一種用于復合材料自動鋪放的模塊化鋪絲頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型用于復合材料自動鋪放成型技術領域，設及一種用于復合材料自動鋪 放的模塊化鋪絲頭。
【背景技術】
[0002] 復合材料構件W其優(yōu)異的性能，高比強度、高比模量、耐疲勞、工藝性好，廣泛用于 航空航天領域，大量使用復合材料是航空器的發(fā)展趨勢。在常見的復合材料制造技術，如基 于液體成型的RTM技術，基于預浸料帶的纖維纏繞技術、拉擠成型技術和自動鋪放成型技 術，其中，復合材料自動鋪放成型技術是增加復合材料用量、提高制造技術水平與效率、保 證產(chǎn)品質量和降低成本的關鍵技術。而自動鋪絲成型技術是自動鋪放成型技術之一，其優(yōu) 點是在鋪設復雜曲率構件時有更強的適應能力，制造出的構件質量更高。
[0003] 自動鋪絲成型技術是近年來發(fā)展速度最快、前景最好的復合材料成型技術之一。 自動鋪絲成型技術通過鋪絲頭的壓漉將寬度為3. 17mm、6. 35mm或12. 7mm寬的預浸料絲束 鋪設到忍模的表面。鋪絲頭需要有正常鋪層，絲束壓緊，絲束剪切，絲束重送等功能，W完成 復雜結構零件的自動鋪放工作。
[0004] 自動鋪放成型技術在國外已經(jīng)得到長足的發(fā)展，相關技術非常完備。美國專利 US7849903B2公開了一種旋轉切割和重送的鋪絲頭，其切割和重送結構復雜，鋪絲頭的絲 道是封閉的，且鋪絲頭上不帶有絲卷。美國專利US2014/0238612Al公開了一種基于龍口 架機體的鋪放頭，其結構復雜，質量較重，絲道設計很復雜。由于鋪放設備結構復雜，控制要 求高，W及相關領域發(fā)展不完善，國內(nèi)技術水平較低，僅停留在科研院所的研究階段。國外 不僅對我們進行技術封鎖，引進一套自動鋪放設備價格也十分昂貴。本實用新型旨在提供 一種可用于自動鋪絲成型技術的鋪絲頭。
[0005] 總體來說，公開資料所見的國內(nèi)能進行多絲束鋪放的鋪絲頭幾乎沒有，國外雖說 有很多成熟的產(chǎn)品，但是大多結構復雜，所承載的機體也多為龍口式，且對國內(nèi)進行技術封 鎖。所W實用新型一種結構簡單，性能優(yōu)秀的鋪絲頭，既能打破國外的壟斷，也能提高國內(nèi) 的技術水平。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型旨在提供一種用于復合材料自動鋪放的模塊化鋪絲頭及方法，用于鋪 設復合材料構件，其質量較輕，結構簡單，具有同時鋪設8束復合材料纖維絲束的能力，每 根絲束獨立控制，具有絲束的夾緊、剪切和剪切后的重送功能。填補了國內(nèi)在多絲束復合 材料纖維絲自動鋪設領域的空白；相比國外同類型的設備，立足于6軸機器人平臺，結構簡 單，功能齊全。
[0007] 本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得W解決的：
[0008] 一種用于復合材料自動鋪放的模塊化鋪絲頭，其特征在于，包括圓盤狀背板，W及 設置在圓盤狀背板上的：
[0009] 周向均勻設置在圓盤狀背板上的至少八個絲卷安裝模塊：包括用于調節(jié)絲束張 力的磁粉制動器，用于安裝軸承的軸承座，用于軸承外圈定位的軸承端蓋，角接觸球軸承， 將軸承端蓋和磁粉制動器連接在一起的墊環(huán)，絲卷，用于安裝絲卷的中間軸，將磁粉制動 器的扭矩傳遞給中間軸的聯(lián)軸器，用于絲卷定位的擋圈，固定絲卷的螺母；
[0010] 與絲卷安裝模塊數(shù)量對應的收襯紙模塊：包括用于收襯紙的套筒，角接觸球軸承， 軸承座和軸承端蓋，用于套套筒的軸，固定套筒用的螺母
