自动铺丝的回程剪切装置及一体化压紧重送装置

本发明涉及自动铺丝的回程剪切装置及一体化压紧重送装置，属于复合材料自动铺放领域。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料以树脂为基体，碳纤维为增强材料，作为一种先进的复合材料，具有高模量、比强度大、耐冲击、耐腐蚀等一系列优点，在航空航天、汽车、船舶等高端领域具有广泛应用

自动铺丝技术是目前纤维铺层和成型阶段最先进的技术之一，现有的铺丝机铺放过程中需要对丝束进行剪切，为保证剪切时丝束不会由于张力的原因发生后退现象，需要具有独立的压紧装置，以保证铺丝过程的铺放精度。

剪切装置是保证铺丝工作的必要装置，现有的剪切装置很难保证在剪切时上下刀的贴合，丝束容易夹在上下刀之间，影响剪切效果。同时，在丝束被剪断后，也很难保证断口位置，容易在重送过程中将丝束送入剪切装置和丝道连接处的缺口处，发生堵丝现象。

现有铺丝头在剪切重送过程中，压紧装置的作用单一，与重送装置、剪切装置之间配合关系复杂，操作繁琐，并且无法有效控制铺放张力。

发明内容

本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，而采用以下技术方案来实现：

一体化压紧重送装置，安装在丝道上方，且丝道的一侧安装有丝道侧板，所述一体化压紧重送装置包括压紧重送支架、第一驱动模块、压紧重送辊、压紧重送支架侧板、压紧重送轴、单向轴承；

所述第一驱动模块的固定端安装在丝道的上方，所述第一驱动模块的输出端通过压紧重送支架安装有压紧重送辊；所述压紧重送轴的两端套接有单向轴承，并所述压紧重送轴的两端端部套接在丝道侧板上，且所述压紧重送轴与压紧重送辊分别位于丝道的两端，用于二者相配合，保证碳纤维丝束的压紧、重送和铺放张力，进一步的，所述一体化压紧重送装置在第一驱动模块的作用下调节压紧力，控制铺放张力；所述一体化压紧重送装置在铺放过程中持续压紧，直至铺放过程结束后抬起。

采用上述方案，本发明将丝束的压紧和重送装置一体化，共用一个压辊和轴，即可对碳纤维丝束进行压紧和重送，从而实现有限空间的压紧重送功能,同时，压紧重送轴套接的轴承采用单向轴承，可以保证一体化压紧重送装置工作时，可以主动将丝束可以沿丝道送出，并且不影响铺放过程中丝束被动的向前运动，还可以阻止丝束后退，防止丝束由于张力过大而回退。此外，可以通过调节第一驱动模块行程来控制压紧力，由此可控制铺放过程中丝束的张力。

作为优选实例，所述压紧重送支架顶部开设有第一通孔，所述第一驱动模块的输出端套接在第一通孔上；所述压紧重送辊为标准顶针轴承，并通过压紧重送支架侧板固定在压紧重送支架上。

作为优选实例，所述丝道侧板上开设有第二通孔，所述压紧重送轴的两端端部安装在第二通孔内，用于对初步定位压紧重送轴；

所述压紧重送轴的两端安装单向轴承，用于通过单向轴承精准定位于丝道侧板内。

作为优选实例，所述压紧重送轴的端部连接外置驱动，用于通过外置驱动带动旋转，并通过单向轴承作用，压紧重送轴只单向旋转，与压紧重送辊配合，保证碳纤维丝束的压紧、重送和铺放张力。

进一步的，所述压紧重送轴两端设有单向轴承，使得压紧重送轴只可单向旋转，与压紧重送辊配合防止碳纤维丝束由于张力过大而回退。

作为优选实例，所述压紧重送支架上设有凸台，用于安装压紧重送辊；所述压紧重送支架的凸台上安装有支架侧板；所述压紧重送支架侧面设有定位键，用于安装压紧重送支架侧板时的定位，配合螺杆将压紧重送支架侧板固定在所述压紧重送支架上。

