CN111284045B

CN111284045B - 一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割机构

Info

Publication number: CN111284045B
Application number: CN201811491592.6A
Authority: CN
Inventors: 段学俊; 吴庆堂; 修冬; 陈洪海; 吴焕; 魏巍; 王凯; 李珊; 郭波; 王泽震; 康战; 李旭; 李勇
Original assignee: Changchun Equipment & Technology Research Institute
Current assignee: Changchun Equipment & Technology Research Institute
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN111284045A

Abstract

一种高可靠性高效率多根Z‑pin压入及切割机构，可用于实现泡沫载体进行Z‑pin过渡植入过程中的压入和切断，可解决目前泡沫预植入体制备装备技术中植入精度差、可靠性低和效率低的技术问题。压入及切割机构可安装在龙门式框架结构中，在同一平面内两垂直进给机构的驱动下，进行平面内任意位置的停留，由送料机构、压入进给机构和压紧切割机构三部分组成。压紧切割机构中的金刚石砂轮可在一次往复运动中完成多根Z‑pin的同时切断，其中的压紧装置增加了切割和压入动作的可靠性。机构将Z‑pin分两次压入泡沫载体的加工方式实现了多根Z‑pin高可靠性高效率的自动压入及切断。

Description

一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割机构

技术领域

本发明涉及一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割机构，尤其是可用于实现泡沫载体在进行Z-pin过渡植入过程中的高精度、高可靠性和高效率的压入和切断。

背景技术

Z-pin 技术是指借鉴缝合复合材料技术中不连续缝线方法，在层合板的预浸件中直接嵌入固化好的纤维短棒，然后再固化预浸件形成层合板的工艺过程。涉及到的Z-pin泡沫预植入体制备装备技术是采用数字控制技术，将直径范围为0.2-1mm的Z-pin 按照一定分布规律植入到过渡泡沫载体中，要求精确控制植入的角度、深度及位置。

关于泡沫预植入体制备装备技术，目前公知的技术是采用平面内两垂直坐标轴对植入头组件进行进给运动，确定坐标位置后，植入头组件完成植入、剪断等动作。植入头组件完成一次植入循环后，移动至下一指定位置并进行下一植入循环。由于结构限制，植入的施力点与植入点之间有一段距离，在泡沫载体摩擦阻力的作用下，利用对辊和Z-pin之间摩擦力进行植入时，Z-pin会发生不同程度的弯曲，并且阻力会随植入深度的增加而增大，最终会导致Z-pin植入深度及角度不准确的情况发生。另外，由于复合材料Z-pin的强度高，剪切刀刃会在高频率的工作下很快出现磨损现象，容易发生Z-pin未切断和切口处纤维劈裂的现象，因此剪切的可靠性较差,在进行多根Z-pin同时植入时，这种现象对可靠性的影响更为严重。另外，剪切刀组属于难加工件，其修整和更换会降低植入效率。

发明内容

为了解决目前泡沫预植入体制备装备技术中植入精度差、可靠性低和效率低的技术问题，本发明提供一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割机构，它是采用垂直直线轴的进给机构驱动压入头组件将已输送并夹紧的Z-pin压入泡沫载体至要求深度的一半，利用高速旋转的金刚石砂轮在执行一次进给往复运动后，对多根Z-pin进行一次性切断，压入头组件提升并运行至下一工位，再次执行和第一次相同压入动作的同时，利用导向块下底面将第一次已经切断的Z-pin进行二次压入，从而使植入泡沫载体中的Z-pin达到最终要求的压入深度，至此完成一组Z-pin的完全压入。在此过程中，执行压入动作和切割动作之前压紧机构会对Z-pin进行压紧。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割机构，共由送料机构、压入进给机构，压紧切割机构三部分组成，其特征在于：送料机构包括放料盘、压紧弹簧、锁紧螺母、放料座板、分线梳、过渡板、定位梳、上顶辊、上顶辊座、下顶辊、下顶辊座、放料电机、主动辊、导引辊；放料盘安装于放料座板的滚轴上，由压紧弹簧及锁紧螺母对其进行压紧，滚轴可自由旋转；放料座板安装于箱体上，其上安装放料盘、分线梳、过渡板和定位梳；分线梳在送料过程中对Z-pin进行分线；过渡板在送料过程中对Z-pin进行过渡和支撑；定位梳与导向块共同完成Z-pin在送料过程中的导向，可以根据压入的间距去选择定位梳中的任意间隔；下顶辊与下顶辊座联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体的槽内滑动，通过预紧力与主动辊夹紧Z-pin，主动辊与箱体相联，可自由旋转，放料电机带动主动辊旋转实现送料；上顶辊与上顶辊座联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体的槽内滑动，导引辊内部装有角度编码器并与箱体相联，可自由旋转，通过预紧力与下顶辊夹紧Z-pin，在送料过程中进行导引和计数；压入进给机构包括底座、导轨副、轴承座、电机座、压入电机、联轴器、丝杠、滑台座、箱体；导轨副与底座联接，对压入进给进行导向；压入电机通过电机座与底座联接；轴承座与底座联接，对丝杠进行支撑；压入电机通过联轴器驱动丝杠旋转，实现滑台座垂直方向的往复进给运动，并对进给位移进行精确控制；滑台座与箱体联接；压紧切割机构包括切割气缸、气磨机、金刚石砂轮、导向块、压紧气缸、气磨机安装座、气磨机压盖、限位挡板、夹套、砂轮杆、胶垫、压块、滑板、压紧气缸安装座、导柱、切割气缸安装座、连接块、小导轨副；气磨机通过气磨机安装座与气磨机压盖的联接进行固定，为金刚石砂轮提供高速旋转动力；气磨机安装座与小导轨副相联接，可沿导轨方向进行滑动；砂轮杆与金刚石砂轮联接，并通过夹套与气磨机联接；切割气缸通过切割气缸安装座与箱体联接，活塞杆通过连接块与气磨机安装座连接，可驱动切割装置沿小导轨副导轨方向作往复进给运动；限位挡板与箱体联接，对切割装置的进给运动进行机械限位；导向块与箱体联接，其上开有穿线孔用于穿线，下方开有长槽为切割装置的往复运动提供空间，其下段为半封闭结构，为压紧提供空间；压紧气缸通过压气缸安装座与箱体联接，为压紧和松开动作提供动力；导柱与导向块联接，对为滑板的往复进给运动进行导向，压块上粘有胶垫并与滑板联接，在Z-pin切割前和压入泡沫载体前对其进行压紧。