[0011] 與絲卷安裝模塊數(shù)量對應的張力檢測模塊：能夠自由地上下運動，包括固定整個 模塊用的基板，滑軌，在滑軌上運動的滑塊，固定在滑塊上的連接塊，固定在連接塊上且與 滑塊垂直的用于絲束導向的張力檢測軸，彈黃，檢測張力檢測軸位置的位置傳感器；所述彈 黃一端固定在基板上，另一端固定在滑塊上；
[0012] 一絲束轉向模塊：用于將沿圓盤狀背板走向的8束絲的方向改變?yōu)榇怪庇趫A盤狀 背板的方向，并且分為兩排，包括導向輪連接架，用于與圓盤狀背板連接的連接板，若干導 向輪，用于固定導向輪的對稱的連接架，固定連接架的螺栓；所述導向輪為上下兩排且上下 兩排交錯設置；
[0013] 剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊：包括氣缸，用于夾緊絲束的上下兩排夾緊裝置，用 于絲束輸送的上下兩排重送裝置，帶有切刀的上下兩排剪切裝置，用于提供動力的氣缸，帶 有送壓縮風和冷卻風的風道的絲束導向塊；
[0014] 加熱器：用于加熱絲束
[0015] 驅動模塊：用于驅動剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊E;
[0016] W及一個設置在加熱器下方的壓漉。
[0017] 在上述的一種用于復合材料自動鋪放的模塊化鋪絲頭，所述剪切、夾緊、絲束重新 輸送模塊采用=個氣缸分別驅動夾緊裝置、重送裝置W及剪切裝置運動；
[0018] 所述夾緊裝置包括與氣缸輸出軸配接的連接架W及通過銷軸與連接架連接的滾 輪；
[0019] 所述剪切裝置包括與氣缸輸出軸配接的連接架W及與連接架固定的切刀；
[0020] 所述重送裝置包括與氣缸輸出軸配接的連接架W及通過銷軸與連接架連接的滾 輪，W及設置在滾輪下方的上下兩根重送軸，所述重送軸一端均固定一個齒輪且兩個齒輪 相互曬合；直流伺服電的電機軸通過聯(lián)軸器與其中一個齒輪配接從而能夠帶動兩個重送軸 轉動。
[0021] 因此，本實用新型具有W下優(yōu)點：1，模塊化的設計，易于零部件的安裝和更換；2， 使用快換接頭與機器人連接，便于安裝和拆卸；3,具有同時最多鋪設8束絲的能力，生產(chǎn)效 率高；4,可W使用不同寬度規(guī)格的絲束，在鋪設曲率較大的構件時，使用3. 17mm和6. 35mm 的復合材料絲，鋪設小曲率構件時使用12. 7mm或者更寬的絲；5,可W實現(xiàn)雙向鋪層；6,鋪 放頭自帶絲卷，易于實現(xiàn)張力控制，絲路變化微??；7,開放的絲道，易于清潔和將絲束從絲 卷處安裝到壓漉處；8,壓漉外使用一層柔性材料，具有一定的柔性，適用于工件表面的微小 曲率變化；9,有張力控制且絲道設計合理，不會出現(xiàn)絲束斷裂、翅曲等問題。
【附圖說明】
[0022] 圖1是鋪絲頭的總體結構的外觀圖。
[0023] 圖2是圓盤部分結構和該部分的絲束的外觀圖。
[0024] 圖3是絲卷安裝模塊結構部分剖面圖。
[00巧]圖4是收襯紙模塊結構的部分剖面圖。
[0026] 圖5是張力檢測模塊結構的外觀圖。
[0027] 圖6是連接肋板和絲束轉向模塊的外觀圖。
[0028] 圖7a是絲束的剪切、壓緊和重送模塊結構的外觀圖1。
[0029] 圖化是絲束的剪切、壓緊和重送模塊結構的外觀圖2。
[0030] 圖7c是絲束的剪切、壓緊和重送模塊結構的外觀圖3。
[0031] 圖7d是絲束的剪切、壓緊和重送模塊結構的外觀圖4。
[0032] 圖8是導向塊結構的外觀圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面通過具體的實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步的具體 說明。
[0034] 實施例：
