[发明专利]一种单边缝合设备

说明书

技术领域

本发明涉及三维复合材料预制件制造技术，具体为一种单边缝合设备。该设备主要用于加工三维复合材料预制件。

背景技术

三维纺织复合材料是一种先进结构的复合材料，它克服了以往各种结构复合材料的层间强度低的致命缺点，具有良好的力学性能，可用来制造各种结构的承载构件，目前已广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等重要领域。

在三维复合材料预制件产品的加工与制造过程中，主要采用粘接、编织等技术。但粘接技术在某些特定的条件下无法保证预制件产品的各项力学性能，而编织技术方面，目前小型的预制件产品多采用人工操作，产品的加工成本高，生产效率很低。特别是对于一些空间三维形状的大型结构预制件产品，由于工艺结构复杂以及三维编织机灵活性的不足，导致仅采用编织方法难以实现。因此，在保证三维复合材料各项性能优势的前提下，缩短成产周期，提高成产效率，降低成产成本，实现预制件产品加工与制造的自动化，就成为了亟待解决的问题。

采用缝合技术即可解决上述问题，它能够提高预制件产品的层间断裂韧性和疲劳强度等性能，将缝合技术与编织技术相结合，能够实现空间复杂形状的大型预制件产品的加工与制造，使其具有较好的连接强度，同时可以替代粘接和铆接技术，应用于某些特殊领域的复合材料制造过程中。

缝合是三维复合材料制造的一项重要技术。美国航空航天局的先进复合材料技术研究计划（ACT计划）和美国空军的先进轻型飞机机身结构计划（ALAFS计划）均把缝合/RTM和缝合/RFI技术作为一项关键技术进行重点研究。我国在复合材料缝合技术研究与应用方面也给予了高度的重视，“十五”期间就将缝合与织物预成型体/RTM（RFI）技术作为主要研究内容，“十一五”发展规划指出：推广使用缝编织物，鼓励开发自动化程度高、工艺性能好的工艺设备。

采用六自由度工业机械人和单边缝合技术就能解决传统缝合技术加工大型结构预制件过程中空间及缝合角度受限制的问题。同时，利用工业机器人自由度大，可控性强等优势，还能够降低人力成本，提高三维复合材料预制件的生产效率。因此，设计出一种能够从被加工件的一边进行单边缝合的设备，作为末端执行机构与工业机器人相结合起来，就成为了实现复杂形状大型三维复合材料预制件的加工与制造、同时提高缝合技术自动化程度的关键性问题。

对于二维平面上的复合材料层间缝合，在普通工业缝纫机进行双面缝合即可实现。但是对于几何形状复杂的三维立体预制件产品，特别是三维整体编织工艺一次织造不出来的复杂大型异型件，需要沿空间三维缝合线将异型件缝合起来形成预制件，在加工过程中由于受到缝合角度和设备灵活性的限制，采用传统的缝合设备和方法难以实现。因此设计一种从单边缝合的缝纫设备，成为三维纺织复合材料缝合技术向自动化、高效化发展的迫切要求。

发明内容

针对目前传统缝合方法在复合材料异型预制件缝合操作的过程中，灵活性受到限制，特别是难以完成复杂空间形状的大型结构件缝合操作的问题。本发明拟解决的技术问题是，提供一种单边缝合设备。该设备具有结构紧凑、可单边缝制，缝合灵活性高等特点，特别适于加工复杂空间结构形状的纺织三维复合材料预制件产品。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种单边缝合设备，其特征在于该设备主要包括钩线机构、引线机构、挑线机构、齿轮传动机构、同步带传动机构、伺服电机和箱体机架；所述引线机构、钩线机构和挑线机构三者之间依靠伺服电机、同步带轮传动机构以及齿轮传动机构来传动；

所述箱体机架主要由前墙板、后墙板和小墙板组成，各墙板间依靠连接支撑件相互固定连接，前、后墙板的外侧分别安装有轴承座；在前墙板下端的内侧设有滑动轴承支座，缝线支架及线轴安装在缝合设备的前端，前墙板底端设有控制线迹稳定成型的压脚；

在箱体机架内，伺服电机安装在箱体机架的右上部，伺服电机伺服电机驱动与其平行安装有四个轴：减速轴、引线轴、挑线轴和钩线轴；其中，减速轴设在伺服电机的左侧位置，引线轴、挑线轴和钩线轴并排安装在减速轴的下游同一水平线上；

所述钩线机构和引线机构为曲柄滑块机构，其末端分别安装有钩线针和引线针；所述挑线机构为曲柄摇杆机构，其末端安装有挑线杆；引线机构安装在引线轴上，钩线机构安装在钩线轴上，钩线机构和引线机构以及齿轮传动机构和伺服电机都安装在机箱机架内，挑线机构安装在机箱机架外；所述引线机构、钩线机构和挑线机构具有相同的运动周期。