整套压入头组件可安装在龙门式框架结构中，在同一平面内两垂直进给机构的驱动下，进行平面内任意位置的停留，并可通过数控***进行压入轨迹的设计及压入和切割动作的自动化控制，压入速度、切割的进给速度、金刚石砂轮的转速可根据工艺要求进行设定和调整。

本发明的有益效果是，所述的Z-pin压入及切割机构可以在一次压入循环内将多根Z-pin分两次压入泡沫载体，第一次压入时将施力固定点到植入点的距离控制到最小，第二次压入由导向块下底面直接将压力施加在第一次压入切断后Z-pin的上表面上；由金刚石砂轮在一次往复进给运动过程中可对多根Z-pin进行同时切断；金刚石砂轮的切边呈45°角，因此Z-pin经切断后上段会留下45°尖角，从而增强一次压入效果，下段上表面形成光整平面，使导向块下底面与该光整平面能够完全接触，从而增强二次压入效果；Z-pin分两次压入的方式保证了其在泡沫载体中的角度和深度精度；切割机构中带有压紧装置，可以增加Z-pin切割和压入动作的可靠性；其中，压块上粘有胶垫以增强压紧效果，保证压紧不会因Z-pin的直径的微小差异而出现压空现象；采用气磨机带动金刚石砂轮作为切割刀具可以减小刀具的磨损，减少更换和修整刀具的时间，从而提高生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1压入及切割机构总体结构图。

图2是压紧切割机构的主视图。

图3是压紧切割机构的侧视图。

图4是切口上、下端预留角度原理图。

图中:1.放料盘，2.压紧弹簧，3.锁紧螺母，4.放料座板，5.分线梳，6.过渡板，7.定位梳，8.底座，9.导轨副，10.轴承座，11.电机座，12.联轴器，13.压入电机，14. 丝杠，15.滑台座，16.箱体，17.上顶辊，18.上顶辊座，19.下顶辊，20.下顶辊座，21.压紧气缸，22. 导向块，23.金刚石砂轮，24.气磨机，25.切割气缸，26. 主动辊，27.导引辊，28.放料电机（28），29.气磨机安装座，30.气磨机压盖，31.限位挡板，32.夹套，33.砂轮杆，34. 胶垫，35.压块，36.滑板，37.缸安装座，38.导柱，39.Z-pin，40.切割气缸安装座，41.连接块，42.小导轨副，43.泡沫载体。

