一种碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及叠层碳布穿刺设备技术领域，尤其涉及一种碳纤维立体织物成型的穿 刺与压实装置。
【背景技术】
[0002] 三维织物是近40年来发展起来的性能最优的纤维增强结构，主要用于航空、航 天、汽车、医疗及新技术领域。整体穿刺技术是三维织物的一种成型技术，其工艺采用预先 制造的机织布置于等距密排Z向钢针方针的顶端，机织布在穿刺模板与钢针方阵的顶端， 机织布在穿刺模板与钢针方阵的相对运动下，被钢针刺过，并被推至钢针的下端实施加压 密实，待达到一定高度后，再由Z向纤维逐一取代Z向钢针，如此形成机织物整体穿刺织物。 碳纤维立体织物穿刺装置是将叠层碳纤维织物放置在穿刺模板上，通过控制系统自动完成 碳纤维织物的整体穿刺与压实工作。
[0003] 随着科学技术的进步，人们逐步将以往手工操作的流程、工艺与信息、微电子、自 动化、精密制造等技术有机结合起来，以提高生产效率、降低劳动强度。与传统的手工操作 相比，自动化生产装备具有操作准确，生产效率高，降低劳动强度，节省生产成本的优点。为 此，人们研制了各种穿刺设备。
[0004] 学术论文"碳布整体穿刺织物编织工艺与结构参数优化"对碳布整体穿刺织物编 织工艺技术进行了详细研宄，对整体穿刺编织工艺中碳布的纤维运动模式和力学行为，以 及Z向钢针的力学行为进行了系统的分析研宄，其中设计并研制了整体穿刺机等设备，该 设备通过高精度油缸和液压系统控制穿刺模板的上下运动来完成对碳布的整体穿刺，完成 碳布整体穿刺后，通过调节液压系统的压力，增加模板的向下作用力，经过一定时间的保持 压力，拆除模板穿刺机上行，完成一次加压密实。其不足在于那个油缸的精度受液压油温升 的影响不稳定，从而影响碳纤维立体织物的成型质量。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，提供了一种碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装 置，该装置可实现碳布穿刺与压实的自动化、连续化，并能够提高整体穿刺成型碳纤维立体 织物的生产效率。
[0006] 为了解决上述技术问题本发明一种碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置予以 实现的技术方案是：一种碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置，包括上端驱动装置，由三 相异步电机驱动小带轮通过V带带动大带轮；所述大带轮与离合器一端紧固连接，另一端 安装在左侧的侧板上，所述离合器与曲轴的一端键连接，该曲轴的另一端与制动器键连接； 所述曲轴通过四个轴承座固定于上板；所述制动器固定在右侧的侧板上；所述左右两侧的 侧板通过支撑筋与所述上板相连，两条支撑铝型材与两侧板连接保持其与所述上板的垂直 度；曲轴连杆固定在所述曲轴中间，下端通过连接座与穿刺装置的上穿刺板连接，所述上穿 刺板通过穿刺连接板与穿刺下板相连，所述上穿刺板和穿刺下板的四角位置均设有直线轴 承并分别套装在四根光轴上；所述四根光轴两端通过光轴座分别固定在所述上板和底板 上；通过三相异步电机的旋转带动穿刺模板完成穿刺动作；移动板通过四角的所述直线轴 承套在四根所述光轴上并通过丝杠螺母与梯形丝杠连接，移动板上固定着移动式工作台； 所述移动式工作台的X-Y平台底板上固定有Y-步进电机，通过驱动滚珠丝杠来驱动Y-工 作台在Y方向运动，所述Y-工作台上固定有X-步进电机驱动滚珠丝杠来实现X-工作台在 X方向运动；所述X-工作台上装有步进电机驱动的蜗轮蜗杆减速器来实现旋转工作台下板 上的旋转工作台的转动；固定移动板的两根所述梯形丝杠底端与伺服电机连接；所述伺服 电机固定在底板的下端；通过控制所述Y-步进电机，移动式工作台移出预穿刺位置将装有 超长穿刺钢针的钢针阵列固定在X-Y工作台的旋转工作台上。
[0007] 控制系统包括人机界面、PLC可编程逻辑控制器、与交流伺服电机联接的交流伺服 电机驱动器、与所述闭环步进电机联接的闭环步进电机驱动器；所述人机界面用于指令的 输入与显示，所述人机界面通过数据线与PLC可编程逻辑控制器相连，将信号传输到PLC可 编程逻辑控制器中，PLC可编程逻辑控制器向所述交流伺服电机驱动器、所述步进电机驱动 器及所述三相异步电机发出脉冲信号，从而控制所述移动板的升降和所述工作台在XY轴 上的移动、旋转工作台的旋转及带轮的转动，使穿刺模板移动到穿刺位置从而完成碳布的 加压与密实工艺。
[0008] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于叠层机织碳布的穿刺与压实， 实现了叠层机织碳布的穿刺加压密实功能的自动化，提高了工作效率、降低了工作人员的 劳动强度。
【附图说明】
