专利名称：一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，属于复合材料制备设备技术领域。
背景技术：
现有复合材料筒形结构主要采用两种成型工艺，一种为采用预浸料手工铺层成型工艺；一种为纤维缠绕成型工艺。预浸料手工铺层成型工艺铺层角度精度低、铺层质量不稳定、成型效率较低；纤维缠绕成型工艺成型筒形结构时缠绕范围受限制，不能进行局部缠绕；纤维缠绕成型工艺成型角度受限制，不能进行小角度缠绕；纤维缠绕成型工艺需要带封头缠绕，存在纤维浪费。自动铺带技术起源于20世纪60年代，第一台计算机全自动控制铺带机由General Dynamics公司和Conrac公司合作完成，用于铺放战斗机的复合材料机翼部件。自动铺带技术采用带有隔离背衬纸的预浸带，其剪裁、定位、铺叠均采有数控技术完成，具有铺层角度精度高、铺层效率高、可以进行局部铺层等特点。随着复合材料用量的增加，专业设备制造商(如Cincinnati Machine.Ingersoll 公司)在国防需求和经济利益的驱动下开始研制自动铺带设备，专业化后形成自己的知识产权(全世界自动铺带机的70余项专利中有40余项为设备制造商拥有)，如自适应压靴技术、辅助压辊技术、自适应跟踪技术、铺放质量在线检测与控制技术等；尤其在Natural path(自然路径)轨迹规划等软件技术方面有了长足进步。自动铺带技术日趋完善，应用越来越广泛。带有双超声切割刀和缝隙光学探测器的10轴铺带机已经成为典型配置，铺带宽度最大达到300mm、生产效率达到2^g/h，是手工铺叠的数倍。经过30多年发展，美国自动铺带机已经发展到第五代；其中一个重要方向是多铺放头和针对特定构件的专用化，以提高生产效率和产品质量。欧洲上世纪90年代开始研制生产自动铺带机，不断创新，重在实现高效、多功能化，包括双头两步法(Frest-line公司)、多带平行铺放和超声切割复合化 (M-torres 公司)等。国外自动铺带机多用于平面及近平面等非回转体机构的铺放成型，通常采用龙门式结构，而用于回转体结构生产的自动铺带机尚未见诸报道。
实用新型内容本实用新型技术解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种能实现提高大型复合材料结构的铺层精度和产品质量，大幅度提高复合材料筒段的制造效率的一种自动铺带成型设备。本实用新型的技术解决方案是一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，包括机床、筒形结构模具、和主轴，还包括自动铺带装置和小车，所述的自动铺带装置包括自动铺带头、铺带头旋转轴和铺带头伸臂，铺带头伸臂安装在小车上，铺带头旋转轴一端与铺带头伸臂连接、另一端与自动铺带头连接，小车上安装使小车水平横向移动的运动装置，铺带头伸臂上安装使铺带头伸臂在小车上水平前后移动的运动装置，铺带头旋转轴上安装使铺带头旋转轴旋转的运动装置。所述的自动铺带头包括预浸带存储装置、超声切割系统、预浸带测量系统、主压实系统、辅压实系统和离型纸/膜收卷系统；预浸带在自动铺带头预浸带存储装置处开卷后， 依次经过超声切割系统、预浸带测量系统、主压实系统、辅压实系统，直至离型纸/膜收卷系统。所述的小车上安装高度调节机构。本实用新型与现有技术相比有益效果为(1)本实用新型通过自动铺带头、铺带头旋转轴、铺带头伸臂和小车，使铺带头三维方向上的自由移动，实现筒形结构复合材料自动铺带；(2)本实用新型自动铺带的铺层角度范围为0° 70°，可以实现筒形结构多角度自动铺带成型；(3)采用本实用新型能成型的筒形结构直径范围为Φ IOOOmm Φ 2500mm，适用于大尺寸复合材料筒体的成型；(4)本实用新型采用带有隔离背衬纸的预浸带，预浸带的宽度为75mm 300mm，可以大幅度提高复合材料筒段的制造效率；(5)本实用新型采用卧式布局，相对于国外常用的龙门式自动铺带机，具有制造成本较低、构件模具装卸便捷的特点。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型自动铺带头结构示意图。
具体实施方式
