一种高性能纤维圆锥套变截面预制体特种缝合设

本发明属于高性能纤维复合材料三维缝合，具体涉及一种高性能纤维圆锥套变截面预制体特种缝合设备。背景技术：1、目前，对于厚重异形高性能复合材料预制体的缝合，一直都是高性能纤维复合材料三维缝合领域的技术难点，无论是已上市的缝纫设备，还是已公开的资料文献，几乎没有能够完美克服该技术难点的技术方案。2、从现有的缝纫设备来看，例如，由国内企业浙江汇宝缝纫机股份有限公司研制的缝纫机，其最大缝合厚度仅为20mm；又例如，由德国dlr结构力学研究所与ksl股份有限公司合作研发的tufting缝合机头，虽然在复合材料的工业生产和科学研究领域的应用中处于国际领先地位，但是由于其采用的缝合方式为单边缝合，因此很难对厚度较大的碳/碳复合材料进行有效缝合。3、从已公开的专利文献来看，例如，公开号为cn207347761u的中国实用新型专利“一种综合送料厚料缝纫机”，该机构虽然实现了自动供料和送料，但该机构无法实现对变截面预制体的缝合；又例如，公开号为cn215713860u的中国实用新型专利“一种厚料自动缝纫机构”，该机构虽然能实现机头主轴和旋梭主轴的独立同步旋转，从而提高缝纫品质和精度，但该机构只适用于平板织物无法实现对异形曲面预制体的缝合；还例如，公开号为cn116479588a的中国发明专利“一种长臂式厚料缝合装置”，该装置虽然可以实现对厚度50mm以上的锥形大厚度碳/碳复合材料进行缝合，但该装置并未提及如何对锥体缝料进行夹持和移动。4、因此，目前厚重异形高性能复合材料预制体的缝合方式大部分还停留在手工或半手工阶段，无法满足高性能复合材料广泛工业应用的需求，严重限制了高性能复合材料的应用。技术实现思路1、基于此，本发明提供了一种高性能纤维圆锥套变截面预制体特种缝合设备，以满足空心圆柱和空心圆锥外形特点的复合材料预制体的缝合需求。2、为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：3、一种高性能纤维圆锥套变截面预制体特种缝合设备，包括缝合机头、锥形预制体夹具和四自由度送料工作台；所述四自由度送料工作台位于所述缝合机头的前端下方，所述锥形预制体夹具设置在所述四自由度送料工作台上；所述锥形预制体夹具用于夹持住缝料，所述四自由度送料工作台用于通过所述锥形预制体夹具带动缝料移动得到需要的走线路径，所述缝合机头用于对位于所述锥形预制体夹具上的缝料进行缝合。4、进一步的，所述缝合机头包括引线机构、穿线机构、张力控制机构、压料机构、上主轴、驱动机构和机架；所述引线机构、所述穿线机构、所述张力控制机构、所述压料机构、所述上主轴和所述驱动机构均设置在所述机架上。所述引线机构用于穿刺缝料将面线引入缝料下表面形成线环；所述穿线机构用于勾中并扩大线环以及送入底线；所述张力控制机构用于控制缝线张力形成稳定的线迹；所述压料机构用于按压住缝料的缝合处；所述驱动机构用于通过所述上主轴直接或间接带动所述引线机构、所述穿线机构、所述张力控制机构、所述压料机构运动。