本发明涉及复合材料三维结构预制体成形，尤其涉及一种多刺针异步连续针刺装置。
背景技术：
1、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。
2、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。
技术实现思路
1、发明目的：针对现有针刺头针刺合力较大而降低针刺定位精度且成形效率低的缺点，本发明提供一种多刺针异步连续针刺装置。
2、技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种多刺针异步连续针刺装置，包括针刺模块，所述针刺模块包括第一驱动装置、与第一驱动装置连接的传动轴、套设于传动轴上的若干凸轮和与凸轮配合的若干针刺推杆；至少部分所述凸轮套设于传动轴的初始角度不同，凸轮的外周侧上设有一圈凹槽；所述针刺推杆一端设有滚子，针刺推杆另一端设有针刺，所述滚子在凹槽内滚动；进行针刺时，所述第一驱动装置带动传动轴及凸轮转动，针刺推杆随凸轮转动而往复运动。
3、进一步的，所述凸轮的轴孔上设有若干第一键槽，所述传动轴上设有若干第二键槽，所述任一第一键槽与任一第二键槽对齐并通过平键连接以使凸轮套设于传动轴的初始角度不同。
4、进一步的，所述凸轮的轴孔上设有四个呈圆周等距离分布的第一键槽，所述传动轴上设有两个周向间隔135°夹角的第二键槽。
5、进一步的，所述针刺推杆还包括导向杆，所述导向杆一端设有用于安装滚子的第一安装槽，滚子通过销轴安装于第一安装槽内，所述销轴穿过滚子圆心；针刺安装于导向杆另一端。
6、进一步的，所述导向杆另一端设有用于安装针刺的第二安装槽，第二安装槽外套设有用于固定针刺的挡圈，所述导向杆上套设有弹簧，所述弹簧一端固定于导向杆上，另一端抵靠于挡圈一侧，挡圈另一侧设有安装螺母。
7、进一步的，还包括支撑架体，所述支撑架体包括支撑底板、安装于支撑底板上且互相平行的两个支撑侧板、安装于支撑侧板上方的支撑顶板和与支撑底板连接的第一安装板；第一驱动装置安装于所述第一安装板上，所述支撑侧板上设有用于安装传动轴的法兰孔，所述凸轮和针刺推杆位于两支撑侧板之间，所述支撑底板上设有供针刺推杆的针孔。
8、进一步的，还包括进给模块，所述进给模块包括基座、安装于基座内的第二驱动装置和导向轴，所述第二驱动装置上设有第一推杆，所述第一推杆与支撑顶板连接，所述导向轴一端固定于基座内，另一端与支撑顶板连接，所述导向轴轴向与推杆的伸缩方向平行；针刺模块与进给模块分别位于支撑顶板两侧。
9、进一步的，所述基座包括基座顶板、与基座顶板平行的第二安装板和连接基座顶板与第二安装板的基座侧板，所述基座侧板垂直于基座顶板和第二安装板；所述第二驱动装置安装于第二安装板上，所述导向轴一端固定安装于基座顶板，另一端穿过第二安装板与支撑顶板连接。
10、进一步的，还包括压实模块，所述压实模块包括安装于支撑底板上的第三驱动装置、若干主导向杆、第一压板和第二压板，所述第一压板、第二压板均与支撑底板平行，第二压板上设有供针刺推杆穿过的针孔；所述第三驱动装置上设有第二推杆，所述第二推杆一端与第一压板连接；所述主导向杆一端连接于支撑底板上，另一端固定于第一压板上；所述第一压板上设有形状与第二压板匹配的开孔和若干次导向杆，所述第二压板上设有若干连接台，所述连接台套设于次导向杆使第二压板上下滑动；所述次导向杆上套设有压簧，所述压簧一端固定于次导向杆上，另一端与连接台连接；所述第三驱动装置用于推动第一压板以压紧物体，压紧状态下，第二压板位于第一压板的开孔内且下端面与第一压板下端面平齐，当压实模块远离物体时，第二压板在压簧作用下继续压紧物体一段时间后脱离物体。
11、进一步的，还包括机械臂，所述进给模块安装于机械臂末端。
12、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是(1)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；(2)采用电机作为动力源，可调节针刺速度，提高针刺效率；(3)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。
1.一种多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，包括针刺模块(1)，所述针刺模块(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)上的若干凸轮(11)和与凸轮(11)配合的若干针刺推杆(12)；至少部分所述凸轮(11)套设于传动轴(13)的初始角度不同，凸轮(11)的外周侧上设有一圈凹槽(112)；所述针刺推杆(12)一端设有滚子(126)，针刺推杆(12)另一端设有针刺(123)，所述滚子(126)在凹槽(112)内滚动；进行针刺时，所述第一驱动装置(15)带动传动轴(13)及凸轮(11)转动，针刺推杆(12)随凸轮(11)转动而往复运动。
