发明内容
本发明要解决的技术问题的一个方面是提供一种用于纤维缠绕加工的自动搭纱装置,可实现制品纤维缠绕加工过程中的搭纱自动化,并显著提高生产效率。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案为:
一种用于纤维缠绕加工的自动搭纱装置,包括支撑底板、滑槽、直线模组、滚轮送纱组件和控制系统,所述直线模组设置在支撑底板上,所述滚轮送纱组件设置在直线模组上;
所述滚轮送纱组件包括滚轮送纱组件底板、压紧机构、挑纱机构、压纱机构及出纱机构,所述压紧机构、挑纱机构、压纱机构及出纱机构均安装在滚轮送纱组件底板上,所述滚轮送纱组件底板安装在直线模组上;
所述压紧机构包括压紧轮、压紧轮连接臂、压紧轮复位弹簧及压紧轮驱动气缸,压紧轮安装在压紧轮连接臂上,所述压紧轮连接臂安装在滚轮送纱组件底板上,在所述压紧轮连接臂的上部安装压紧轮复位弹簧,所述压紧轮复位弹簧的一端连接在压紧轮驱动气缸上,所述压紧轮还固定连接第一轴承;
所述挑纱机构包括挑纱轮、挑纱轮连接臂及挑纱轮连动曲臂,所述挑纱轮连接臂一端安装挑纱轮,另一端安装在滚轮送纱组件底板上,所述挑纱轮连接臂上还设置挑纱轮弹簧,所述挑纱轮弹簧的一端与挑纱轮连接臂连接,另一端固定在滚轮送纱组件底板上,所述挑纱轮连动曲臂在中间部位与滚轮送纱组件底板转动连接,所述挑纱轮连动曲臂一端设置第二轴承,所述第二轴承与挑纱轮连接臂滚动接触,所述挑纱轮连动曲臂另一端设置圆柱体,所述圆柱体与所述滑槽接触,所述滑槽的轮廓为圆弧曲线的组合,也可以为直线段的组合,还可以为圆弧曲线和直线段的组合,一端为高位,另一端为低位;
所述压纱机构包括压纱轮和压纱轮驱动气缸,所述压纱轮通过连接装置连接在压纱轮驱动气缸上;
所述出纱机构包括出纱轮、出纱轮驱动电机,所述出纱轮与滚轮送纱组件底板另一侧的齿轮连接,所述出纱轮驱动电机通过齿轮驱动出纱轮转动;
所述控制系统包括控制器及位置传感器,所述直线模组、压紧轮驱动气缸、压纱轮驱动气缸、出纱轮驱动电机与所述控制器通信连接,直线模组、压紧轮驱动气缸、压纱轮驱动气缸上设置位置传感器。
优选的,所述自动搭纱装置还包括滑槽底板,所述滑槽设置在滑槽底板上,滑槽底板安装在支撑底板上。
优选的,所述滑槽设置在支撑底板上。
优选的,所述圆柱体与所述滑槽滑动接触。
优选的,所述圆柱体与所述滑槽滚动接触。
优选的,所述压紧轮和出纱轮的数量分别至少为2个。
优选的,所述压紧轮和出纱轮的表面设置沟槽或防滑凸起。
优选的,所述支撑底板、滚轮送纱组件底板、压紧轮、压紧轮连接臂、挑纱轮、挑纱轮连接臂、挑纱轮连动曲臂、圆柱体、压纱轮、出纱轮、齿轮由不锈钢制作。
优选的,所述控制器为PLC。
本发明要解决技术问题的另一方面还提供一种搭纱方法,包括以下步骤:
步骤一:自动搭纱装置从起始位向纤维束移动,当自动搭纱装置移动至纤维束的指定位置时,压紧轮驱动气缸的连杆缩回,通过压紧轮连接臂带动压紧轮向下移动,压紧轮复位弹簧被压缩,将纤维束压紧在出纱轮上,与压紧轮连接的第一轴承随着压紧轮移动而向下运动,第一轴承连动挑纱轮连接臂,挑纱轮弹簧收缩,拉动挑纱轮连接臂向上摆动,从而带动挑纱轮将纤维束纱头上挑,压紧轮压紧到位;
步骤二:压紧轮压紧到位后,直线模组向前移动,带动滚轮送纱组件及纤维束接近缠绕工件,同时,圆柱体沿滑槽逐渐向低位滑动,带动挑纱轮连动曲臂动作,挑纱轮连动曲臂另一端的第二轴承向上移动,挑纱轮弹簧继续拉动挑纱轮上挑,将纤维束的纱头缠绕在压纱轮上,直线模组移动到预定位置后停止运动;
步骤三:压纱轮驱动气缸连杆伸出,带动压纱轮及纤维束向缠绕工件移动,使纤维束纱头与缠绕工件紧密接触;
