓶坯表面；
10.其中，所述剪纱机架与一送纱驱动机构滑动连接，所述送纱驱动机构带动所述剪纱机架靠近或远离瓶坯处。
11.根据本发明的一些实施例，所述夹纱旋转机构包括翻转机构和夹持机构，所述夹持机构与所述翻转机构连接并随所述翻转机构同步转动，所述夹持机构用于夹紧纤维纱线；所述翻转机构设置于所述压纱机构下方，所述翻转机构用于调节旋转角度以适应不同规格的瓶坯。
12.根据本发明的一些实施例，所述翻转机构包括翻转驱动机构、齿轮传动组件和翻转机架，所述翻转驱动机构设置于所述剪纱机架上，所述翻转机架转动连接于所述剪纱机架上；所述翻转驱动机构的输出轴与所述齿轮传动组件的一端传动连接，所述齿轮传动组件的另一端与所述翻转机架传动连接，所述翻转驱动机构通过所述齿轮传动组件驱动所述
翻转机架转动一定的角度。
13.根据本发明的一些实施例，所述夹持机构设置于所述翻转机架上，包括夹纱夹爪和导线辊，所述导线辊转动连接于所述翻转机架上，所述夹纱夹爪与所述导线辊贴合时，所述夹纱夹爪用于固定纤维纱线，所述夹纱夹爪与所述导线辊分离时，所述导线辊用于辅助纤维纱线送线。
14.根据本发明的一些实施例，包括齿条传动组件和夹爪驱动机构，所述齿条传动组件设置于所述翻转机架上，所述齿条传动组件的一侧与所述夹爪驱动机构连接，另一侧与所述夹纱夹爪啮合传动，所述夹爪驱动机构通过所述齿条传动组件控制所述夹纱夹爪转动。
15.根据本发明的一些实施例，所述压纱机构包括压纱辊、连杆组件和压纱驱动机构，所述连杆组件转动连接于所述剪纱机架上，所述连杆组件的一端与所述压纱辊连接，另一端与所述压纱驱动机构的输出轴连接；所述压纱驱动机构设置于所述剪纱机架上，所述压纱驱动机构用于驱动所述压纱辊靠近或远离瓶坯。
16.根据本发明的一些实施例，所述裁纱机构包括剪纱组件和剪纱驱动机构，所述剪纱驱动机构设置于纤维纱线前进方向的一侧，所述剪纱组件与所述剪纱驱动机构连接，所述剪纱驱动机构带动所述剪纱组件靠近或远离纤维纱线处。
17.根据本发明的一些实施例，所述剪纱组件采用气动剪切结构。
18.根据本发明的一些实施例，所述送纱驱动机构包括送纱导轨和送纱驱动电机，所述剪纱机架与所述送纱导轨滑动连接，所述送纱驱动电机与所述剪纱机架连接，用于驱动所述剪纱机架沿所述送纱导轨设置方向靠近或远离瓶坯处。
19.根据本发明的一些实施例的纤维缠绕一体机，包括上述的自动铺纱剪纱机构。
20.根据本发明的一些实施例的自动铺纱剪纱机构及纤维缠绕一体机，至少具有如下有益效果：所述夹纱旋转机构夹紧纤维纱线，通过所述裁纱机构剪断纤维纱线，再通过所述压纱机构结合设备主轴旋转把瓶坯的断纱铺平，自动完成断纱铺平的动作。所述送纱驱动机构把纤维纱线带到新瓶坯处，通过所述夹纱旋转机构和所述压纱机构把纤维纱线铺入新瓶坯上，设备主轴电机带动瓶坯旋转，使纱线在压纱滚轮的作用下，铺在新的瓶坯上，实现纤维断纱缠绕自动化生产。一体化设计，降低制造成本，所述夹纱旋转机构能够调整角度适配各种尺寸的瓶坯，保证缠绕品质，提升生产效率。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1为本发明实施例自动铺纱剪纱机构的立体示意图；
24.图2为本发明实施例自动铺纱剪纱机构的第一局部示意图；
25.图3为本发明实施例自动铺纱剪纱机构的第二局部示意图；
26.图4为本发明实施例自动铺纱剪纱机构的第三局部示意图。
27.附图标记：
28.剪纱机架100、
29.夹纱旋转机构200、翻转机构210、翻转驱动机构211、齿轮传动组件212、翻转机架213、夹持机构220、夹纱夹爪221、夹爪驱动机构221-1、齿条传动组件221-2、导线辊222、
30.裁纱机构300、剪纱组件310、剪纱驱动机构320、
31.压纱机构400、压纱辊410、连杆组件420、压纱驱动机构430。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、顶、底等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
