一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，從上到下依次包括三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲波植入機(jī)構(gòu)、鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和工作平臺(tái)；其中，超聲波植入機(jī)構(gòu)連在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。本發(fā)明超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，實(shí)現(xiàn)了立體織物制備中鋼針植入的自動(dòng)化，有效提高了生產(chǎn)效率、控制精度以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，且成本低廉。
【專利說明】
一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，屬于立體織物編織領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三維立體織物，作為復(fù)合材料增強(qiáng)體，因纖維在內(nèi)部空間中相互交織，形成層間連接，使復(fù)合材料獲得優(yōu)異的整體結(jié)構(gòu)及突出的力學(xué)性能，從根本上克服了傳統(tǒng)的層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度低、抗沖擊性能低、易分層等缺點(diǎn)。同時(shí)，利用三維立體織物作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，大大減少了后期因機(jī)械加工所造成的纖維損傷，顯著提高了復(fù)合材料整體強(qiáng)度和剛度，具有良好的耐燒蝕和抗損傷性。因此，三維結(jié)構(gòu)編織復(fù)合材料在航空、航天、軍工、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著當(dāng)前市場(chǎng)的快速發(fā)展，對(duì)于大尺寸、高厚度的三維立體織物產(chǎn)品需求與日倶增。傳統(tǒng)的細(xì)編穿刺制備立體織物工藝，在成型大尺寸構(gòu)件時(shí)所需的成本高、效率低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。如何成型平面大尺寸、高厚度的立體織物成為當(dāng)下立體織物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亟待解決的問題。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?01410741142.3的專利提供了一種立體織物制備中超聲波植入鋼針的方法，工藝?yán)贸暡ㄕ駝?dòng)器產(chǎn)生的機(jī)械微振動(dòng)原理，通過人工操作超聲波設(shè)備，將預(yù)設(shè)置好的鋼針植入到立體織物中，待鋼針植入完畢后將所植入的鋼針置換成纖維或纖維棒形成最終的立體織物，解決了平面大尺寸、高厚度的立體織物的成型問題。但上述方法中，植入鋼針采用機(jī)械夾具裝夾超聲波振動(dòng)器，通過機(jī)械撥叉機(jī)構(gòu)，利用人工撥動(dòng)手柄的方式推動(dòng)超聲波振動(dòng)器完成植入動(dòng)作，同時(shí)，導(dǎo)向鋼針利用可拆卸的模板，采用人工反復(fù)抽插模板的方式完成，其不足之處在于:I)人工操作為主，生產(chǎn)成本高、效率低;2)輔助設(shè)備的機(jī)械化程度低;3)鋼針在植入方向上容易產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中平面大尺寸、高厚度立體織物的成型難題，以及現(xiàn)有工藝操作過程中機(jī)械化程度低、生產(chǎn)效率低、成本高和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差等問題，本發(fā)明提供一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，從上到下依次包括三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲波植入機(jī)構(gòu)、鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和工作平臺(tái)；其中，超聲波植入機(jī)構(gòu)連在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
[0008]基于以上裝置采用臺(tái)達(dá)PLC+運(yùn)動(dòng)控制器的控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置內(nèi)所有伺服的位置控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，具體參見現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]使用時(shí)，將立體織物鋪設(shè)在工作平臺(tái)上，將鋼針按照設(shè)計(jì)性質(zhì)預(yù)設(shè)在鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)，利用超聲波植入機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的機(jī)械微振動(dòng)，將鋼針植入立體織物鋪層中，振動(dòng)頻率可調(diào)節(jié)。
[0010]為了提高植入精度，超聲波植入機(jī)構(gòu)包括夾持裝置和超聲波振動(dòng)器，超聲波振動(dòng)器通過夾持裝置安裝在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。即夾持裝置固定在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，超聲波振動(dòng)器被夾持在夾持裝置上。
[0011]為了進(jìn)一步提高植入精度，鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向柱、導(dǎo)向平板、壓板和升降機(jī)；