2.如权利要求1所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，所述凸轮(11)的轴孔上设有若干第一键槽(111)，所述传动轴(13)上设有若干第二键槽(131)，所述任一第一键槽(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。
3.如权利要求2所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，所述凸轮(11)的轴孔上设有四个呈圆周等距离分布的第一键槽(111)，所述传动轴(13)上设有两个周向间隔135°夹角的第二键槽(131)。
4.如权利要求1所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，所述针刺推杆(12)还包括导向杆(121)，所述导向杆(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，所述销轴(127)穿过滚子(126)圆心；针刺(123)安装于导向杆(121)另一端。
5.如权利要求4所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，所述导向杆(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)，所述导向杆(121)上套设有弹簧(125)，所述弹簧(125)一端固定于导向杆(121)上，另一端抵靠于挡圈(122)一侧，挡圈(122)另一侧设有安装螺母(124)。
6.如权利要求1所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，还包括支撑架体(4)，所述支撑架体(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)；第一驱动装置(15)安装于所述第一安装板(44)上，所述支撑侧板(42)上设有用于安装传动轴(13)的法兰孔，所述凸轮(11)和针刺推杆(12)位于两支撑侧板(42)之间，所述支撑底板(41)上设有供针刺推杆(12)的针孔。
7.如权利要求6所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，还包括进给模块(3)，所述进给模块(3)包括基座、安装于基座内的第二驱动装置(31)和导向轴(32)，所述第二驱动装置(31)上设有第一推杆，所述第一推杆与支撑顶板(43)连接，所述导向轴(32)一端固定于基座内，另一端与支撑顶板(43)连接，所述导向轴(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。
8.如权利要求7所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，所述基座包括基座顶板(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，所述基座侧板垂直于基座顶板(33)和第二安装板(37)；所述第二驱动装置(31)安装于第二安装板(37)上，所述导向轴(32)一端固定安装于基座顶板(33)，另一端穿过第二安装板(37)与支撑顶板(43)连接。
9.如权利要求8所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，还包括压实模块(2)，所述压实模块(2)包括安装于支撑底板(41)上的第三驱动装置(21)、若干主导向杆(22)、第一压板(24)和第二压板(25)，所述第一压板(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；所述第三驱动装置(21)上设有第二推杆，所述第二推杆一端与第一压板(24)连接；所述主导向杆(22)一端连接于支撑底板(41)上，另一端固定于第一压板(24)上；所述第一压板(24)上设有形状与第二压板(25)匹配的开孔和若干次导向杆(23)，所述第二压板(25)上设有若干连接台(251)，所述连接台(251)套设于次导向杆(23)使第二压板(25)上下滑动；所述次导向杆(23)上套设有压簧(28)，所述压簧(28)一端固定于次导向杆(23)上，另一端与连接台(251)连接；所述第三驱动装置(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。
10.如权利要求9所述的多刺针异步连续针刺装置，其特征在于，还包括机械臂(5)，所述进给模块(3)安装于机械臂(5)末端。
