CN103331906B - 一种纤维缠绕装置及其缠绕成型方法 - Google Patents

Abstract

一种纤维缠绕装置及其缠绕成型方法，其包括第一工作台、第二工作台、第三工作台、纤维张力控制机构、展纱机构，所述纤维张力控制机构包括交流伺服电机、工件，所述第一工作台上装有交流伺服电机，所述交流伺服电机与支撑固定第一工作台的回转支撑相连接，所述工件固定在所述第一工作台上，所述交流伺服电机带动所述工件转动，其特征在于，在一定距离位置上固定一旋转立柱，所述旋转立柱上固定一水平的直线导轨，所述第二工作平台和第三工作平台装在所述水平的直线导轨上，通过控制所述第二工作平台和第三工作平台在水平直线导轨上的位置，从而实现对不同直径的工件进行缠绕。

Description

一种纤维缠绕装置及其缠绕成型方法

技术领域

本发明涉及一种不同直径的外径缠绕装置及其缠绕成型方法，尤其适用于纤维缠绕工装领域。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，许多行业涉及到纤维缠绕领域。目前，对于纤维缠绕类装置人们更多的是关注其纤维的张力控制及其测量方法，还有就是纤维的缠绕方法。缠绕纤维的工件通常为圆柱体形，在圆柱体外围缠绕纤维可以加强其圆柱体的强度。当前对是否适应不同直径的工件，以及对纤维在吐丝和缠绕过程中是否保持平展重视不够。然而，就目前而言，现在的纤维缠绕装置对纤维张力控制及其测量精度不高而且效率低下，因而，急需一种新型的缠绕工装方案。

为了解决上述问题，本发明提供了一种对不同直径的外径缠绕工装装置及其缠绕成型方法，可以确保纤维的平展，可以精确的实现对纤维的精确控制和测量，可以对不同直径的工件进行缠绕。可靠性好，精度高。

发明内容

为了克服现有的纤维缠绕设备不能使用于不同直径的工件的问题，本发明可提供一种对不同直径的外径缠绕工装装置及其缠绕成型方法。

该装置不仅能对不同直径的工件进行缠绕，而且能准确地对纤维的张力进行控制，还能确保展纱过程中纤维的平展。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种纤维缠绕装置，其包括第一工作台、第二工作台、第三工作台、纤维张力控制机构、展纱机构，所述纤维张力控制机构包括交流伺服电机、需要缠绕纤维的工件，所述第一工作台上装有交流伺服电机，所述交流伺服电机与支撑固定第一工作台的回转支撑相连接，所述工件固定在所述第一工作台上，所述交流伺服电机带动所述工件转动，其特征在于，在一定距离位置上固定一旋转立柱，所述旋转立柱上固定一水平的直线导轨，所述第二工作平台和第三工作平台装在所述水平的直线导轨上，通过控制所述第二工作平台和第三工作平台在水平直线导轨上的位置，从而实现对不同直径的工件进行缠绕。

在所述第二工作台装有所述纤维张力控制机构，在第三工作台上装有所述展纱机构。

所述纤维张力控制机构还包括磁粉离合器、导向轮、张力控制器、展纱轮、吐丝嘴、纤维轴辊、磁粉制动器、手摇柄。

所述纤维缠绕装置采用螺旋缠绕方式，该装置还包含装有滚珠丝杠副。

所述纤维缠绕装置通过旋转立柱、滚珠丝杠副、直线导轨互相配合实现不同直径工件进行纤维缠绕。

所述展纱机构包括磁粉制动器、纤维轴辊、带制动的伺服电机、滚珠丝杠副、吐丝嘴、展纱轮、导纱轮。

另外还提供了一种利用上述纤维缠绕装置进行缠绕成型的方法。

一种纤维缠绕装置的缠绕成型方法，至少包含以下步骤：

(1)将纱卷安装于展纱机构的纤维轴辊的芯轴上，端头设有上压盖和下压盖压紧卷纱，从而实现纤维轴辊的安装；

(2)在一端，伺服电机经过磁粉离合器驱动工件进行转动，在另一端，伺服电机驱动纤维轴辊进行转动，纤维经吐丝嘴后经过展纱轮进行展纱，平展的纤维经过张力控制器后，又经过导向轮，最后缠绕在工件上，张力控制器通过测量驱动工件和驱动纤维轴辊之间的速度差，来进行纤维张力的测量，并能将测量的结果反馈到磁粉离合器和磁粉制动器，来对速度进行控制，从而对纤维的张力进行控制，并且能够实现电动机的反向转动。

在工作台上装有精密减速器的交流伺服电机，电机驱动回转支撑，回转支撑与工作台连接，在工作台上固定好需要缠绕纤维的工件，这样电机就可以驱动工件进行转动。在测定好的距离位置上固定一旋转立柱，在旋转立柱上装有水平的直线导轨，在水平导轨上装有两个工作台，其中在两个工作台上都装有竖直的直线导轨，并且在两个工作台上分别装有展纱机构和张力控制机构，通过控制两个工作台上的竖直直线导轨在水平直线导轨上的位置(以缠绕的工件尺寸设置定位点)，从而实现对不同直径的工件进行缠绕。