[0012]導(dǎo)向柱為階梯軸狀，具體為由兩根不同直徑的柱體拼接而成，其中，大直徑柱體位于下方，小直徑柱體位于上方，在拼接處形成定位軸肩；導(dǎo)向平板和壓板均穿過導(dǎo)向柱，導(dǎo)向平板位于壓板上方，壓板固定在定位軸肩的位置，導(dǎo)向平板和壓板上均設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向平板上的導(dǎo)向孔和壓板上導(dǎo)向孔位置相對(duì)設(shè)置;工作平臺(tái)位于壓板下方；
[0013]升降機(jī)的底部固定，升降機(jī)的頭部穿過壓板、與導(dǎo)向平板連接，并驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向平板上下移動(dòng)。
[0014]前述升降機(jī)的底部固定指，升降機(jī)的底部固定在地面或其他工作面，升降機(jī)可采用的驅(qū)動(dòng)形式有多種，如:液壓或電動(dòng);壓板固定在定位軸肩的位置指壓板由于軸肩的阻擋不能繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，但可相對(duì)導(dǎo)向柱向上滑動(dòng)，這樣方便鋼針植入完畢后鋼針的脫出。本申請(qǐng)上、下指超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置工作時(shí)的相對(duì)位置。導(dǎo)向平板上的導(dǎo)向孔和壓板上導(dǎo)向孔位置相對(duì)設(shè)置，指同一鋼針同時(shí)穿過導(dǎo)向平板上的導(dǎo)向孔及與其相對(duì)設(shè)置的壓板上的導(dǎo)向孔。導(dǎo)向平板和壓板上的導(dǎo)向孔用于鋼針的定位和導(dǎo)向。
[0015]為了提高植入精度，同時(shí)滿足一般需求，導(dǎo)向平板和壓板上的導(dǎo)向孔均呈矩陣分布或蜂窩狀分布。
[0016]為了提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，導(dǎo)向平板和壓板均為矩形狀;導(dǎo)向柱有四根，分別位于導(dǎo)向平板和壓板的四角處。
[0017]為了保證鋼針植入的穩(wěn)定性，升降機(jī)有兩個(gè)，分別與導(dǎo)向平板長(zhǎng)度方向上的兩端底部連接。
[0018]為了方便植入鋼針的后處理，工作平臺(tái)包括底座和位于底座上的下模板。
[0019]本申請(qǐng)將鋼針的一端定義為針尖、另一端定義為鋼針根部。
[0020]使用時(shí)，將立體織物鋪設(shè)在下模板上，將鋼針排放在導(dǎo)向平板和壓板上的導(dǎo)向孔內(nèi)，針尖向下、且落于立體織物表面，超聲波振動(dòng)器在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)直至接觸鋼針根部(即超聲波振動(dòng)器的底部與鋼針根部接觸)，而后按照設(shè)定好的路徑執(zhí)行鋼針向下植入的動(dòng)作，工作時(shí)，超聲波振動(dòng)器每次植入深度為設(shè)定值，導(dǎo)向平板待超聲波振動(dòng)器完成單次植入深度任務(wù)后，在升降機(jī)的帶動(dòng)下向下垂直位移相同距離(指與前次的超聲植入深度相同)，繼續(xù)植入，待鋼針針尖穿透立體織物的整個(gè)厚度方向后，會(huì)刺入布層下方的下模板之，當(dāng)針尖刺入下模板50-100mm時(shí)，超聲波植入機(jī)構(gòu)停止工作并退回初始位置。鋼針的長(zhǎng)度應(yīng)保證鋼針植入完畢后，針尖超出立體織物底面50-100mm(即針尖刺入下模板50-100mm)，鋼針根部超出立體織物頂面50-100mm，方便下一步操作。
[0021]三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用門式結(jié)構(gòu)，包含相互垂直的X向、y向和z向線性執(zhí)行器，超聲波植入機(jī)構(gòu)連在Z向線性執(zhí)行器上。這樣可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)高精度的自動(dòng)控制技術(shù)。三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式有多種，如滾珠螺桿、齒形帶和齒輪齒條等。
[0022 ]本申請(qǐng)立體織物包括無紡布、機(jī)織布及預(yù)浸料等。
[0023]本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0024]本發(fā)明超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，實(shí)現(xiàn)了立體織物制備中鋼針植入的自動(dòng)化，有效提尚了生廣效率、控制精度以及廣品質(zhì)量的穩(wěn)定性，且成本低廉。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置的主視圖；
[0026]圖2為圖1的俯視圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的工作原理圖；
[0028]圖4為超聲波植入機(jī)構(gòu)安裝示意圖；
[0029]圖5為夾持裝置；
[0030]圖中，I三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)、2超聲波植入機(jī)構(gòu)、3鋼針矩陣、4鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、5工作平臺(tái)、6夾持裝置、7超聲波振動(dòng)器、8導(dǎo)向柱、9導(dǎo)向平板、10壓板、11升降機(jī)、12立體織物、13下模板、14底座。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如圖1-3所示，超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，從上到下依次包括三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲波植入機(jī)構(gòu)、鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和工作平臺(tái)；
[0034]三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用門式結(jié)構(gòu)，包含相互垂直的X向、y向和z向線性執(zhí)行器，三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為滾珠螺桿式;超聲波植入機(jī)構(gòu)包括夾持裝置和超聲波振動(dòng)器，超聲波振動(dòng)器通過夾持裝置安裝在z向線性執(zhí)行器上，如圖4所示。
