[發明專利]鋪設筒形復合結構的方法和器械

在審

• 申請號: 201110282077.9
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102431182A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: P·J·克勞澤斯
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C70/54
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明一般涉及復合零件的制造，更具體地涉及鋪設筒形復合結構的方法和器械，例如飛行器的機身部分。

背景技術

諸如機身筒形部分的回轉體復合結構可以鋪設在心軸的外部工具表面上，其代表了完成結構的內模線(IML)。當心軸旋轉時，自動纖維鋪放(AFP)機床可以用于將纖維帶或纖維束形式的復合材料鋪在工具表面。這些心軸是自支持的，且必須在同時有AFP機床和開始/停止制動減速施加的力下起作用，因此，心軸是相對笨重的、復雜的和制造昂貴的。而且，需要外部加工來形成結構的外模線(OML)上的所需表面。例如，在飛行器機身部分的情形中，可能需要外部加工來產生在結構的OML(外模線)上的空氣動力學表面。此外，可能需要大量的機座和大型馬達和制動器來支撐和旋轉心軸的相對大的旋轉質量，和需要大型起重機來移動在工廠地面上的心軸。除了以上討論的缺點以外，由于可以旋轉具有大的動態質量的心軸的速度限制，鋪層速度和生產率是受限的。

已經設計了其他生產設備用于將復合材料鋪設在對應于復合結構OML的心軸的內部筒形工具表面上。該設備使用安裝在懸臂支撐的門架上的AFP頭，以便當旋轉心軸時將復合材料施加于內部工具表面(內模線)。因此，該設備還依賴于相對重的心軸的旋轉，為的是在工具表面周向內施加復合材料，因此呈現出在復合材料被施加于旋轉心軸的外部工具表面的生產技術的許多缺點。

因此，需要一種形成可以不依賴于相對重的心軸旋轉的筒形復合結構的方法和器械。還需要一種降低加工花費同時增加復合材料的沉積率和提高生產效率的方法和器械。

發明內容

所公開的實施例提供了通過利用AFP(自動纖維鋪放)頭將復合材料施加于靜止OML模具工具而鋪設筒形復合結構的方法和器械。在OML模具工具上形成復合鋪層可以降低額外加工以修改完成結構的OML表面的需求。OML模具的靜止安裝消除了對旋轉工具所需的機構的需求。使用連續旋轉操縱器在工具表面之上移動AFP頭允許復合材料的連續鋪層，因而增加了鋪層速度和生產效率。通過使用PKM(并聯運動機床)類型的操縱器進一步提高生產效率，PKM提供了AFP頭在工具表面之上的高速動態運動。使用靜止OML模具工具更適用于反作用于由PKM操縱器產生的大重力。當鋪層速度增加時，由PKM操縱器產生的大重力可以用于提供對于復合材料的額外附著壓力。OML模具工具的靜止安裝可以降低工具的質量，因為OML模具不需要是自支持的，或者不需要反作用于旋轉期間由工具的緊急停止減速所產生的慣性載荷。

根據一個公開的實施例，提供了制造回轉體復合結構的方法。該方法包含：提供具有內部工具表面的OML模具，復合鋪層可以在內部工具表面上形成；和移動操縱器穿過模具的內部。該方法進一步包含使用操縱器上的末端執行器從而將復合材料施加到工具表面，包括在工具表面之上周向地移動末端執行器。該方法進一步包含保持OML模具靜止同時形成鋪層。移動操縱器穿過模具包括沿著OML模具的縱軸線基本線性地移位操縱器。基本線性地移動操縱器是通過將操縱器安裝在支架上和利用支架來引導操縱器的線性移動來實現的。

根據另一個實施例，提供了制造筒形復合結構的方法。該方法包含：提供具有定義了結構外模線的內表面的筒形模具；和保持模具基本靜止。該方法進一步包括在模具的內表面上形成復合鋪層，同時保持模具基本靜止。形成鋪層包括利用自動化的涂敷器頭將復合材料施加到模具的內表面，和利用操縱器來移動涂敷器頭穿過模具的內部以及將復合材料施加到內表面。

根據進一步的實施例，提供了制造飛行器的筒形機身部分的方法。該方法包含：提供具有筒形內模具表面的模具，復合鋪層在筒形內模具表面上形成；和基本線性地移動操縱器穿過模具的內部。該方法進一步包含利用操縱器上的涂敷器頭將復合材料施加于模具表面，包括在模具表面之上周向地移動涂敷器頭同時模具保持靜止。

根據另一個實施例，提供了將復合材料鋪設在心軸上的方法。該方法包含：提供OML模具，定位鋪層頭以用于沿著OML模具內的軸線軸向地移動和關于OML模具內的軸線旋轉，以及將復合材料鋪設在OML心軸上。該方法進一步包含將鋪層頭末端執行器與肘節連接在一起，和將肘節與至少一個臂連接在一起。該方法進一步包含環繞軸線連接至少一個臂，以便于臂可以關于該軸線旋轉地和/或軸向地移動，以及或改變其關于該軸線的取向。