本实用新型如图1所示，包括机床、筒形结构模具1、主轴2、自动铺带装置和小车 6。自动铺带装置包括自动铺带头3、铺带头旋转轴4和铺带头伸臂5，铺带头伸臂5安装在小车6上，铺带头旋转轴4 一端与铺带头伸臂5连接、另一端与自动铺带头3连接，小车6 上安装使小车水平横向移动的运动装置(例如丝杠结构等)，铺带头伸臂5上安装使铺带头伸臂5在小车6上水平前后移动的运动装置(例如滑轨、或丝杠等结构)，铺带头旋转轴4 上安装使铺带头旋转轴4旋转的运动装置。筒形结构模具1安装于机床之上，并与机床主轴2连接，依靠机床主轴转动实现工件的旋转。主轴2实现工件的旋转，筒形结构模具依靠主轴2夹持，实现筒形结构模具的回转及精确定位功能。自动铺带头3如图2所示，包括预浸带存储装置7、超声切割系统8、预浸带测量系统9、主压实系统10、辅压实系统11和离型纸/膜收卷系统12。预浸带在铺带头3预浸带存储装置7处开卷后，依次经过超声切割系统8、预浸带测量系统9、主压实系统10、辅压实系统11，直至离型纸/膜收卷系统12。具体的安装位置可以参见图2的形式，当然也可以采用其他位置形式，只要按照上述顺序进行安装即可，一般通过主压实系统10位置处实现将预浸带铺覆在筒体表面。上述结构都为目前现有结构，可以购买。例如图2中的主压实系统10可以采用压辊、气缸和连接压辊与气缸的轴的结构，辅压实系统11与主压实系统10 相比多了一个弹簧调节机构，用于调整预紧带在压辊上的预紧力。自动铺带头3通过小车6的移动，带动自动铺带头3运动，并将预浸带铺覆在筒体表面，通过超声切割系统8将预浸带在两端切断，通过离型膜、离型纸收卷系统12将离型纸、离型膜自动回收。铺带头旋转轴4实现自动铺带头3的旋转及定位，通过自动铺带头3的旋转，实现不同的铺带角度，本设备铺带角度能够实现的范围为0° 70°。铺带头伸臂5实现自动铺带头3的前、后移动，用于调节自动铺带头3与芯模的距离。通过调节距离，自动铺带适用的筒形结构直径范围为ΦΙΟΟΟπιπι Φ2500πιπι。小车6实现自动铺带头3的横向移动，上安装高度调节机构。小车通过带动自动铺带头实现预浸带的横向自动铺带功能。通过调节小车的移动速度，自动铺带的速度调节范围为0 40m/min。本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求1.一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，包括机床、筒形结构模具(1)、和主轴(2)，其特征在于还包括自动铺带装置和小车(6)，所述的自动铺带装置包括自动铺带头(3)、铺带头旋转轴(4)和铺带头伸臂(5)，铺带头伸臂(5)安装在小车(6)上，铺带头旋转轴(4) 一端与铺带头伸臂( 连接、另一端与自动铺带头C3)连接，小车(6)上安装使小车水平横向移动的运动装置，铺带头伸臂(5)上安装使铺带头伸臂(5)在小车(6)上水平前后移动的运动装置，铺带头旋转轴(4)上安装使铺带头旋转轴(4)旋转的运动装置。
2.根据权利要求1所述的一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，其特征在于所述的自动铺带头(3)包括预浸带存储装置(7)、超声切割系统(8)、预浸带测量系统(9)、主压实系统(10)、辅压实系统(11)和离型纸/膜收卷系统(12)；预浸带在自动铺带头(3)预浸带存储装置(7)处开卷后，依次经过超声切割系统(8)、预浸带测量系统(9)、主压实系统 (10)、辅压实系统(11)，直至离型纸/膜收卷系统(12)。
3.根据权利要求1所述的一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，其特征在于所述的小车(6)上安装高度调节机构。
专利摘要一种筒形结构复合材料自动铺带成型设备，包括机床、筒形结构模具、主轴、自动铺带装置和小车，自动铺带装置包括自动铺带头、铺带头旋转轴和铺带头伸臂，铺带头伸臂安装在小车上，铺带头旋转轴一端与铺带头伸臂连接、另一端与自动铺带头连接，小车上安装使小车水平横向移动的运动装置，铺带头伸臂上安装使铺带头伸臂在小车上水平前后移动的运动装置，铺带头旋转轴上安装使铺带头旋转轴旋转的运动装置。
文档编号B32B37/10GK202114987SQ20112023678
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者刘伟, 孙宏杰, 张建宝, 张蕾, 林松, 王俊锋, 范佳, 赵文宇, 郝卫 申请人:航天材料及工艺研究所