本發(fā)明涉及數(shù)控制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控鋪絲裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的飛速發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料數(shù)控制造技術(shù)在航空、航天領(lǐng)域中已占有舉足輕重的地位，相應(yīng)的制造工藝方法有很多種，其中熱壓罐成型制造工藝以其技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良而應(yīng)用最為廣泛；熱壓罐成型制造工藝一般步驟為：準(zhǔn)備原材料→碳纖維預(yù)浸料鋪貼成型→熱壓罐高溫固化→零件后處理（切割、修補(bǔ)等），其中的第二步碳纖維預(yù)浸料鋪貼成型往往是最關(guān)鍵的工序，需將預(yù)浸料按照預(yù)定方向、紋理等要求，一層一層的鋪在模具上，傳統(tǒng)的鋪貼成型多采用手工操作；而隨著鋪貼曲面復(fù)雜性的提高與人工成本的上升，數(shù)控鋪貼替代手工鋪貼已成為一種必然趨勢(shì)。

用于復(fù)雜曲面數(shù)控鋪貼成型的裝置稱為自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)（automaticfiberplacement），簡(jiǎn)稱為afp系統(tǒng)，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)屬于國際前沿的制造技術(shù)，美國將其列為限制出口設(shè)備，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，開發(fā)難度很高。如圖1所示自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的工作原理圖，包括絲束箱1、鋪絲頭2、模具3、轉(zhuǎn)軸4、尾座5及導(dǎo)軌6，對(duì)于回轉(zhuǎn)體的自動(dòng)鋪絲成型，目前的自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)包含七個(gè)主動(dòng)控制的自由度，并要求其中五個(gè)自由度具備聯(lián)動(dòng)功能，如圖2所示，即七坐標(biāo)五聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，下面帶轉(zhuǎn)軸4的是模具3，其余部分稱為鋪放頭2，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)通過鋪放頭2與模具3之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪絲，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心功能分為兩個(gè)方面：第一個(gè)方面，將寬度約6.35mm的多條預(yù)浸料帶7（含粘性基體）按設(shè)想的路徑貼到模具3表面；第二個(gè)方面，就是用規(guī)定的滾壓力對(duì)貼好的預(yù)浸料帶7進(jìn)行滾壓、粘實(shí)；

為實(shí)現(xiàn)第一個(gè)功能，鋪放頭2需要根據(jù)指令到達(dá)模具3上的指定點(diǎn)，此時(shí)，鋪放頭2需要在機(jī)床絲杠驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行x軸、y軸和z軸三個(gè)方向的線性位移，由于部分零件是回轉(zhuǎn)體，那么模具3的下底面不易進(jìn)行鋪絲操作，需轉(zhuǎn)動(dòng)y軸將模具3轉(zhuǎn)到上面進(jìn)行鋪絲操作；另外，鋪絲路徑方向確定，常用的鋪絲方向是與轉(zhuǎn)軸y成+45°或-45°，通過一號(hào)步進(jìn)電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也就是鋪絲頭2需要繞r軸轉(zhuǎn)動(dòng)；故實(shí)現(xiàn)第一個(gè)功能，需要控制x、y、z、和五個(gè)自由度；

為實(shí)現(xiàn)第二個(gè)功能，首先是要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臐L壓力，可通過二號(hào)步進(jìn)電機(jī)9的旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)螺紋桿10的套筒旋合長度實(shí)現(xiàn)，當(dāng)滾壓力不夠時(shí)，螺紋桿10外露部分需要伸長；當(dāng)滾壓力過大時(shí)，螺紋桿10外露部分變短，也就是要控制鋪放頭2的搖臂繞p轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)角；另外，為了使叉形壓滾12的輪子與模具3曲面貼合，且壓力均勻，通過三號(hào)步進(jìn)電機(jī)13繞q轉(zhuǎn)軸14正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)使叉形壓滾12的輪子與模具3表面充分貼合。故實(shí)現(xiàn)第二個(gè)功能需要控制和兩個(gè)自由度；