36.下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的自动铺纱剪纱机构及纤维缠绕一体机。
37.如图1-图4所示，自动铺纱剪纱机构包括剪纱机架100、夹纱旋转机构200、裁纱机构300、压纱机构400和送纱驱动机构(附图中未示出)五部分。
38.具体地，送纱驱动机构设置在纤维缠绕一体机的机架上，位于瓶坯缠绕工位的前方，而剪纱机架100与送纱驱动机构滑动连接，送纱驱动机构带动剪纱机架100靠近或远离瓶坯缠绕工位处。送纱驱动机构用于连接并驱动剪纱机架100靠近瓶坯，便于铺纱过程中纤维纱线更容易附着到瓶坯的表面。
39.夹纱旋转机构200设置在剪纱机架100上，用于暂存纤维纱线。而裁纱机构300同样设置在剪纱机架100上，位于夹纱旋转机构200的一侧，用于裁断纤维纱线。具体地，当瓶坯完成纤维缠绕后，裁纱机构300靠近纤维纱线处把纤维纱线剪断，使瓶坯完成后续工序而不影响纤维缠绕一体机上的其余纤维纱线。当瓶坯处裁断纤维纱线，纤维纱线靠近瓶坯处的拉力消失，纤维纱线会下垂，影响后续新瓶坯的铺纱动作，而夹纱旋转机构200能够在纤维纱线断纱之前把纤维纱线远离瓶坯的一侧夹紧，再通过裁纱机构300把瓶坯处的纤维纱线裁断。
40.压纱机构400设置在剪纱机架100上，位于夹纱旋转机构200的上方，而压纱机构400用于压紧瓶坯处的断纱或铺送纤维纱线到瓶坯表面，进行新一轮纤维缠绕工序。瓶坯上裁断的断纱沿着瓶坯表面翘起，压纱机构400能够使断纱贴合瓶坯表面，完成瓶坯断纱的铺
平。还能够把纤维纱线压紧到新瓶坯的表面，实现断纱铺平和新瓶铺纱的自动化操作。以往生产过程中为了衔接断纱铺平和新瓶铺纱的步骤，往往采用人工或机械手完成。人工铺纱对于瓶坯的纤维缠绕质量有一定的影响，无法保证生产质量。而机械手属于外挂辅助部件，通过机械手实现断纱铺平和新瓶铺纱两步骤，但机械手的结构部件为市场通用规格，无法有效利用缠绕设备内的空间。
41.本发明的夹纱旋转机构200和压纱机构400通过重新设计，把机械手实现的功能在自动铺纱剪纱机构上复现，一体化设计的结构有效减少纤维缠绕设备的空间占用。通过夹纱旋转机构和压纱机构把纤维纱线铺入新瓶坯上，设备主轴电机带动瓶坯旋转，使纱线在压纱滚轮的作用下，铺在新的瓶坯上，实现纤维断纱缠绕自动化生产。非标化设计更有利于专机专用，降低制造成本，实现全自动化生产，从而保证瓶坯挂纱缠绕的质量，提升生产效率。
42.在本发明的一些实施例中，送纱驱动机构包括送纱导轨(在附图中未示出)和送纱驱动电机(在附图中未示出)，剪纱机架100与送纱导轨滑动连接，送纱驱动电机与剪纱机架100连接，用于驱动剪纱机架100沿送纱导轨设置方向靠近或远离瓶坯处。
43.在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，夹纱旋转机构200包括翻转机构210和夹持机构220，夹持机构220与翻转机构210连接并随翻转机构210同步转动。具体地，夹持机构220和翻转机构210协同工作实现纤维纱线的夹紧和送纱动作，夹持机构220用于夹紧纤维纱线，避免纤维纱线脱落，而翻转机构210用于调节旋转角度，从而把纤维纱线带到瓶坯的表面位置，并且还能够根据不同规格的瓶坯来调节旋转角度，从而适配不同规格的瓶坯纤维缠绕。
44.其中，翻转机构210设置在压纱机构400下方，便于压纱机构400靠近纤维纱线。纤维纱线从夹持机构220中穿过并缠绕在瓶坯上，当夹持机构220处于松开状态时，不影响纤维纱线往瓶坯表面缠绕，当夹持机构220处于夹紧状态时，纤维纱线被暂存在夹持机构220的夹紧位置处，等待瓶坯的纤维纱线铺平并更换新的瓶坯进行缠绕。