步骤四:压纱轮移动到位后,缠绕工件转动,出纱轮驱动电机工作,带动出纱轮转动,克服纤维束的张力,将纤维束缠绕在缠绕工件上完成搭纱动作;
步骤五:压纱轮驱动气缸的连杆缩回,压纱轮复位,压紧轮驱动气缸的连杆伸出,压紧轮复位弹簧放松,将压紧轮复位,解除对纤维束的压紧;
步骤六:压紧轮复位后,自动搭纱装置远离纤维束,自动搭纱装置回到起始位后,直线模组移动,将滚轮送纱组件复位,同时,圆柱体从滑槽的低位向起始高位滑动,带动挑纱轮连动曲臂动作,挑纱轮连动曲臂另一端的第二轴承向下移动,将挑纱轮连接臂下压从而将挑纱轮复位,直线模组停止运动。
采用上述技术方案,压紧机构、出纱机构、挑纱机构和压纱机构均设置在支撑立板上,在控制系统的控制下,压紧轮驱动气缸的连杆缩回,通过压紧轮连接臂带动压紧轮向下移动,将纤维束压紧在出纱轮上,在上述动作过程中,与压紧轮连接的第一轴承也随着压紧轮移动而向下运动,第一轴承连动挑纱轮连接臂,挑纱轮弹簧收缩,拉动挑纱轮连接臂向上运动,从而带动挑纱轮将纤维束纱头上挑。直线模组移动,带动滚轮送纱组件及纤维束接近缠绕工件,圆柱体逐渐向滑槽低位滑动,带动挑纱轮连动曲臂动作,挑纱轮连动曲臂另一端的第二轴承向上移动,挑纱轮弹簧继续拉动挑纱轮上挑,将纤维束的纱头缠绕在压纱轮上。压纱轮驱动气缸连杆伸出,带动压纱轮及纤维束向缠绕工件移动,使纤维束纱头与缠绕工件紧密接触,以上动作将纤维束的纱头压靠在缠绕工件上。缠绕工件转动,出纱轮驱动电机工作,带动出纱轮转动,克服纤维束的张力,将纤维束缠绕在缠绕工件上。压纱轮驱动气缸的连杆缩回,驱动压纱轮复位,压紧轮驱动气缸的连杆伸出,压紧轮复位弹簧之前积蓄的储能释放,将压紧轮复位,解除对纤维束的压紧。自动搭纱装置远离纤维束,直线模组移动,将滚轮送纱组件复位,此过程中圆柱体从滑槽的低位向起始高位滑动,带动挑纱轮连动曲臂动作,挑纱轮连动曲臂另一端的第二轴承向下移动,将挑纱轮连接臂下压从而将挑纱轮复位。以上动作将纤维束牢牢压靠在缠绕工件上。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明的一个角度立体图,本发明用于纤维缠绕加工的自动搭纱装置机械结构包括支撑底板1、滑槽601、直线模组2、滚轮送纱组件3,直线模组2设置在支撑底板1上,滚轮送纱组件3设置在直线模组2上,滑槽601可设置在滑槽底板6上,滑槽底板6安装在支撑底板1上,滑槽601也可以设置在支撑底板1上。
滚轮送纱组件3包括滚轮送纱组件底板301、压紧机构、挑纱机构、压纱机构及出纱机构。压紧机构、挑纱机构、压纱机构及出纱机构均安装在滚轮送纱组件底板301上,滚轮送纱组件底板301安装在直线模组2上。
如图1所示,压紧机构包括两个压紧轮302,两个压紧轮302安装在压紧轮连接臂303上,在压紧轮连接臂303的上部安装压紧轮复位弹簧304,压紧轮复位弹簧304的一端连接压紧轮驱动气缸305。在具体的结构中,可以根据工况设置压紧轮302和压紧轮连接臂303的数量。
如图2和图3所示,挑纱机构包括挑纱轮307、挑纱轮连接臂308及挑纱轮连动曲臂310,挑纱轮连接臂308一端安装挑纱轮307,另一端通过轴套安装在滚轮送纱组件底板301上,挑纱轮连接臂308上还设置挑纱轮弹簧309,挑纱轮弹簧309一端与挑纱轮连接臂308连接,另一端固定在滚轮送纱组件底板301上。挑纱轮连动曲臂310也通过轴套安装在滚轮送纱组件底板301上,挑纱轮连动曲臂310一端设置第二轴承312,第二轴承312与挑纱轮连接臂308滚动接触,挑纱轮连动曲臂310另一端设置圆柱体311,圆柱体311与滑槽601滑动接触。滑槽601的轮廓为圆弧曲线的组合,也可以为直线段的组合,还可以为圆弧曲线和直线段的组合,一端为高位,另一端为低位。