[0009] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会 更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义 上的限制，在附图中：
[0010] 图1是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的主视图；
[0011] 图2是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的左视图；
[0012] 图3是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的俯视图；
[0013] 图4是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的示意图；
[0014] 图5是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置移动工作台主视图；
[0015] 图6是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置移动工作台左视图；
[0016] 图7是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置移动工作台俯视图；
[0017] 图8是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置移动工作台立体图；
[0018] 图9本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的控制系统框图；
[0019] 图10是本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置的穿刺速度计算方法示意 图；
[0020] 图中：
[0021] 1、上端驱动装置 2、穿刺装置 3、移动式工作台
[0022] 101、曲轴 102、曲轴连杆 103、轴承座
[0023] 104、离合器 105、制动器 106、大带轮
[0024] 107、侧板 108、支撑铝型材 109、支撑筋
[0025] 110、连接座 111、小带轮 112、三相异步电机
[0026] 113、位置传感器A 114、位置传感器B 115、上板
[0027] 201、穿刺上板 202、穿刺连接板 203、穿刺下板
[0028] 204、穿刺板 205、光轴 206、直线轴承
[0029] 207、光轴座 301、X-Y工作台 302、梯形丝杠
[0030] 303、丝杠螺母 304、底板 305、伺服电机
[0031] 306、接近开关 307、移动板 301-1、X-Y滑台底板
[0032] 301-2、Y-步进电机 301-3、接近开关 301_4、接近开关固定导轨
[0033] 301-5、Y-工作台 301-6、X-工作台 301-7、蜗轮蜗杆减速器板
[0034] 301-8、旋转工作台下板 301-9、旋转工作台 301-10、X-步进电机
[0035] 301-11、蜗轮蜗杆减速器
【具体实施方式】
[0036] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0037] 如图1所示，本发明一种碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置，包括上端驱动 装置1，所述上端驱动装置1由三相异步电机112驱动小带轮111通过V带带动大带轮106 ; 所述大带轮106与离合器104 -端紧固连接，另一端安装在左侧的侧板107上，所述离合器 104与曲轴101的一端键连接，该曲轴101的另一端与制动器105键连接；所述曲轴101通 过四个轴承座103固定于上板115 ;所述制动器固定在右侧的侧板107上；所述左右两侧的 侧板107通过支撑筋109与所述上板115相连，两条支撑铝型材108与两侧板107连接保 持其与所述上板115的垂直度；曲轴连杆102固定在所述曲轴101中间，下端通过连接座 110与穿刺装置2的上穿刺板201连接，所述上穿刺板201通过穿刺连接板202与穿刺下 板203相连，所述上穿刺板201和穿刺下板203的四角位置均设有直线轴承206并分别套 装在四根光轴205上；所述四根光轴205两端通过光轴座207分别固定在所述上板115和 底板304上；通过三相异步电机112的旋转带动穿刺模板完成穿刺动作；
[0038] 如图2所示，移动板307通过四角的所述直线轴承206套在四根所述光轴205上 并通过丝杠螺母303与梯形丝杠302连接，移动板307上固定着移动式工作台3 ;
[0039] 如图5所示为本发明碳纤维立体织物成型的穿刺与压实装置中移动工作