碳纤维作为一种具有轻质、高强、耐腐蚀等优良性能的新型材料,如今已被广泛应用于航空、军事等领域。碳纤维制品的成型离不开编织工艺,编织工艺的良好开展离不开碳纤维络纱工艺,络纱成品给编织工艺提供碳纤维纱线。碳纤维络纱机是实现碳纤维卷绕的收放卷设备,随着碳纤维的应用愈加广泛,对碳纤维络纱机也提出了新的要求。碳纤维络纱机所面临的现状,首先碳纤维的自身特性导致其易折、起毛,易造成碳纤维卷绕成品质量不良,甚至碳纤维纱线断裂;其次,碳纤维络纱机的上下料、断纱以及成结等操作,主要采用人工手动的方式来完成,未实现自动化生产,存在效率低、成本高的问题。针对上述问题,本文提出设计一种全自动碳纤维络纱机,贴合碳纤维性能的同时能够实现自动络纱,主要研究内容如下:首先,通过对现有碳纤维络纱机机构与运动的分析,结合碳纤维特性,明确碳纤维全自动络纱机的设计要求与工艺流程,提出碳纤维全自动络纱机总体设计方案,包括放卷模块、卷绕模块、切割模块以及打结模块。针对稳定络纱需求,采用主动放卷方式;利用直接驱动式卷取方式与滚珠丝杠往复排线方式的配合,实现精准络纱;通过机器人实现碳纤维纱筒、纱管的自动取放;针对碳纤维自动成结难点,确定碳纤维结头成结方式,设计碳纤维打结器;综合各模块方案与设计,得到碳纤维全自动络纱机总体设计。然后,针对碳纤维全自动络纱机卷绕模块进行理论分析与机构设计。利用卷绕原理对碳纤维络纱机中排线卷绕部分进行理论分析研究,明晰不同卷绕类型中各参数关系;分析圆柱形碳纤维卷绕纱管在两端纱线折回时的曲线情况,并得到卷绕端部稳定性条件;对影响卷绕成型的重层、重叠两大问题进行分析,得出碳纤维实现良好卷绕的螺距要求;分析碳纤维卷绕半径对卷绕张力的影响,建立卷绕半径相关的张力数学模型,确定张力调节方案,以此实现碳纤维恒张力卷绕。通过卷绕模块的设计方案对排线、卷取机构进行设计选型,实现碳纤维全自动络纱机卷绕功能。最后,以碳纤维新型结头为研究对象,拆分其成结步骤并明确设计要求,提出碳纤维打结器的设计方案,并对其进行具体设计。分析碳纤维成结所需机构功能并明确打结器运动时序,细分打结器机械部分功能为夹纱—剪切—成圈—拨纱—夹纱—引纱—提纱—成结运动,根据功能需求完成成圈机构、夹纱成环机构、引纱机构、拨纱机构、提纱机构的设计与选型,实现采用机械打结的方式使碳纤维成结,帮助碳纤维络纱机实现全自动化。