进一步的，所述压紧重送支架上设有凸台，所述凸台上设有螺纹孔，所述压紧重送支架侧板通过螺栓螺接螺纹孔，并使凸台上的螺纹孔与凸台同轴。

作为优选实例，所述压紧重送支架侧板上设有定位槽，用于安装到压紧重送支架上时的定位；

所述压紧重送支架侧板上还设有第三通孔，用于通过螺丝穿过第三通孔将压紧重送支架侧板固定在压紧重送支架上；所述压紧重送轴上通过键槽固定单向轴承；所述压紧重送轴上还设有滚花，用于提高对碳纤维丝束的压紧和重送稳定性，并在铺放过程中调节铺放张力。

回程剪切装置，按丝束行进方向，所述回程剪切装置位于如上述的一体化压紧重送装置的前侧，用于在上述的一体化压紧重送装置压紧后，对碳纤维丝束进行剪切，并在剪切后，将碳纤维丝束重新导向所述丝道内；

所述回程剪切装置包括第二驱动模块、剪切刀架、切刀、刀座，所述第二驱动模块的固定端通过机架安装在丝道上方，所述第二驱动模块的输出端连接有剪切刀架，所述剪切刀架的一端安装有切刀，按丝束行进方向，所述刀座设在切刀一侧，且所述切刀上开设有第四通孔，所述丝束的一端穿过通孔并位于刀座的下方。

作为优选实例，所述第二输出模块的输出端与所述剪切刀架通过螺杆连接，用于驱动剪切刀架产生直线运动。

采用上述方案，所述第二驱动模块的输出端在回程时发生剪切动作，推程时切刀复位，同时使丝束回弹复位；

作为优选实例，所述剪切刀架顶部通过螺栓固定套接在第二驱动模块的输出端上。

作为优选实例，所述剪切刀架上通过螺栓安装切刀。

作为优选实例，所述切刀的刀刃上方有碳纤维丝束导向板，当所述切刀剪切后进行复位时，第二驱动模块的输出端处于推程，碳纤维丝束导向板会使上翘的碳纤维丝束回弹复位，导入丝道。

作为优选实例，所述切刀在一个剪切过程中始终与刀座接触，通过刀座对整个剪切过程进行导向。

作为优选实例，所述第一驱动模块和第二驱动模块均采用气缸，但不限于气缸，还可采用其他可产生直线运动的驱动设备。

一种自动铺丝机，含有上述的一体化压紧重送装置和上述的回程剪切装置，用于按丝束行进方向，丝束经上述中的一体化压紧重送装置上的压紧重送轴带动单向轴承转动，并与第一驱动组件驱动压紧重送辊相配合来压住丝道上的丝束，实现对丝束压紧、重送和铺放张力；

再将丝束的一端穿过由上述的回程剪切装置上的第四通孔，并位于刀座的下方，使切刀在第二气缸的作用下缩回，缩回过程中贴合着刀座向上直线运动，切断丝束，实现丝束的回程剪切作业。

本发明的有益效果是：本发明采用一体化的一体化压紧重送装置，即可对碳纤维丝束进行压紧和重送，从而实现有限空间的压紧重送功能,同时，压紧重送轴套接的轴承采用单向轴承，可以保证一体化压紧重送装置工作时，可以主动将丝束可以沿丝道送出，并且不影响铺放过程中丝束被动的向前运动，还可以阻止丝束后退，防止丝束由于张力过大而回退；此外，可以通过调节第一驱动模块行程来控制压紧力，由此可控制铺放过程中丝束的张力；

本发明通过回程剪切和剪切复位时的丝束导向，提高了丝束剪切后重送的可靠性，避免了铺放过程中堵丝现象的发生。通过一体化压紧重送装置，增加了铺丝头张力控制的功能，减轻了铺丝头的重量，节约了空间，精简了铺丝头结构，提高铺丝头整体的稳定性；

另外，在剪切装置剪切前压紧碳纤维丝束，防止剪切后碳纤维丝束在张力的作用下后退，用于在所述剪切装置剪切后将碳纤维丝束运送至工作位置，用于在铺放过程中调节铺放张力大小；