在上述的两个工作台中其中一个装有张力控制机构，张力控制机构中有一张力控制器，张力控制器通过测量驱动工件和驱动纤维轴辊的两个电动机的速度差，从而实现对纤维的张力测量，并且张力控制器能够控制磁粉制动器和磁粉离合器，从而实现对张力的控制，并且能够实现电动机的反转，实现反向缠绕。

在上述的两个工作台中的另一工作台上装有展纱机构，滚珠丝杠副与直线导轨副按照纤维展开的螺旋角对纤维轴辊实施控制，使纤维能够与吐丝嘴保持平行，经吐丝嘴导向后的纤维通过一对展纱轮保持平展，经张力机构控制张紧力，最后经由导向轮将纤维按照确定螺旋线缠绕在工件上。

缠绕路线通过采用工件主轴旋转以及与工件中心线平行的滚珠丝杠副的配合来实现。工件由装有精密减速器的三菱交流伺服电机驱动，绕中心线旋转，而纤维由滚珠丝杠副带动沿工件中心线方向上下移动。以工件切线为出发点，工件旋转一周，纤维向下移动n(一个纤维宽度)。为了设备的安装方便，采用滚珠丝杠导程为n1，滚珠丝杠位于工件切线方向，并且距离中心线n2处。

本发明的有益效果是，可以确保纤维的平展，可以精确的实现对纤维的精确控制和测量，可以对不同直径的工件进行缠绕。可靠性好，精度高。

附图说明

图1是包覆工装结构简图。

图2是张力检测及控制示意图。

图3是纱卷与吐丝嘴相对位置控制示意图。。

图4是不同直径工件的定位点示意图。

附图标记说明

1交流伺服电机；2精密减速器；3回转支撑；4第一工作台，5旋转立柱；6电机；7吐丝嘴；8纤维轴辊；9磁粉制动器；10轴辊随动工作台，11直线导轨；12主动定位装置；13纤维控制工作台； 14滚珠丝杠副；15第二工作台；16导向轮；17带制动的步进电机或伺服电机；18张力轮；19展纱轮；20纤维；21张力控制器；22轴辊驱动电机；23磁粉离合器；24轴辊上压盖；25轴辊下压盖；26轴承；27联轴器；28滚珠丝杠；29直线导轨；30缠绕的工件。

具体实施方式

请参阅附图，下面结合附图对本发明的实施作详细描述：

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

结合图1，在图1中，工作台中有精密减速器2的三菱交流伺服电机1，交流伺服电机1与回转支撑3相连接，回转支撑3上固定一第一工作台4，工件固定在第一工作台4上，这样交流伺服电机1就可以带动工件进行转动。在已经设计好的距离位置上固定一旋转立柱5，在旋转立柱5上固定一水平的直线导轨11，在水平的直线导轨11上，装有两个工作台，即第二工作台10和第三工作台13。通过控制这两个工作台在水平直线导轨11上的位置，从而实现对不同直径的工件进行缠绕。

纱卷安装于直径为Φ的芯轴上(采用间隙配合)，端头设有上压盖27和下压盖28压紧卷纱，从而实现纤维轴辊的安装。

在图2中，(手摇柄的作用)伺服电机经过磁粉离合器23驱动工件进行转动，在另一端，电机驱动纤维轴辊25进行转动，纤维经过吐丝嘴20后经过展纱轮21进行展纱，平展的纤维经过张力控制器24后，又经过导向轮22，最后缠绕在工件上。张力控制器24通过测量驱动工件和驱动纤维轴辊之间的速度差，来进行纤维张力的测量，并能将测量的结果反馈到磁粉离合器23和磁粉制动器26，来对速度 进行控制，从而对纤维的张力进行控制。并且能够实现电动机的反向转动。

结合图1和图3进行说明，工件外围缠绕的纤维要求不重叠，不露缝，为实现有序缠绕，采用螺旋缠绕原理。如前面所述工件由装有精密减速器的三菱交流伺服电机1驱动，绕中心线旋转。而在旋转立柱上的两个竖直的工作台，第二工作台10和第三工作台13中，电机经联轴器与滚珠丝杠进行连接，带动其沿工件中心线方向上下移动。以工件切线为出发点，工件旋转一周，纤维向下移动n(一个纤维宽度)。为设备安装方便，采用滚珠丝杠导程为n1，滚珠丝杠位于工件切线方向，并且距离中心线n2处。

由于按照纤维带螺旋线轨迹走丝，会造成缠绕初始和结尾处存在露缝。最小工件直径400mm，露缝面积为4396mm2。工件直径1392mm，理论上最大露缝面积为15298mm2，最大绝对误差为22859mm2，最大相对误差为1.22％.