具体实施方式

在图1及图2中, 送料机构包括放料盘（1）、压紧弹簧（2）、锁紧螺母（3）、放料座板（4）、分线梳（5）、过渡板（6）、定位梳（7）、上顶辊（17）、上顶辊座（18）、下顶辊（19）、下顶辊座（20）、放料电机（28）、主动辊（26）、导引辊（27）；放料盘（1）安装于放料座板（4）的滚轴上，由压紧弹簧（2）及锁紧螺母（3）对其进行压紧，滚轴可自由旋转；放料座板（4）安装于箱体（16）上，其上安装放料盘（1）、分线梳（5）、过渡板（6）和定位梳（7）；分线梳（5）在送料过程中对Z-pin（39）进行分线；过渡板（6）在送料过程中对Z-pin（39）进行过渡和支撑；定位梳（7）与导向块（22）共同完成Z-pin（39）在送料过程中的导向，可以根据压入的间距去选择定位梳（7）中的任意间隔；下顶辊（19）与下顶辊座（20）联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体（16）的槽内滑动，通过预紧力与主动辊（26）夹紧Z-pin（39），放料电机（28）带动主动辊（26）旋转实现送料；上顶辊（17）与上顶辊座（18）联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体（16）的槽内滑动，导引辊（27）内部装有角度编码器，通过预紧力与下顶辊（19）夹紧Z-pin（39），在送料过程中进行导引和计数。

压入进给机构包括底座（8）、导轨副（9）、轴承座（10）、电机座（11）、压入电机（13）、联轴器（12）、丝杠（14）、滑台座（15）、箱体（16）；导轨副（9）与底座（8）联接，对压入进给进行导向；压入电机（13）通过电机座（11）与底座（8）联接；轴承座（10）与底座（8）联接，对丝杠（14）进行支撑；压入电机（13）通过联轴器（12）驱动丝杠（14）旋转，实现滑台座（15）垂直方向的往复进给运动，并对进给位移进行精确控制；滑台座（15）与箱体（16）联接。

压紧切割机构安装于箱体（16）底部。

在图1及图2的实施例中，将放料盘（1）中的Z-pin（39）手动进行抻出，经过分线梳（5）、过渡板（6），根据压入的间距要求选择定位梳（7）的相应间隔并穿过，再依次从上顶辊（17）与导引辊（27）之间、下顶辊（19）与主动辊（26）之间穿过，再穿过导向块（22）上的小孔至其下底面以下位置，压紧气缸（21）通过压块（35）将Z-pin（39）压紧至导向块（22）底部所露出的凹槽内，切割气缸（25）通过连接块（41）推动高速旋转的金刚石砂轮（23）对Z-pin（39）进行齐边；送料机构根据压入深度输送定长度的Z-pin（39）并穿过导向块（22）底部的小孔，压紧气缸（21）执行之前的压紧动作，压入进给机构带动整套压入头组件将夹紧固定好的Z-pin（39）压入泡沫载体至要求深度的一半，切割气缸（25）执行之前的切割动作，压入进给机构提升压入头组件并由两垂直进给机构驱动至下一压入位置，压紧气缸（21）执行松开动作，送料机构执行之前的送料动作，压紧气缸（21）执行之前的压紧动作，压入进给机构执行之前的压入动作，完成新一组Z-pin（39）一次压入的同时，利用导向块（22）的下底面完成了上一组Z-pin（39）的二次压入，至此也完成上一组最终要求深度的压入。

在图2及图3中, 压紧切割机构包括切割气缸（25）、气磨机（24）、金刚石砂轮（23）、导向块（22）、压紧气缸（21）、气磨机安装座（29）、气磨机压盖（30）、限位挡板（31）、夹套（32）、砂轮杆（33）、胶垫（34）、压块（35）、滑板（36）、压紧气缸安装座（37）、导柱（38）、切割气缸安装座（40）、连接块（41）、小导轨副（42）；气磨机（24）通过气磨机安装座（29）与气磨机压盖（30）的联接进行固定，为金刚石砂轮（23）提供高速旋转动力；气磨机安装座（29）与小导轨副（42）相联接，可沿导轨方向进行滑动；砂轮杆（33）与金刚石砂轮（23）联接，并通过夹套（32）与气磨机（24）联接；切割气缸（25）通过切割气缸安装座（40）与箱体（16）联接，活塞杆通过连接块（41）与气磨机安装座（29）连接，可驱动切割装置沿小导轨副（42）导轨方向作往复进给运动；限位挡板（31）与箱体（16）联接，对切割装置的进给运动进行机械限位；导向块（22）与箱体（16）联接，其上开有穿线孔用于穿线，下方开有长槽为切割装置的往复运动提供空间，其下段为半封闭结构，为压紧提供空间；压紧气缸（21）通过压气缸安装座（37）与箱体（16）联接，为压紧和松开动作提供动力；导柱（38）与导向块（22）联接，对为滑板（36）的往复进给运动进行导向，压块（35）上粘有胶垫（34）并与滑板（36）联接，在Z-pin（39）切割前和压入泡沫载体（43）前对其进行压紧。

在图4中, Z-pin（39）的三种状态分别为已切断、正在切断和完成切断。由于金刚石砂轮的切边呈45°角，因此Z-pin经切断后上段会留下45°尖角，从而增强一次压入效果，下段上表面形成光整平面，使导向块（22）下底面与该光整平面能够完全接触，从而增强二次压入效果。