丝束在丝道中，首先通过切刀的刃口上方的第四通孔，然后再通过刀座下方进行铺丝过程；剪切时，切刀在第二气缸的带动下向上运动，始终与刀座贴合，切刀上的刃口与刀座上的刃口对丝束完成剪切；在此过程中，切刀向上运动起剪切丝束的作用，刀座静止不动起支撑丝束的作用，切断丝束后，切刀在气缸的作用下向下运动，碳纤维丝束导向板将丝束断口导向丝道，避免了堵丝现象的发生。

附图说明

图1为本发明中一体化压紧重送装置和回程剪切装置在丝道上的结构示意图；

图2为本发明中回程剪切装置的结构示意图；

图3为本发明中切刀的结构示意图；

图4为本发明中一体化压紧重送装置的结构示意图；

图5为本发明中一体化压紧重送装置的部分结构示意图，其中，a为压紧重送支架的结构示意图，b为压紧重送支架侧板的结构示意图；

图6为本发明中压紧重送轴的结构示意图；

图7为本发明中的压紧、剪切和重送的工作流程示意图；

图中：回程剪切装置100、第二气缸101、剪切刀架102、切刀103、刀座104、第四通孔105、一体化压紧重送装置200、第一气缸201、压紧重送支架202、压紧重送辊203、压紧重送支架侧板204、压紧重送轴205、单向轴承206、丝道300、丝束400、丝道侧板500。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

如图4-6所示，一体化压紧重送装置，安装在丝道300上方，且丝道300的一侧安装有丝道侧板500，一体化压紧重送装置包括压紧重送支架202、第一气缸201、压紧重送辊203、压紧重送支架侧板204、压紧重送轴205、单向轴承206；

第一气缸201的固定端安装在丝道300的上方，压紧重送支架202顶部开设有第一通孔，第一气缸201的输出端套接在第一通孔上；压紧重送辊203为标准顶针轴承，并通过压紧重送支架侧板204固定在压紧重送支架202上；压紧重送轴205与丝道侧板500通过单向轴承206进行连接，与压紧重送辊205配合，防止碳纤维丝束204由于张力过大而回退，压紧重送轴205上还设有滚花，用于提高对丝束400的压紧和重送稳定性；

且压紧重送轴205与压紧重送辊203分别位于丝道300的两端，用于二者相配合，保证丝束400的压紧、重送和铺放张力(一体化压紧重送装置200在第一气缸201的作用下调节压紧力，控制铺放张力；一体化压紧重送装置200在铺放过程中持续压紧，直至铺放过程结束后抬起(具体为第一气缸201的输出端伸长，使压紧重送辊203与压紧重送轴205相配合，来压紧丝束400；

由于压紧重送轴205的端部连接外置驱动，用于通过外置驱动带动旋转，并通过单向轴承206作用，压紧重送轴205只单向旋转，与压紧重送辊203配合，保证碳纤维丝束的压紧、重送和铺放张力))。

采用上述方案，本发明将丝束的压紧和重送装置一体化，共用一个压辊和轴，即可对丝束400进行压紧和重送，从而实现有限空间的压紧重送功能,同时，压紧重送轴205套接的轴承采用单向轴承206，可以保证一体化压紧重送装置工作时，可以主动将丝束400可以沿丝道400送出，并且不影响铺放过程中丝束400被动的向前运动，还可以阻止丝束400后退，防止丝束400由于张力过大而回退，此外，可以通过调节第一气缸201行程来控制压紧力，由此可控制铺放过程中丝束的张力。

实施例2

如图2-3所示，回程剪切装置100，按丝束行进方向，回程剪切装置100位于如上述的一体化压紧重送装置200的前侧，用于在上述的一体化压紧重送装置200压紧后，对丝束400进行剪切，并在剪切后，将丝束400重新导向丝道300内；

回程剪切装置包括第二气缸101、剪切刀架102、切刀103、刀座104，第二气缸101的固定端通过机架安装在丝道上方，第二气缸101的输出端连接有剪切刀架102，剪切刀架102的一端安装有切刀103，按丝束行进方向，刀座104设在切刀103一侧，且切刀103上开设有第四通孔105，丝束400的一端穿过第四通孔105并位于刀座104的下方。