5、进一步的，所述张力控制机构包括张力控制凸轮、张力杆和滚子；所述张力控制凸轮设置在所述上主轴的前端端部，所述张力控制凸轮的圆周表面开设有张力调节轮槽，所述张力调节轮槽的轨迹在所述张力控制凸轮的轴线方向上呈高低起伏，所述滚子可滚动地设置在所述张力调节轮槽内；所述张力杆呈l形，所述张力杆的长边为挑线部，所述挑线部向前伸出且前端设置有穿线眼，所述张力杆的短边为调节部，所述调节部的端部设置有张力杆销轴，所述张力杆销轴的一端与所述滚子转动连接，所述张力杆销轴的另一端与所述机架转动连接；所述张力杆通过所述张力杆销轴与机架铰接，所述滚子通过所述张力调节轮槽随所述张力控制凸轮的转动实现前后起伏，所述张力杆在与所述机架铰接的情况下，通过所述滚子的前后起伏实现上下起伏，从而控制缝线张力形成稳定的线迹。6、进一步的，所述引线机构包括针杆连杆座、针杆连杆、针杆滑块、针杆和机针，所述针杆连杆座设置在所述张力控制凸轮的前端面上，所述针杆连杆的一端通过针杆连杆上销钉与所述针杆连杆座前表面的一侧铰接，所述针杆连杆的另一端通过针杆连杆下销钉与所述针杆滑块的外表面铰接，所述针杆竖直向下地固定在所述针杆滑块中，所述机针设置在所述针杆的底端；所述针杆通过所述针杆连杆上销钉、所述针杆连杆和所述针杆连杆下销钉与所述针杆连杆座铰接，所述针杆连杆在所述针杆连杆座随所述张力控制凸轮的转动下带动所述机针上下运动，从而穿刺缝料将面线引入缝料下表面形成线环。7、进一步的，所述穿线机构包括摆轴偏心轮、摆轴连杆、摆轴、夹板、下主轴连接件、下主轴滑块、下主轴和摆动钩，所述摆轴偏心轮设置在所述上主轴的后部，所述摆轴连杆的上端与所述摆轴偏心轮铰接，所述摆轴连杆的下端与所述摆轴的中心孔铰接，所述摆轴与所述上主轴平行，所述摆轴的后端与机架铰接，所述夹板设置在所述摆轴的前端通过两块所述夹板设置有所述下主轴滑块，所述下主轴的后端通过所述下主轴连接件与所述下主轴滑块铰接，所述下主轴与所述上主轴平行，所述摆动钩设置在所述下主轴的前端端部；在所述摆轴偏心轮、所述摆轴连杆、所述摆轴、所述夹板、所述下主轴连接件、所述下主轴滑块和所述下主轴共同配合下，将所述上主轴的整周转动转换为所述摆动钩的往复摆动，从而勾中并扩大线环以及送入底线。8、进一步的，所述穿线机构的外部设置有穿线机构底座，所述机架上设置有螺纹孔，所述穿线机构底座通过螺栓与所述机架固定连接；所述穿线机构底座的截面呈空心圆形，所述穿线机构底座包括梭头盖、摆动钩导环座和针板，所述梭头盖固定于所述穿线机构底座前端，所述摆动钩导环座安装于所述穿线机构底座的圆形腔体内部，所述针板安装于所述穿线机构底座的顶部。9、进一步的，所述压料机构包括压料升降偏心轮、压料升降连杆、压料升降调节曲柄、压料升降轴、压料升降曲柄、压料升降前连杆、摆动摇板、摆动小连杆、内压料压紧杆、小压脚、压紧杆滑动块、压紧杆和大压脚，所述压料升降偏心轮设置在所述上主轴的前部，且位于所述张力控制凸轮之后，所述压料升降连杆的一端与所述压料升降偏心轮铰接，所述压料升降连杆的另一端通过螺钉与所述压料升降调节曲柄铰接，所述压料升降调节曲柄与所述压料升降轴的后端固定连接，所述压料升降轴的前端与所述压料升降曲柄的上端固定连接，所述压料升降曲柄的下端与所述压料升降前连杆的上端铰接，所述压料升降前连杆的下端与所述摆动摇板的左下端孔铰接，所述摆动摇板的右上端孔与所述摆动小连杆的上端铰接，所述摆动小连杆的下端与所述内压料压紧杆的上端铰接，所述小压脚设置在所述内压料压紧杆的底端，所述摆动摇板的左上端孔与所述压紧杆滑动块铰接，所述压紧杆与所述压紧杆滑动块固定连接，所述大压脚设置在所述所述压紧杆的底端，且所述小压脚位于所述大压脚（i413）中；在所述压料升降偏心轮、所述压料升降连杆、所述压料升降调节曲柄、所述压料升降轴、所述压料升降曲柄、所述压料升降前连杆、所述摆动摇板、所述摆动小连杆、所述内压料压紧杆、压紧杆滑动块、压紧杆的共同配合下，将所述上主轴的整周转动转换为所述小压脚和所述大压脚的上下往复运动，从而按压住缝料的缝合处。