45.应理解，翻转机构210设置在压纱机构400下方并非唯一实施方式，在其他一些实施例中，还可以翻转机构210设置在压纱机构400的上方，压纱机构400压紧纤维纱线时，纤维纱线在重力作用下能够贴合压纱机构400传送，让纤维纱线更容易附着与瓶坯的表面。本发明对翻转机构210和压纱机构400的位置关系不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，翻转机构210和压纱机构400的位置关系灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。
46.在进一步实施例中，如图2和图3所示，翻转机构210包括翻转驱动机构211、齿轮传动组件212和翻转机架213，翻转驱动机构211设置在剪纱机架100上，而翻转机架213转动连接在剪纱机架100上。翻转驱动机构211的输出轴与翻转机架213传动连接，从而驱动翻转机架213在剪纱机架100上转动一定角度，进而带动夹持机构220转动一定角度。
47.具体地，翻转驱动机构211的输出轴与齿轮传动组件212的一端传动连接，齿轮传动组件212的另一端与翻转机架213传动连接，翻转驱动机构211通过齿轮传动组件212驱动翻转机架213转动一定角度。在本实施例中，翻转驱动机构211可以采用伺服电机驱动翻转机架213调节角度。由于翻转机架213及其连接的组件重量较大，翻转驱动机构211通过齿轮传动组件212来放大输出扭矩，从而更容易转动翻转机架213。翻转驱动机构211的输出轴连
接小齿轮，而翻转机架213与大齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合连接，从而实现翻转驱动机构211的扭矩放大，让翻转机架213翻转更平稳。
48.应理解，采用齿轮传动组件212增大翻转驱动机构211的扭矩并非唯一实施方式，在其他一些实施例中，还可以采用低扭电机与翻转机架213之间传动连接，实现翻转机架213的平稳转动，减少传动部件，节省制造成本。本发明对翻转机架213的翻转驱动结构不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，翻转机架213的翻转驱动结构灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。
49.在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，夹持机构220设置在翻转机架213上，保证翻转机架213调节角度时，夹持机构220的角度同步调节，保证夹持机构220和翻转机构210的相对位置保持不变。具体地，夹持机构220包括夹纱夹爪221和导线辊222，导线辊222转动连接在翻转机架213上，夹纱夹爪221转动连接在翻转机架213上。当夹纱夹爪221与导线辊222贴合时，夹纱夹爪221用于固定纤维纱线，当夹纱夹爪221与导线辊222分离时，导线辊222用于辅助纤维纱线送线。
50.纤维纱线从导线辊222和夹纱夹爪221之间穿过，导线辊222起到辅助纤维纱线送线的作用。纤维纱线在导线辊222的引导下一直往瓶坯处缠绕，确保纤维纱线的位置不会偏移。在本实施例中，夹纱夹爪221呈l型，夹纱夹爪221与导线辊222贴合时，夹纱夹爪221的长边与导线辊222的辊面压紧，使导线辊222停止转动，压紧导线辊222辊面上的纤维纱线。当夹纱夹爪221与导线辊222分离时，夹纱夹爪221的长边与导线辊222的辊面分离，夹纱夹爪221完全打开，瓶坯拉动纤维拉线，使纤维拉线在导线辊222上传送，不妨碍纤维纱线的送线动作。
51.在进一步实施例中，如图3所示，为了使夹纱夹爪221能够转动，实现与导线辊222压紧和分离的功能，还包括齿条传动组件221-2和夹爪驱动机构221-1，齿条传动组件221-2设置在翻转机架213上，齿条传动组件221-2的一侧与夹爪驱动机构221-1连接，另一侧与夹纱夹爪221啮合传动，夹爪驱动机构221-1通过通过齿条传动组件221-2控制夹纱夹爪221转动。