Claims

1.一种高可靠性高效率多根Z-pin压入及切割工艺，该工艺采用Z-pin压入及切割机构实施, Z-pin压入及切割机构共由送料机构、压入进给机构、压紧切割机构三部分组成，其特征在于：送料机构包括放料盘（1）、压紧弹簧（2）、锁紧螺母（3）、放料座板（4）、分线梳（5）、过渡板（6）、定位梳（7）、上顶辊（17）、上顶辊座（18）、下顶辊（19）、下顶辊座（20）、放料电机（28）、主动辊（26）、导引辊（27）；放料盘（1）安装于放料座板（4）的滚轴上，由压紧弹簧（2）及锁紧螺母（3）对其进行压紧，滚轴可自由旋转；放料座板（4）安装于箱体（16）上，其上安装放料盘（1）、分线梳（5）、过渡板（6）和定位梳（7）；分线梳（5）在送料过程中对Z-pin（39）进行分线；过渡板（6）在送料过程中对Z-pin（39）进行过渡和支撑；定位梳（7）与导向块（22）共同完成Z-pin（39）在送料过程中的导向，可以根据压入的间距去选择定位梳（7）中的任意间隔；下顶辊（19）与下顶辊座（20）联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体（16）的槽内滑动，通过预紧力与主动辊（26）夹紧Z-pin（39），主动辊（26）与箱体（16）相联，可自由旋转，放料电机（28）带动主动辊（26）旋转实现送料；上顶辊（17）与上顶辊座（18）联接，可自由旋转，通过螺栓调节可在箱体（16）的槽内滑动，导引辊（27）内部装有角度编码器并与箱体（16）相联，可自由旋转，通过预紧力与下顶辊（19）夹紧Z-pin（39），在送料过程中进行导引和计数；压入进给机构包括底座（8）、导轨副（9）、轴承座（10）、电机座（11）、压入电机（13）、联轴器（12）、丝杠（14）、滑台座（15）、箱体（16）；导轨副（9）与底座（8）联接，对压入进给进行导向；压入电机（13）通过电机座（11）与底座（8）联接；轴承座（10）与底座（8）联接，对丝杠（14）进行支撑；压入电机（13）通过联轴器（12）驱动丝杠（14）旋转，实现滑台座（15）垂直方向的往复进给运动，并对进给位移进行精确控制；滑台座（15）与箱体（16）联接；压紧切割机构包括切割气缸（25）、气磨机（24）、金刚石砂轮（23）、导向块（22）、压紧气缸（21）、气磨机安装座（29）、气磨机压盖（30）、限位挡板（31）、夹套（32）、砂轮杆（33）、胶垫（34）、压块（35）、滑板（36）、压紧气缸安装座（37）、导柱（38）、切割气缸安装座（40）、连接块（41）、小导轨副（42）；气磨机（24）通过气磨机安装座（29）与气磨机压盖（30）的联接进行固定，为金刚石砂轮（23）提供高速旋转动力；气磨机安装座（29）与小导轨副（42）相联接，可沿导轨方向进行滑动；砂轮杆（33）与金刚石砂轮（23）联接，并通过夹套（32）与气磨机（24）联接；切割气缸（25）通过切割气缸安装座（40）与箱体（16）联接，活塞杆通过连接块（41）与气磨机安装座（29）连接，可驱动切割装置沿小导轨副（42）导轨方向作往复进给运动；限位挡板（31）与箱体（16）联接，对切割装置的进给运动进行机械限位；导向块（22）与箱体（16）联接，其上开有穿线孔用于穿线，下方开有长槽为切割装置的往复运动提供空间，其下段为半封闭结构，为压紧提供空间；压紧气缸（21）通过压紧气缸安装座（37）与箱体（16）联接，为压紧和松开动作提供动力；导柱（38）与导向块（22）联接，对为滑板（36）的往复进给运动进行导向，压块（35）上粘有胶垫（34）并与滑板（36）联接，在Z-pin（39）切割前和压入泡沫载体（43）前对其进行压紧,所述的Z-pin压入及切割机构可以在一次压入循环内将多根Z-pin（39）分两次压入泡沫载体（43），第一次压入时将施力固定点到植入点的距离控制到最小，第二次压入由导向块（22）下底面直接将压力施加在第一次压入切断后Z-pin（39）的上表面上；由金刚石砂轮（23）在一次往复进给运动过程中可对多根Z-pin（39）进行同时切断；金刚石砂轮（23）的切边呈45°角，因此Z-pin（39）经切断后上段会留下45°尖角，从而增强一次压入效果，下段上表面形成光整平面，使导向块（22）下底面与该光整平面能够完全接触，从而增强二次压入效果。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：金刚石砂轮（23）为切边呈45°角的170#电镀砂轮。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：气磨机（24）为90°弯头的气动风磨机。