10、进一步的，所述驱动机构包括上主轴驱动电机、传动带、主动带轮和从动带轮，所述上主轴驱动电机设置在所述机架上，所述主动带轮设置在所述上主轴驱动电机的输出轴上，所述从动带轮设置在所述上主轴的后端端部，所述传动带绕设在所述主动带轮和从动带轮之间。11、进一步的，所述上主轴的外部设置有机壳，所述机壳的后端与所述机架固定连接，所述机壳的前端与所述上主轴的前部转动连接。12、进一步的，所述四自由度送料工作台包括一个工作台底座，所述工作台底座上设置有可在第一伺服电机驱动下沿x轴方向移动的滑动板，所述滑动板上设置有可在第二伺服电机驱动下沿z轴方向移动的升降板，所述升降板上设置有可在第三伺服电机驱动下绕y轴转动的翻转板，所述翻转板上设置有用于驱动所述锥形预制体夹具绕x轴旋转的第四伺服电机，，所述翻转板的上表面设置有便于所述锥形预制体夹具转动的第一弧形凹台和第二弧形凹台；所述锥形预制体夹具用于夹持待缝合的变截面异形预制体并带动其绕x轴旋转；所述翻转板用于带动待缝合的变截面异形预制体绕y轴转动；所述升降板用于带动待缝合的变截面异形预制体沿z轴方向移动；所述滑动板用于带动待缝合的变截面异形预制体沿x轴方向移动；所述第一伺服电机、所述第二伺服电机、所述第三伺服电机、所述第四伺服电机均受控制器的综合控制，进而实现所述滑动板、所述升降板、所述翻转板和所述锥形预制体夹具的联动。13、进一步的，所述锥形预制体夹具包括可转动地支撑在所述第一弧形凹台上的转盘以及设置在所述第一弧形凹台与所述第二弧形凹台之间的锥型支撑体，所述转盘的左端与所述第四伺服电机传动连接，所述转盘的右侧面中心设置有锥形压套，所述锥型支撑体的锥尖端对准所述锥形压套，所述锥型支撑体的敞口端可转动地支撑在所述第二弧形凹台上，所述锥型支撑体的敞口端圆周和所述转盘的圆周之间通过四根平行的连接柱固定连接，且所述锥型支撑体的敞口端圆周上设置有两个夹爪结构；所述锥型支撑体的两侧分别设置有弧形移动板，两块所述弧形移动板通过间距调节机构实现在所述锥型支撑体两侧的同步外移或内收。14、本发明的有益效果为：15、本发明的特种缝合设备可以通过锥形预制体夹具的夹持和四自由度送料工作台的移动，实现预制体随缝合机头的相对运动，并且可以通过设定程序控制四自由度送料工作台的运动轨迹得到需要的走线路径，从而保证缝合效果。16、本发明的特种缝合设备采用双边缝合的方式对高性能纤维圆锥套变截面预制体进行缝合。使用改进的锁式缝合工艺，面线与底线的结点置于缝料表面，改进的锁式线迹形成的应力在缝料的表面，不影响预制体的层间性能。17、本发明的特种缝合设备可以实现对厚度为5~40mm的异形变截面大厚度高性能复合材料预制体的缝合，增强复合材料预制体的力学性能。本发明的特种缝合设备并不局限于40mm的厚度，也可以适用于100mm厚度圆锥套变截面预制体的缝合，也适用于圆柱型、圆锥台型回转体和异形截面环状体的缝合。18、本发明的特种缝合设备提高了高性能纤维圆锥套变截面预制体缝合技术的自动化程度，拓展了复合材料预制体的应用范围，能有效提高预制体加工的工作效率，降低成本，提高经济效益。19、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。