如图1和图2所示,出纱机构包括两个出纱轮315及出纱轮驱动电机317,出纱轮315与滚轮送纱组件底板301另一侧的齿轮316连接,出纱轮驱动电机317通过齿轮316驱动出纱轮315转动。在具体的结构中,可以根据工况设置出纱轮315和齿轮316的数量。
如图1所示,压纱机构包括压纱轮313和压纱轮驱动气缸314,压纱轮313通过连接装置连接在压纱轮驱动气缸314上,压纱轮驱动气缸314可驱动压纱轮313直线移动。可以根据工况设置所述压紧轮313的数量。
为了增加与纤维束之间的摩擦力,压紧轮302和出纱轮315的表面设置沟槽或防滑凸起。
支撑底板1、滚轮送纱组件底板301、压紧轮302、压紧轮连接臂303、挑纱轮307、挑纱轮连接臂308、挑纱轮连动曲臂310、圆柱体311、压纱轮313、出纱轮315、齿轮316可以由不锈钢制作而成。
本发明中的控制系统包括控制器及位置传感器,直线模组2、压紧轮驱动气缸305、压纱轮驱动气缸314、出纱轮驱动电机317为动作执行器件,各执行器件由一个控制器来控制动作,直线模组2、压紧轮驱动气缸305、压纱轮驱动气缸314的工作位置设置位置传感器,将直线模组2、压紧轮驱动气缸305、压纱轮驱动气缸314位置信息传送给控制器,控制器根据各传感器回传的位置信息及已编制好的控制流程来控制各执行器件按照工作流程动作。控制器可以为单片机、PLC等工控机。
本发明提供的一种搭纱方法,包括以下步骤:
步骤一:控制器控制自动搭纱装置从起始位向纤维束4移动,当自动搭纱装置移动至纤维束4的指定位置时,压紧轮驱动气缸305的连杆缩回,通过压紧轮连接臂303带动压紧轮302向下移动,压紧轮复位弹簧304被压缩,将纤维束4压紧在出纱轮315上,与压紧轮302连接的第一轴承306随着压紧轮302移动而向下运动,第一轴承306连动挑纱轮连接臂308,挑纱轮弹簧309收缩,拉动挑纱轮连接臂308向上运动,从而带动挑纱轮307将纤维束4纱头上挑,位置传感器检测到压紧轮302压紧到位,并将到位信号传送给控制器;
步骤二:控制器接到压紧轮302到位信号后控制直线模组2向前移动,带动滚轮送纱组件3及纤维束4接近缠绕工件5,同时,圆柱体311沿滑槽601逐渐向低位滑动,带动挑纱轮连动曲臂310动作,挑纱轮连动曲臂310另一端的第二轴承312向上移动,挑纱轮弹簧309继续拉动挑纱轮307上挑,将纤维束4的纱头缠绕在压纱轮313上,此时直线模组2已经移动到预定位置,控制器控制直线模组2停止运动;
步骤三:直线模组2停止运动后,控制器控制压纱轮驱动气缸314连杆伸出,带动压纱轮313及纤维束4向缠绕工件5移动,使纤维束4纱头与缠绕工件5紧密接触,以上动作将纤维束4的纱头压靠在缠绕工件5上;
步骤四:压纱轮313移动到位后,控制器控制缠绕工件5转动,同时控制器控制出纱轮驱动电机317工作,带动出纱轮315转动,克服纤维束4的张力,将纤维束4缠绕在缠绕工件5上完成搭纱动作;
步骤五:搭纱动作完成后,控制器控制压纱轮驱动气缸314的连杆缩回,压纱轮313复位,位置传感器检测到压纱轮313复位后将信号传送给控制器,控制器接到信号后控制压紧轮驱动气缸305的连杆伸出,压紧轮复位弹簧304放松,将压紧轮302复位,解除对纤维束4的压紧;
步骤六:压紧轮302复位后,控制器控制自动搭纱装置远离纤维束4,自动搭纱装置回到起始位后,控制器控制直线模组2移动,将滚轮送纱组件3复位,同时,圆柱体311从滑槽601的低位向起始高位滑动,带动挑纱轮连动曲臂310动作,挑纱轮连动曲臂310另一端的第二轴承312向下移动,将挑纱轮连接臂308下压从而将挑纱轮307复位,位置传感器检测到挑纱轮307已复位后将信号传送给控制器,控制器控制直线模组2停止运动。