第二气缸101的输出端与剪切刀架102通过螺杆连接，用于驱动剪切刀架102产生直线运动。

采用上述方案，第二气缸101的输出端在回程时，发生剪切动作，推程时切刀103复位，同时使丝束400回弹复位；

剪切刀架102顶部通过螺栓固定套接在第二气缸101的输出端上。

剪切刀架102上通过螺栓安装切刀103。

切刀103的刀刃上方有碳纤维丝束导向板，当切刀103剪切后进行复位时，第二驱动模块101的输出端处于推程，碳纤维丝束导向板会使上翘的丝束400回弹复位，导入丝道300。

切刀103在一个剪切过程中始终与刀座104接触(需要说明的是，刀座104安装在丝道300上，并时刻与切刀103接触，即位于丝束400及丝道300的上端，切刀103的前端，且刃口向下，采用柔性安装的方法，即通过使用聚氨酯垫块顶住刀座104背后，使其时刻与切刀103贴合，且不影响切刀103运动)，通过刀座104对整个剪切过程进行导向。

本回程剪切装置的剪切过程如下：

丝束400在丝道300中，首先通过切刀103的刃口上方的第四通孔105，然后再通过刀座104下方进行铺丝过程；剪切时，切刀103在第二气缸101的带动下向上运动，始终与刀座104贴合，切刀103上的刃口与刀座104上的刃口对丝束400完成剪切；在此过程中，切刀103向上运动起剪切丝束的作用，刀座104静止不动起支撑丝束的作用，切断丝束400后，切刀103在第二气缸101的作用下向下运动，碳纤维丝束导向板将丝束断口导向丝道300，避免了堵丝现象的发生。

实施例3

如图1、7所示，一种自动铺丝机，含有实施例1所述的一体化压紧重送装置和实施例2所述的回程剪切装置，用于按丝束行进方向，丝束经实施例1中的一体化压紧重送装置200上的压紧重送轴205带动单向轴承206转动，并与第一气缸102驱动压紧重送辊103相配合来压住丝道300上的丝束400，实现对丝束400压紧、重送和铺放张力；

再将丝束400的一端穿过由实施例2中的回程剪切装置200上的第四通孔，并位于刀座104的下方，使切刀103在第二气缸101的作用下缩回，缩回过程中贴合着刀座104向上直线运动，切断丝束400，实现丝束400的回程剪切作业。

工作原理：

以一束丝束400(丝束400为碳纤维丝束)为例，本发明压紧、剪切、重送以及张力控制的工作流程为：

丝束400在一体化压紧重送装置200中压紧重送辊203和压紧重送轴205以及丝道300共同组成的通道中通行，如图7a所示；

在接收到剪切指令后，一体化压紧重送装置200中的压紧重送辊203会在第一气缸201的作用下向下沿直线运动，此时，位于丝道300内的丝束400会被压紧重送辊203和压紧重送轴205夹紧，此时剪切装置100尚未开始工作，如图7b所示；

在一体化压紧重送装置200夹紧碳纤维丝束500后，且丝束400的一端穿过第四通孔105，并位于刀座104的下方，使切刀103在第二气缸101的作用下，贴合着刀座104向上直线运动，切断丝束400，由于单向轴承206的作用，丝束400不会由于张力的作用而回退，如图7c所示；

丝束切断后，压紧重送模块200仍处于夹紧状态，此时，切刀103在第二气缸101推动下复位，同时，将碳纤维丝束500断口推回丝道，防止堵丝，如图7d所示；

剪切任务完成后，当需要重送时，压紧重送模块200处于夹紧状态，此时，压紧重送轴205开始转动，由于单向轴承206的作用，压紧重送轴205可与压紧重送辊203共同作用并推动碳纤维丝束500向前运动送丝，如图7e所示；

当碳纤维丝束500到指定位置后，压紧重送轴205停止转动，压紧重送辊203继续向下运动，由于单向轴承206的作用，碳纤维丝束500仍可以顺利进行铺放，此时，通过对第一气缸201的控制可调节压紧力，为铺放过程提供合适的铺放张力，如图7f所示；

当铺放过程结束时，压紧重送辊203在第一气缸201的作用下向上运动，与压紧重送轴205分离，完成铺放任务，如图7g所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。