[發明專利]單驅動的復合材料鋪絲頭一體化裝置

有效

• 申請號: 201310746770.6
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103640229A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 吳保林;徐德
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及復合材料自動鋪放成型技術領域，尤其是對于多束復合纖維絲束材料鋪放成型過程，主要用于采用單個驅動器實現對復合材料絲束鋪放控制過程中多束纖維絲束的重送、導向、壓緊止動和剪切。

背景技術

復合材料具有高比強度、高比模量，耐疲勞，減振性好，工藝性好等優點，這些優點對飛行器的性能具有很大的價值，在航天航空工業中已經得到了廣泛的應用，同時在其他行業，如體育器材、船舶、高鐵等領域，復合材料的用量也在日益增多。

對高曲率輪廓復材整體構件，如飛機機身段，以及其他諸如噴氣發動機整流罩、進氣道、噴管、錐形管、壓氣機葉片、圓形或“C”形通道管等橢圓高曲率輪廓整體復材構件，使用復合材料自動鋪帶機設備將難以滿足鋪放制造的要求。復合材料自動鋪絲機由于可以對多束窄條絲帶進行單獨控制，可根據鋪放層輪廓形狀對絲束進行獨立切斷控制，可鋪放復雜的、甚至帶窗口的曲面。因此，對于此類復雜構件，需要使用自動鋪絲機來實現鋪放加工制造。

鋪絲頭是復合材料鋪絲機最核心的部件，鋪絲頭的核心功能裝置主要實現對多束復材纖維絲束的獨立重送、壓緊止動、剪切、導向等功能，這是鋪絲機實現對復雜輪廓鋪放的保障和前提條件。

現有的鋪絲頭采用的分立裝置能夠實現對復合材料纖維絲束的重送、壓緊止動和剪切功能，但每套裝置都需要采用獨立的驅動系統進行驅動控制。在鋪絲頭的結構方面，不僅驅動元件的數量翻倍，而且還增加了裝置的總質量和體積；在控制方面，由于要對每一束纖維絲束進行獨立的重送、壓緊止動和剪切，重送系統、壓緊止動系統和剪切系統必須要相互協同，才能保證絲束的準確切斷和鋪放，在復雜性方面也有所增加。一旦出現控制失調，重送、壓緊止動和剪切系統沒有按照設定功能進行配合，三套運動控制系統的動作發生時序偏差，就會出現重送、壓緊止動和剪切系統同時動作或不動作，都會影響鋪絲機的正常工作，輕則導致鋪絲精度不準確，功能不正常，重則會導致鋪絲機系統運行故障。

導向系統是保證絲束正常傳送的通道。當復材纖維絲束被剪切后，對帶有斷口的復材絲束進行重送時，復材絲束能否準確進入導向通道是一個嚴重影響鋪絲頭正常工作的問題。

現有的剪切系統對復材絲束進行剪切后，復材絲束的斷口位置和形狀都呈不確定狀態。由于纖維絲束的斷口位置不確定，當重送剪切后的絲束從剪切系統進入導向通道時，復材絲束容易嵌入剪切和導向兩套裝置的連接縫隙，也可能滑出導絲槽，極易導致鋪絲作業無法正常完成。

發明內容

為了解決上述問題，同時簡化驅動系統的結構和控制流程，本發明提出一種可對復材纖維絲束獨立進行重送、導向、剪切和壓緊止動的一體化裝置。

經過研究分析，壓緊止動系統和重送系統是兩套功能互斥的系統，在對絲束進行壓緊止動時，重送系統處于停止工作狀態，以保證對絲束的正常切斷和鋪放。當處于重送狀態時，壓緊止動系統釋放鋪絲通道，以保證纖維絲束的順利通過和鋪放。

本發明將重送和壓緊止動裝置融為一體，在結構上，不僅減少了驅動元件的總數量，減輕了鋪絲頭的總質量，而且空間占用少。在可靠性方面，一體化的設計避免了壓緊止動和重送兩套系統控制的相互協同配合，保證正常的壓緊止動重送切換時序和互斥的切換動作，極大的降低了故障率，提高了系統可靠性。

考慮到壓緊止動裝置與剪切裝置共同配合使用，在功能上是相容的，可以集成到一起。此外，剪切和導向密切相關，將剪切和導向功能進行集成也是保證絲束正常鋪放的先決條件。

本發明提出的一種重送剪切導向壓緊一體化裝置包括：驅動臂、固定臂、連桿裝置、重送輪裝置、重送輪軸、導向槽、傳動臂、壓止剪切裝置和導向刀座，其中：

所述驅動臂的一端與所述連桿裝置連接，一端與外部驅動裝置連接，用于將外部驅動裝置的動力傳遞到所述一體化裝置上；

所述固定臂的一端與所述連桿裝置連接，一端與外部固定裝置連接，用于保持固定臂與外部固定裝置穩定的相對位置，為所述連桿裝置提供固定的旋轉中心；

所述連桿裝置與驅動臂、固定臂、傳動臂和重送輪裝置連接；

所述重送輪裝置與所述連桿裝置連接，所述重送輪軸放置于重送輪裝置的下方，用于與重送輪裝置配合使用，通過重送輪軸的摩擦力將介于重送輪裝置和重送輪軸之間的纖維絲束送至導向槽的對應槽內；

所述導向槽放置于重送輪軸與導向刀座之間，用于對纖維絲束進行導向，使得纖維絲束順利從重送輪軸進入到導向刀座的導向通道中；

所述傳動臂的一端與所述連桿裝置連接，一端與壓止剪切裝置連接，用于將連桿裝置上的動力和運動傳遞到壓止剪切裝置上；