将吐丝嘴固定安装于展纱轮前端，采用带制动的三菱伺服电机36驱动滚珠丝杠，带动纱卷按照螺旋角实现上下位移，使纤维始终与吐丝嘴33保持平行。吐丝嘴33拟制作成较大曲率的圆环形状。经吐丝嘴33穿过的纤维呈平展状态，平展的纤维再经过展纱轮、张力机构、以及导向轮，最后缠绕于工件外径上。此处选择螺距为m的三头滚珠丝杠。这里是使用带制动的伺服电机，原因是：滚珠丝杠不具备自锁功能，为了保证丝杠螺母停止在确定位置，所以需要设置带有制动功能的伺服电机。

在图4中，不同直径工件定位点的确定：立柱中心O与旋转工作台的中心O1的设计距离是L，基底工作台最大工作行程为L1，不同直径的工件，其滚珠丝杠螺母的定位点不同。经立柱中心O做工件直径φD3的切线OM，再经工件直径φD3的切点U做切线OM的垂线UN，OM与UN的相交点N即为工件直径φD3的滚珠丝杠螺母的定位点。经立柱中心O做工件直径φD2的切线OQ，再经工件直径φD2的切点V做切线OQ的垂线VP，OQ与VP的相交点P即为工件直径φD2的滚珠丝杠螺母的定位点。经立柱中心O做工件直径φD1的切线OB，再经工件直径φD1的切点W做切线OB的垂线WA，OB与WA的相交点A即为工件直径φD1的滚珠丝杠螺母的定位点。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种纤维缠绕装置，其包括第一工作台、第二工作台、第三工作台、纤维张力控制机构、展纱机构，所述纤维张力控制机构包括交流伺服电机、工件，所述第一工作台上装有交流伺服电机，所述交流伺服电机与支撑固定第一工作台的回转支撑相连接，所述工件固定在所述第一工作台上，所述交流伺服电机带动所述工件转动，其特征在于，在一定距离位置上固定一旋转立柱，所述旋转立柱上固定一水平的直线导轨，所述第二工作台和第三工作台装在所述水平的直线导轨上，通过控制所述第二工作台和第三工作台在水平直线导轨上的位置，从而实现对不同直径的工件进行缠绕；

所述纤维缠绕装置通过旋转立柱、滚珠丝杠副、直线导轨互相配合实现不同直径工件进行纤维缠绕，采用滚珠丝杠副和直线导轨按照纤维展开的螺旋角对纤维轴辊实施控制，使纤维能够与吐丝嘴保持平衡，经吐丝嘴导向后的纤维按照确定的螺旋线缠绕在工件上；

所述展纱机构包括磁粉制动器、纤维轴辊、带制动的伺服电机、滚珠丝杠副、吐丝嘴、展纱轮、导纱轮。

2.根据权利要求1所述的纤维缠绕装置，其特征在于，在所述第二工作台装有所述纤维张力控制机构，在第三工作台上装有所述展纱机构。

3.根据权利要求1或2所述的纤维缠绕装置，其特征在于，所述纤维张力控制机构还包括磁粉离合器、导向轮、张力控制器、展纱轮、吐丝嘴、纤维轴辊、磁粉制动器、手摇柄。

4.根据权利要求1或2所述的纤维缠绕装置，其特征在于，所述纤维缠绕装置采用螺旋缠绕方式，该装置还包含有滚珠丝杠副。

5.根据权利要求4所述的纤维缠绕装置，其特征在于，所述纤维张力控制机构中有一张力控制器，张力控制器通过测量驱动工件和驱动纤维轴辊的两个电机的速度差，从而实现对纤维的张力测量，并且张力控制器能够控制磁粉制动器和磁粉离合器，从而实现对张力的控制，并且能够实现电机的反转，实现反向缠绕。

6.一种利用权利要求1-5任一所述的纤维缠绕装置的缠绕成型方法，其特征在于，至少包含以下步骤：

(1)将纱卷安装于展纱机构的纤维轴辊的芯轴上，端头设有上压盖和下压盖压紧卷纱，从而实现纤维轴辊的安装；

(2)在一端，伺服电机经过磁粉离合器驱动工件进行转动，在另一端，带制动的伺服电机驱动纤维轴辊进行转动，纤维经吐丝嘴后经过展纱轮进行展纱，平展的纤维经过张力控制器后，又经过导向轮，最后缠绕在工件上，所述纤维张力控制机构中的张力控制器通过测量驱动工件和驱动纤维轴辊之间的速度差，来进行纤维张力的测量，并能将测量的结果反馈到磁粉离合器和磁粉制动器，来对速度进行控制，从而对纤维的张力进行控制，并且能够实现电动机的反向转动。

7.根据权利要求6所述的缠绕成型方法，其特征在于，将吐丝嘴固定安装于展纱轮前端，采用带制动的伺服电机驱动滚珠丝杠，带动纱卷按照螺旋角实现上下位移，使纤维始终与吐丝嘴保持平行，吐丝嘴拟制作成圆环形状，经吐丝嘴穿过的纤维呈平展状态，平展的纤维再经过展纱轮、张力机构、以及导向轮，最后缠绕于工件外径上。