綜上，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)需要控制x、y、z、、、和七個(gè)自由度，根據(jù)實(shí)際需要，其中x、y、z、和要求具備聯(lián)動(dòng)功能，無論從硬件還是軟件角度來看，自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)、制造和使用都是高難度。因此，降低自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)難度、制造成本和使用難度十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種數(shù)控鋪絲裝置，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種數(shù)控鋪絲裝置，包括鋪放機(jī)構(gòu)、預(yù)浸料帶、位于鋪放機(jī)構(gòu)下方的模具及用于安裝模具的轉(zhuǎn)軸，其中，鋪放機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、叉形支架、滾輪、支撐架、p轉(zhuǎn)軸、搖臂、伸縮滑桿、q轉(zhuǎn)軸及套筒，支撐架為l型結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)安裝在支撐架長端上部，支撐架短端下部設(shè)置有p轉(zhuǎn)軸，搖臂一端與p轉(zhuǎn)軸連接，另一端與q轉(zhuǎn)軸一端連接，q轉(zhuǎn)軸另一端與叉形支架連接，叉形支架內(nèi)安裝有滾輪，滾輪內(nèi)部填充有套裝在金屬臺(tái)階軸上的環(huán)形磁鐵，伸縮滑桿一端固定在支撐架長端上，另一端安裝在搖臂上，套筒套裝在伸縮滑桿上；預(yù)浸料帶穿過支撐架長端伸入搖臂后置于搖臂底部并延伸至滾輪下方的模具上。

在本發(fā)明中，步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)r軸安裝在支撐架長端上部。

在本發(fā)明中，環(huán)形磁鐵為強(qiáng)磁材料制成，并在環(huán)形磁鐵外包裹有硅膠層，通過控制環(huán)形磁鐵外包裹的硅膠層厚度，以產(chǎn)生符合要求的均勻滾壓力，促使?jié)L輪與模具貼合均勻、穩(wěn)定。

在本發(fā)明中，模具為導(dǎo)磁材料制成。

在本發(fā)明中，支撐架短端內(nèi)側(cè)設(shè)置有用于固定預(yù)浸料帶的卡扣。

在本發(fā)明中，伸縮滑桿固定在支撐架長端的一端設(shè)置有止動(dòng)頭。

在本發(fā)明中，準(zhǔn)備鋪絲前，首先將鋪放機(jī)構(gòu)置于模具上方的指定點(diǎn)，在通過數(shù)控機(jī)床絲杠驅(qū)動(dòng)鋪放機(jī)構(gòu)進(jìn)行x、y、z軸三個(gè)方向線性位移，當(dāng)待鋪絲的零件為回轉(zhuǎn)體時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的y軸將模具底面轉(zhuǎn)至上面在進(jìn)行鋪絲操作；鋪絲方向與轉(zhuǎn)軸的y軸成+45°和-45°，鋪放機(jī)構(gòu)繞步進(jìn)電機(jī)r軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制x、y、z、和五個(gè)自由度，以將多條預(yù)浸料帶按預(yù)定路徑貼至模具表面；

滾輪內(nèi)部填充的環(huán)形磁鐵，使?jié)L輪與模具之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，伸縮滑桿為滾輪提供導(dǎo)向與止動(dòng)輔助，q轉(zhuǎn)軸在套筒內(nèi)（-45°~45°）自由旋轉(zhuǎn)，滾輪與模具之間的吸引力自動(dòng)調(diào)節(jié)q轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角，在磁力作用下自主實(shí)現(xiàn)滾輪與模具面完美壓合，對(duì)貼好的預(yù)浸料帶進(jìn)行滾壓、粘實(shí)。

有益效果：本發(fā)明在滾輪內(nèi)部填充環(huán)形磁鐵，利用磁力作用，使?jié)L輪與模具之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，并通過伸縮滑桿為滾輪提供導(dǎo)向與止動(dòng)輔助，同時(shí)滾輪與模具之間的吸引力自動(dòng)調(diào)節(jié)q轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角，促進(jìn)滾輪與模具面完美壓合，對(duì)貼好的碳纖維條帶進(jìn)行滾壓、粘實(shí)，從而將七自由度五聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)降低為五坐標(biāo)三聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，有效降低自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)難度、制造成本和使用難度。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的工作原理圖。

