[0001] 本发明涉及复合材料三维结构预制体成形技术领域，尤其涉及一种多刺针异步连续针刺装置。

[0002] 三维针刺是一种低成本、快速的复合材料成形技术，通过刺针上下往复将网胎中的纤维勾连到织物的层间，目前广泛应用于刹车盘、喷管、坩埚等构件的成形。采用工业机械臂进行三维针刺成形，相比传统的典型构件专用针刺设备，具有成形自由度高、操作灵活、产品生产范围广的优点，适合航空航天复杂外形构件的针刺预制体小批量定制化快速成形。

[0003] 目前适用于工业机械臂的的针刺头多为采用气缸为动力源的平板针刺，由于刺针多、同步针刺时振动频率大导致预制体位置发生偏移，影响了预制体针刺过程的重复定位精度，此外由于采用气缸作为动力源，无法做到快速且速度可调的针刺，影响了预制体的成形效率，因此需要开发一种高效率、高精度的多刺针异步连续针刺装置。

[0027] 如图1所示，本实施例中的一种多刺针异步连续针刺装置，包括针刺模块1、压实模块2、进给模块3、支撑架体4。进给模块3一端安装于机械臂5末端，另一端与支撑架体4连接，针刺模块1安装于支撑架体4内，支撑架体4下端与压实模块2连接。

[0028] 如图2所示，针刺模块1包括第一驱动装置15、与第一驱动装置15连接的传动轴13、套设于传动轴13上的九个凸轮11和与凸轮11配合的九个针刺推杆12。第一驱动装置15为伺服电机。如图3所示，凸轮11的外周侧上设有一圈凹槽112，凸轮11的轴孔上设有四个呈圆周等距离分布的第一键槽11，轴孔外侧设有八个呈圆周等距离分布的通孔113，凸轮11凸起的一侧还设有镂空槽口114，用于满足凸轮的动平衡，增强系统的运动稳定性。如图4所示，传动轴13上设有两个周向间隔135°夹角的第二键槽131。如图5和图6所示，将任一第一键槽111与任一第二键槽131对齐并通过平键19连接以使凸轮11套设于传动轴13的初始角度不同，本实施例中最外侧两个凸轮11安装于传动轴13的初始角度一致，中间7个凸轮11初始角度各不相同，使初始角度不同的凸轮相互之间沿传动轴13轴向的投影关系为错位关系。进行针刺时，可根据针刺需要调整各凸轮旋转角度，这样在每个针刺推杆12长度一致的情况下，初始角度不同的凸轮所配合的针刺推杆12的底部针刺123的初始高度不一致。各凸轮与传动轴的相对位置安装好后，将螺栓安装于通孔113内连接所有凸轮11。

[0029] 如图7和图8所示，针刺推杆12包括导向杆121、挡圈122、针刺123、安装螺母124、弹簧125和滚子126。导向杆121一端设有用于安装滚子126的第一安装槽，滚子126通过销轴127安装于第一安装槽内，销轴127穿过滚子126圆心。导向杆121另一端设有用于安装针刺
123的第二安装槽，第二安装槽外套设有用于固定针刺123的挡圈122。弹簧125套设于导向杆121上，弹簧125一端固定于导向杆121上，另一端抵靠于挡圈122一侧以压紧挡圈，挡圈
122另一侧设有安装螺母124。需要取下或更换针刺时，将安装螺母124及挡圈122拆下，再将针刺123从第二安装槽内取出并更换即可。滚子126与凸轮11外周侧的凹槽112配合并在凹槽112内滚动，使得针刺推杆12随凸轮11转动而往复运动。

[0030] 支撑架体4包括支撑底板41、安装于支撑底板41上且互相平行的两个支撑侧板42、安装于支撑侧板42上方的支撑顶板43和与支撑底板41连接的第一安装板44。支撑侧板42上设有安装传动轴13的法兰孔，传动轴13两端设有滚动轴承17和轴套18。凸轮11和针刺推杆12位于两支撑侧板42之间，支撑底板41上设有供针刺推杆12的针孔。第一安装板44呈L型且与支撑侧板42平行的一面上开有圆孔，第一驱动装置15与行星减速机14通过螺栓连接，第一驱动装置15和行星减速机14安装于第一安装板44上，行星减速机14的输出轴穿过圆孔并通过联轴器16与传动轴13连接。

[0031] 进给模块3包括基座、安装于基座内的第二驱动装置31和导向轴32。基座包括基座顶板33、与基座顶板33平行的第二安装板37和连接基座顶板33与第二安装板37的基座侧板，基座侧板垂直于基座顶板33和第二安装板37。基座顶板33与机械臂5连接。第二驱动装置31为推动气缸，第二驱动装置31的推杆上安装有行程调节座34。第二驱动装置31安装于第二安装板37上，且第二驱动装置31的推杆穿过第二安装板37，行程调节座34与支撑顶板43连接。第二安装板37上还设有法兰型直线轴承35，导向轴32一端固定安装于基座顶板33，另一端穿过法兰型直线轴承35和第二安装板37安装于支撑顶板43上的导向轴支座36内。导向轴32轴向与推杆的伸缩方向平行，针刺模块1与进给模块3分别位于支撑顶板43两侧。

[0032] 如图9所示，压实模块2包括安装于支撑底板41上的两个第三驱动装置21、四个主导向杆22、第一压板24和第二压板25。第一压板24、第二压板25均与支撑底板41平行，第二压板25上设有供针刺推杆12穿过的针孔。第三驱动装置21为推动气缸，第三驱动装置21的推杆上安装有行程调节座26，行程调节座26与第一压板24连接。支撑底板41上还设有法兰型直线轴承27，主导向杆22安装于法兰型直线轴承27内，另一端固定于第一压板24上。第一压板24上设有形状与第二压板25匹配的开孔和四个次导向杆23，第二压板25上设有四个连接台251，连接台251套设于次导向杆23上使第二压板25上下滑动。次导向杆23上套设有压簧28，压簧28一端固定于次导向杆23上，另一端与连接台251连接。如图10所示，第三驱动装置21用于推动第一压板24以压紧物体，压紧状态下，第二压板25位于第一压板24的开孔内且下端面与第一压板24下端面平齐，当压实模块2远离物体时，第二压板25在压簧28作用下继续压紧物体一段时间后脱离物体。

[0033] 如图11所示，本发明的工作过程如下：机械臂5带动装置到达针刺点位，启动第二驱动装置31及第三驱动装置21使压实模块2压紧预制体6表面。压紧后启动第一驱动装置15使针刺模块1开始针刺，由于各凸轮11安装于传动轴上的初始角度不同，在每个针刺推杆12长度一致的情况下，针刺推杆12跟随凸轮往复运动而实现异步针刺。针刺完成后，使压实模块2收回，此时第二压板25在压簧28作用下继续压紧物体一段时间后脱离物体而实现剥网功能。

[0034] 本发明通过将凸轮以不同旋转角度安装于传动轴上，使与凸轮配合的针刺推杆实现异步针刺，降低针刺合力，减小对机械臂末端的冲击力，同时提高针刺定位精度；通过压实模块中第一压板与第二压板配合，实现脱离预制体时的剥网功能，使刺针顺利脱离预制体表面。