工作过程
初始状态,如图4所示,挑纱轮307处于起始位置,压紧轮驱动气缸305连杆处于伸出状态,压紧轮复位弹簧304处于释放状态,压紧轮302处于上位打开状态。纤维束4在出纱轮315和压紧轮302之间。如图5所示,圆柱体311处于滑槽601的起始高位,但此时圆柱体311与滑槽601有一定间距并未接触。挑纱轮弹簧309为拉伸状态,但挑纱轮连接臂308被第一轴承306及第二轴承312所限制,挑纱轮弹簧309并未将挑纱轮连接臂308拉动。纤维束4在出纱轮315和压紧轮302之间,纤维束4纱头搭在挑纱轮307上自然下垂,此时第一轴承306处于高位。
如图6、图7所示,控制器控制压紧轮驱动气缸305的连杆缩回,通过压紧轮连接臂303带动压紧轮302向下移动,将纤维束4压紧在出纱轮315上,因压紧轮302固定连接第一轴承306,且第一轴承306与挑纱轮连接臂308滑动接触,所以压紧轮302向下移动的同时,拨动挑纱轮连接臂308向上运动,使挑纱轮弹簧309收缩,拉动挑纱轮连接臂308上挑,带动第二轴承312向上移动,而圆柱体311向下移动与滑槽601接触,从而限制挑纱轮连接臂308继续上挑,此时挑纱轮307将纤维束4的纱头向上挑起,位置传感器检测到压紧轮302压紧到位,并将到位信号传送给控制器。
如图8所示,控制器接到压紧轮302到位信号后控制直线模组2移动,带动滚轮送纱组件3向缠绕工件5靠近,纤维束4一直被压紧轮302和出纱轮315夹持,也一并向缠绕工件5靠近,此时纤维束4的张力没有变化。随着滚轮送纱组件3向缠绕工件5靠近,如图9所示,圆柱体311向滑槽601的低位滑动,第二轴承312继续向上移动,挑纱轮弹簧309得以继续拉动挑纱轮连接臂308上挑,带动挑纱轮307将纤维束4的纱头缠绕贴合在压纱轮313上,此时直线模组2已经移动到预定位置,控制器控制直线模组2停止运动。
如图10所示,直线模组2停止运动后,控制器控制压纱轮驱动气缸314连杆伸出,带动压纱轮313及纤维束4向缠绕工件5移动,以上动作将纤维束4的纱头压靠在缠绕工件5上。此时纤维束4具有适合的缠绕张力。
如图11所示,在压纱轮313移动到位后,控制器控制缠绕工件5被驱动而进行轴向旋转,同时控制器控制出纱轮驱动电机317工作,通过两个齿轮316带动两个出纱轮315转动,保证出纱轮315的线速度与缠绕工件5环向纤维缠绕线速度一致,从而将具有适当缠绕张力的纤维束4顺利缠绕在缠绕工件5上,从而完成搭纱动作。
如图12所示,当完成若干圈缠绕后,纤维束4已经紧密环向缠绕在缠绕工件5上,已实现纤维的连续缠绕。控制器控制压纱轮驱动气缸314连杆缩回,带动压纱轮313复位。位置传感器检测到压纱轮313复位后将信号传送给控制器,控制器接到信号后控制压紧轮驱动气缸305连杆伸出,压紧轮复位弹簧304释放储能,将压紧轮302提升,解除对纤维束4的压紧,压紧轮302复位。
如图13所示,压紧轮302复位后,控制器控制自动搭纱装置远离纤维束4。自动搭纱装置回到起始位后,控制器控制直线模组2向初始位移动,带动滚轮送纱组件3复位,如图14所示,同时,圆柱体311从滑槽601的低位向起始高位滑动,挑纱轮连动曲臂310一直带动第二轴承312向下移动,将挑纱轮连接臂308逐渐下压,最终挑纱轮连接臂308抵靠在第一轴承306上,挑纱轮307复位,位置传感器检测到挑纱轮307已复位后将信号传送给控制器,控制器控制直线模组2停止运动,挑纱轮弹簧309仍被拉伸,至此自动搭纱装置回到了初始状态,完成了一次全自动搭纱过程。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。