圖2是現(xiàn)有自動(dòng)鋪絲系統(tǒng)的七坐標(biāo)五聯(lián)動(dòng)示意圖。

圖3是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的滾輪結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

參見圖3～4的一種數(shù)控鋪絲裝置，包括鋪放機(jī)構(gòu)、預(yù)浸料帶1、模具2及轉(zhuǎn)軸3，模具2安裝在轉(zhuǎn)軸3上，并位于鋪放機(jī)構(gòu)下方，鋪放機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)4、步進(jìn)電機(jī)r軸5、叉形支架6、滾輪7、支撐架8、p轉(zhuǎn)軸9、搖臂10、伸縮滑桿11、q轉(zhuǎn)軸12、套筒13、硅膠層14、環(huán)形磁鐵15、金屬臺(tái)階軸16及止動(dòng)頭17，支撐架8為l型結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)4通過步進(jìn)電機(jī)r軸5安裝在支撐架8長端上部，支撐架8短端下部設(shè)置有p轉(zhuǎn)軸9，搖臂10一端與p轉(zhuǎn)軸9連接，另一端與q轉(zhuǎn)軸12一端連接，q轉(zhuǎn)軸12另一端與叉形支架6連接，叉形支架6內(nèi)安裝有滾輪7，滾輪7內(nèi)部填充有套裝在金屬臺(tái)階軸16上的環(huán)形磁鐵15，伸縮滑桿11一端設(shè)置有止動(dòng)頭17并固定在支撐架8長端上，另一端安裝在搖臂10上，q轉(zhuǎn)軸12與伸縮滑桿11上分別套裝有套筒13；預(yù)浸料帶1穿過支撐架8長端伸入搖臂10后置于搖臂10底部并延伸至滾輪7下方的模具2上。

在本實(shí)施例中，環(huán)形磁鐵15選用強(qiáng)磁材料制成，并在環(huán)形磁鐵15外包裹有硅膠層14，通過控制環(huán)形磁鐵15外包裹的硅膠層14厚度，以產(chǎn)生符合要求的均勻滾壓力，促使?jié)L輪7與模具2貼合均勻、穩(wěn)定。

在本實(shí)施例中，模具2采用導(dǎo)磁材料制成，包括鋼材。

在本實(shí)施例中，準(zhǔn)備鋪絲前，首先將鋪放機(jī)構(gòu)置于模具2上方的指定點(diǎn)，在通過數(shù)控機(jī)床絲杠驅(qū)動(dòng)鋪放機(jī)構(gòu)進(jìn)行x、y、z軸三個(gè)方向線性位移，當(dāng)待鋪絲的零件為回轉(zhuǎn)體時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸3的y軸將模具2底面轉(zhuǎn)至上面在進(jìn)行鋪絲操作；鋪絲方向與轉(zhuǎn)軸3的y軸成+45°和-45°，鋪放機(jī)構(gòu)繞步進(jìn)電機(jī)r軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制x、y、z、和五個(gè)自由度，以將多條預(yù)浸料帶1按預(yù)定路徑貼至模具2表面；

通過在滾輪7內(nèi)部填充環(huán)形磁鐵15，使?jié)L輪7與模具2之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，并通過伸縮滑桿11為滾輪提供導(dǎo)向與止動(dòng)輔助，q轉(zhuǎn)軸12在套筒13內(nèi)（-45°~45°）自由旋轉(zhuǎn)，滾輪7與模具2之間的吸引力自動(dòng)調(diào)節(jié)q轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)角，從而不需要步進(jìn)電機(jī)控制，在磁力作用下自主實(shí)現(xiàn)滾輪7與模具2面完美壓合，對(duì)貼好的預(yù)浸料帶1進(jìn)行滾壓、粘實(shí)，比采取步進(jìn)電機(jī)控制貼合狀態(tài)更好。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。