[0035] 在本實用新型的整體結構設計方面，提供了一種模塊化的鋪絲頭，如圖1和圖2所 示，鋪絲頭的結構由W下幾個模塊組成。8個完全相同的絲卷安裝模塊C、收襯紙模塊D和 張力檢測模塊BW環(huán)形的方式安裝在鋪絲頭的主要載體圓盤狀背板100上；通過兩塊連接 板22安裝在圓盤狀背板100的絲束轉向模塊；連接在連接板22上的剪切、夾緊、絲束重新 輸送模塊E;安裝在剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊E的驅動模塊G、壓漉101和加熱器F。
[0036] 在本實用新型中，絲卷安裝模塊C用于快速的安裝和拆卸鋪層用的鋪層材料一絲 卷2,如圖3所示，該模塊的主要零部件包括：用于調節(jié)絲束張力的磁粉制動器1，用于安裝 軸承的軸承座4,用于軸承外圈定位軸承端蓋9,角接觸球軸承5,將軸承端蓋9和磁粉制動 器連接在一起的墊環(huán)13,絲卷2,用于安裝絲卷2的中間軸6,將磁粉制動器1的扭矩傳遞 給中間軸6的聯(lián)軸器28,用于絲卷2定位的擋圈10,固定絲卷的螺母11。其功能實現(xiàn)的原 理為，用螺母11、擋圈10實現(xiàn)絲卷2的固定，用擋圈10與絲卷2內(nèi)軸的摩擦力矩實現(xiàn)絲卷 2與中間軸6的固定，然后一起旋轉。
[0037] 在本實用新型中，收襯紙模塊D用于收取復合材料絲上的襯紙并在一卷絲卷用盡 時快速的卸去襯紙，如圖4所示，該模塊的主要零部件包括：用于收襯紙的套筒8,角接觸球 軸承5,軸承座4和軸承端蓋3,用于套套筒的軸12,固定套筒8用的螺母7。其功能實現(xiàn) 的原理是：在鋪層開始前的絲束安裝時，將襯紙與絲束分離，并將襯紙固定在收襯紙?zhí)淄? 上，在正常鋪放過程中，有絲束帶動收襯紙軸12旋轉，并將襯紙纏繞在收襯紙?zhí)淄?上，達 到收取襯紙的目的。卸去襯紙只需梓開螺母7,更換收襯紙?zhí)淄?既可。
[0038] 在本實用新型中，張力檢測模塊B用于檢測絲束中的張力，為張力控制提供絲束 中的實時張力數(shù)據(jù)，如圖5所示，該模塊的主要零部件包括：固定整個模塊用的基板19,滑 軌17,在滑軌17上運動的滑塊14,彈黃50,檢測張力檢測軸位置的位置傳感器51，用于絲 束導向的張力檢測軸18,張力檢測軸18連接塊16。張力檢測功能的實現(xiàn)原理為：位置傳感 器51實時檢測張力檢測軸18的位置，張力檢測控制器W較高的采樣速度獲取運個位置信 息，通過與時間信息的結合求解出張力檢測軸18的速度、加速度信息，W張力檢測軸18為 研究對象，通過力的關系求出絲束中的張力。
[0039] 在本實用新型中，控制絲束中的張力實現(xiàn)原理為：如圖7a所示，重送機構中的氣 缸34將絲束壓緊在重送軸40上，驅動電機25帶動重送軸40運動，為絲束運動提供動力； 張力檢測模塊B為控制器提供實時的張力數(shù)據(jù)；如圖3所示，起到張力調節(jié)作用的為通過聯(lián) 軸器與絲卷軸6連接在一起的磁粉制動器1，控制器通過調節(jié)磁粉制動器1的制動力矩，按 照具體的工藝要求，控制絲束中的張力在合適的范圍，W提高鋪層質量，同時起到防止絲束 中的張力過大而引起絲束的斷裂。
[0040] 在本實用新型中，絲束轉向模塊A用于將沿圓盤狀背板走向的8束絲的方向改變 為垂直于圓盤狀背板的方向，并且分為兩排，W更利于絲束的后期輸送。如圖6所示，該模 塊的主要零部件包括：用于與圓盤狀背板100連接的連接板22,導向輪20,用于固定導向輪 20的對稱的連接架21，固定連接架的螺栓23。其功能實現(xiàn)原理為：帶有矩形槽的導向輪20 可W自由滾動，通過兩排排列好的導向輪實現(xiàn)了絲束轉換方向的目的。其中從張力檢測軸 18到導向輪20段的絲束允許一定程度的翅曲，簡化結構的設計。
[0041] 在本實用新型中，剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊E提供了絲束的控制功能，用于 實現(xiàn)絲束的剪切功能、剪切后絲束的重新輸送功能和不使用絲束的夾