52.具体地，夹爪驱动机构221-1设置在剪纱机架100内，夹爪驱动机构221-1的输出轴带动齿条传动组件221-2的齿条往复移动，而夹纱夹爪221与齿条啮合，当齿条往复运动时，能够带动夹纱夹爪221转动，从而实现夹纱夹爪221的打开或闭合。
53.应理解，采用齿条传动组件221-2和夹爪驱动机构221-1驱动夹纱夹爪221工作并非唯一实施方式，在其他一些实施例中，还可以采用电机直接带动夹纱夹爪221的传动结构驱动夹纱夹爪221，电机设置在翻转机架213上，电机的输出轴连接齿轮，齿轮与夹纱夹爪221啮合连接或者电机的输出轴直接与夹纱夹爪221连接并驱动夹纱夹爪221转动。本发明对夹纱夹爪221的驱动结构不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，夹纱夹爪221的驱动结构灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。
54.在本发明的一些实施例中，如图2和图4所示，压纱机构400包括压纱辊410、连杆组件420和压纱驱动机构430，连杆组件420转动连接于剪纱机架100上，连杆组件420的一端与压纱辊410连接，另一端与压纱驱动机构430的输出轴连接。压纱驱动机构430设置于剪纱机架100上，压纱驱动机构430用于驱动压纱辊410靠近或远离瓶坯。
55.具体地，连杆组件420呈v型，连杆组件420的中部与剪纱机架100转动连接，而压纱
驱动机构430采用气缸结构，缸体连接在剪纱机架100上，推杆与连杆组件420的一侧转动连接，连杆组件420的另一侧与压纱辊410连接。当压纱驱动机构430的推杆顶出时，压纱辊410向瓶坯处靠近，当压纱辊410贴到瓶坯表面后，压纱驱动机构430停止动作，此时瓶坯转动，使瓶坯上的断纱经过压纱辊410的辊面，从而使断纱铺平到瓶坯的表面。
56.应理解，采用连杆组件420带动压纱辊410靠近瓶坯的表面并非唯一实施方式，在其他一些实施例中，还可以采用电机直接带动夹纱夹爪221的传动结构驱动夹纱夹爪221，电机设置在翻转机架213上，电机的输出轴连接齿轮，齿轮与夹纱夹爪221啮合连接或者电机的输出轴直接与夹纱夹爪221连接并驱动夹纱夹爪221转动。本发明对夹纱夹爪221的驱动结构不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，夹纱夹爪221的驱动结构灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。
57.在本发明的一些实施例中，如图2和图4所示，裁纱机构300包括剪纱组件310和剪纱驱动机构320，剪纱驱动机构320设置于纤维纱线前进方向的一侧，剪纱组件310与剪纱驱动机构320连接，剪纱驱动机构320带动剪纱组件310靠近或远离纤维纱线处。
58.在进一步实施例中，剪纱组件310采用气动剪切结构，通过手指气缸实现剪纱组件310的两剪切件靠拢或分离动作，当剪纱驱动机构320带动剪纱组件310靠近纤维纱线处时，手指气缸驱动两剪切件靠拢切断纤维纱线。当新瓶坯缠绕纤维纱线时，剪纱驱动机构320带动剪纱组件310回退，不影响新瓶坯的限位缠绕工序。手指气缸为本领域技术人员所熟知的技术方案，在本实施例中不再详细描述。
59.在本实施例中，剪纱驱动机构320采用气缸结构，剪纱组件310滑动连接在滑动轨道上，通过气缸的推杆推动剪纱组件310靠近纤维纱线处。
60.应理解，剪纱驱动机构320采用气缸结构并非唯一实施方式，在其他一些实施例中，还可以采用伺服导轨的结构来带动剪纱组件310靠近或远离纤维纱线。本发明对剪纱驱动机构320的结构不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，剪纱驱动机构320的结构灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。