[0035]鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向柱、導(dǎo)向平板、壓板和升降機(jī)；
[0036]導(dǎo)向柱由兩根不同直徑的柱體拼接而成，其中，大直徑柱體位于下方、并通過螺紋固定方式安裝于地面之上，小直徑柱體位于上方，在拼接處形成定位軸肩，即從下到上依次為大直徑柱體和小直徑柱體;導(dǎo)向平板和壓板均穿過導(dǎo)向柱，導(dǎo)向平板位于壓板上方，壓板固定在定位軸肩的位置，導(dǎo)向平板和壓板上均設(shè)有蜂窩狀分布的導(dǎo)向孔，導(dǎo)向平板上的導(dǎo)向孔和壓板上導(dǎo)向孔位置相對(duì)設(shè)置;工作平臺(tái)位于壓板下方；
[0037]升降機(jī)的底部固定，升降機(jī)的頭部穿過壓板、與導(dǎo)向平板通過法蘭固定，并驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向平板上下移動(dòng)，導(dǎo)向柱為導(dǎo)向平板導(dǎo)向；
[0038]導(dǎo)向平板和壓板均為矩形狀;導(dǎo)向柱有四根，分別位于導(dǎo)向平板和壓板的四角處；升降機(jī)有兩個(gè)，分別與導(dǎo)向平板長(zhǎng)度方向上的兩端底部連接。
[0039]工作平臺(tái)位于壓板下方，包括底座和位于底座上的下模板，下模板為泡沫板。
[0040]工作前，將立體織物布設(shè)在下模板上，鋼針預(yù)設(shè)置入導(dǎo)向平板和壓板的導(dǎo)向孔內(nèi)，使鋼針針尖自由下落至立體織物表面。工作時(shí)，如圖3所示，利用升降機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向平板，沿垂直方向運(yùn)動(dòng)至距針尖指定高度處后停止;待整體系統(tǒng)穩(wěn)定后，頂部超聲波振動(dòng)器向下運(yùn)動(dòng)直至接觸鋼針矩陣的鋼針根部，而后按照設(shè)定好的路徑執(zhí)行鋼針向下植入的動(dòng)作;超聲波振動(dòng)器每次植入深度為設(shè)定值;待超聲波振動(dòng)器完成當(dāng)前次植入深度的任務(wù)后，導(dǎo)向平板自動(dòng)向下垂直位移與前次植入深度相同距離，并反饋信號(hào)給三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備開始執(zhí)行下一次植入任務(wù);待鋼針針尖穿透立體織物的整個(gè)厚度方向后，會(huì)刺入立體織物下方的下模板之中；工作結(jié)束時(shí)，超聲波工作裝置運(yùn)行達(dá)到指定的深度，停止工作并退回初始位置;而后導(dǎo)向平板和壓板依次沿垂直方向向上運(yùn)動(dòng)并脫離鋼針矩陣，從而完成鋼針的自動(dòng)植入。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:從上到下依次包括三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲波植入機(jī)構(gòu)、鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和工作平臺(tái)；其中，超聲波植入機(jī)構(gòu)連在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。2.如權(quán)利要求1所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:超聲波植入機(jī)構(gòu)包括夾持裝置和超聲波振動(dòng)器，超聲波振動(dòng)器通過夾持裝置安裝在三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。3.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:鋼針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向柱、導(dǎo)向平板、壓板和升降機(jī)； 導(dǎo)向柱由兩根不同直徑的柱體拼接而成，其中，大直徑柱體位于下方，小直徑柱體位于上方，在拼接處形成定位軸肩；導(dǎo)向平板和壓板均穿過導(dǎo)向柱，導(dǎo)向平板位于壓板上方，壓板固定在定位軸肩的位置，導(dǎo)向平板和壓板上均設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向平板上的導(dǎo)向孔和壓板上導(dǎo)向孔位置相對(duì)設(shè)置;工作平臺(tái)位于壓板下方； 升降機(jī)的底部固定，升降機(jī)的頭部穿過壓板、與導(dǎo)向平板連接，并驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向平板上下移動(dòng)。4.如權(quán)利要求3所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:導(dǎo)向平板和壓板上的導(dǎo)向孔均呈矩陣分布或蜂窩狀分布。5.如權(quán)利要求3所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:導(dǎo)向平板和壓板均為矩形狀;導(dǎo)向柱有四根，分別位于導(dǎo)向平板和壓板的四角處。6.如權(quán)利要求5所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:升降機(jī)有兩個(gè)，分別與導(dǎo)向平板長(zhǎng)度方向上的兩端底部連接。7.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:工作平臺(tái)包括底座和位于底座上的下模板。8.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用門式結(jié)構(gòu)，包含相互垂直的X向、y向和z向線性執(zhí)行器，超聲波植入機(jī)構(gòu)安裝在Z向線性執(zhí)行器上。9.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波自動(dòng)植入鋼針裝置，其特征在于:三坐標(biāo)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為滾珠螺桿式、齒形帶式或齒輪齒條式。
【文檔編號(hào)】B29B11/00GK105922474SQ201610349737
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】蔣軒, 張方超, 董偉峰
【申請(qǐng)人】中材科技股份有限公司