專利名稱：雙帶鋪放裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙帶鋪放裝置及方法，屬于復(fù)合材料成型領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)復(fù)合材料越來(lái)越多的應(yīng)用于航空航天器大型構(gòu)件的制造，如何快速高效地成型航空航天器件成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。自動(dòng)鋪放技術(shù)作為一種先進(jìn)復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，相對(duì)于傳統(tǒng)手工鋪疊成型方式，大大提高了加工效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低了制造成本。但是，鋪放機(jī)單個(gè)鋪放頭的設(shè)計(jì)還是遏制了鋪放產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種高效復(fù)合材料鋪放裝置，在保證具有鋪帶基本功能的同時(shí)， 使用兩個(gè)鋪放頭同時(shí)鋪放成型。一種雙帶鋪放裝置，其特征在于包括工作臺(tái)，安裝于工作臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)X方向平移的龍門架；安裝于龍門架可實(shí)現(xiàn)Y方向平移的小車，安裝于小車上可實(shí)現(xiàn)Z方向旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給鋪放頭；小車與鋪放頭構(gòu)成Z方向上的鋪放頭組件；上述鋪放頭組件為兩組。利用所述雙帶鋪放裝置的雙帶鋪放方法，其特征在于包括以下過(guò)程利用龍門架、 小車為鋪放頭提供Χ、γ方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。上述兩組鋪放頭組件可以均安裝于同一龍門架左、右兩側(cè)；利用位于同一龍門架上的兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。該方式中，兩鋪放頭裝配于同一龍門架，兩鋪放頭在X方向上同時(shí)運(yùn)動(dòng)，在Y方向上可以單獨(dú)控制，互不干涉，通過(guò)配合插補(bǔ)完成不同鋪放角度的鋪放；
上述龍門架可以為兩個(gè)，每個(gè)龍門架上各安裝一鋪放頭組件；利用位于不同龍門架的兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。該方式中，兩鋪放頭單獨(dú)裝配在各自的龍門架上，兩龍門架間、 兩鋪放頭間互不影響，單獨(dú)控制，在配合鋪放時(shí)注意避免碰撞干涉即可。針對(duì)當(dāng)前鋪放設(shè)備制造大型小曲率構(gòu)件時(shí)效率低下的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種多頭高效鋪放裝置，并提供兩種高效鋪放實(shí)施方式，相比現(xiàn)役復(fù)合材料鋪帶裝置多一個(gè)鋪放頭， 有效提高了成型效率，大大降低成本，并且能快速成型0°、士45° (編織式和非編織式)和 90°鋪層，可形成編織效果。能夠同時(shí)對(duì)小曲率的大型構(gòu)件進(jìn)行鋪放成型，有效提高加工效率。本發(fā)明在保證鋪放效果的前提下，大大提高了鋪放的效率，進(jìn)一步降低自動(dòng)鋪放產(chǎn)品的制造成本，為鋪放產(chǎn)品的全方位普及、高價(jià)向低價(jià)轉(zhuǎn)變、軍用向民用發(fā)展提出一個(gè)方案。


圖1 鋪放頭示意圖2 實(shí)施方式一示意圖3 實(shí)施方式二示意圖4 實(shí)施方式一 0°鋪層鋪放示意圖5 實(shí)施方式一士45°鋪層鋪放示意圖(編織式)；
圖6 實(shí)施方式一一 45°鋪層鋪放示意圖(非編織式)；
圖7 實(shí)施方式一 90°鋪層鋪放示意圖8 實(shí)施方式二 0°鋪層鋪放示意圖9 實(shí)施方式二士45°鋪層鋪放示意圖(編織式)；
圖10 實(shí)施方式二一 45°鋪層鋪放示意圖(非編織式)；
圖11 實(shí)施方式二一 45°鋪層鋪放示意圖(非編織式、改進(jìn)方案)；
圖12 實(shí)施方式二 90°鋪層鋪放示意圖13 實(shí)施方式二 90°鋪層鋪放示意圖(改進(jìn)方案)；
圖中標(biāo)號(hào)名稱1、1號(hào)鋪放頭，2、2號(hào)鋪放頭，3、龍門架，4、工作臺(tái)，5、模具。
具體實(shí)施例方式一種高效自動(dòng)鋪放裝置主要適用于小曲率非封閉的自由曲面鋪放。本發(fā)明涉及裝置包括鋪放頭(圖1)、龍門架、工作臺(tái)等，提出兩種實(shí)施方式。實(shí)施方式一中，兩個(gè)鋪放頭裝配于同一龍門架；實(shí)施方式二中，兩個(gè)鋪放頭裝配于兩個(gè)相互獨(dú)立的龍門架。在進(jìn)行實(shí)際鋪放操作時(shí)，首先根據(jù)鋪放設(shè)計(jì)要求將1號(hào)鋪放頭1與2號(hào)鋪放頭2置于合適初始位置，然后根據(jù)軌跡設(shè)計(jì)生成的機(jī)器代碼控制設(shè)備運(yùn)行，避免干涉。下面結(jié)合圖2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13對(duì)本發(fā)明的方法做進(jìn)一步說(shuō)明，共有
兩種
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖2、3、4、5、6說(shuō)明實(shí)施方式一。裝置如圖2所示，0°鋪層成型時(shí)，將機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2置于之間的距離調(diào)整為預(yù)浸料寬度W并移至XY坐標(biāo)軸原點(diǎn)處，然后沿 X軸鋪放，每完成兩條預(yù)浸料的鋪放將機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2沿Y軸正方向移動(dòng)2W的距離之后繼續(xù)鋪放(圖3)。士45°鋪層成型時(shí)，將機(jī)構(gòu)1置于XY坐標(biāo)軸原點(diǎn)處，機(jī)構(gòu)2置于X坐標(biāo)為零、Y 坐標(biāo)為鋪放區(qū)域最大寬度位置，然后通過(guò)配合插補(bǔ)同時(shí)鋪放，形成編織式的士45°鋪層(圖 4)。非編織式45°或一 45°鋪層成型時(shí)，將機(jī)構(gòu)1置于XY坐標(biāo)軸原點(diǎn)處，機(jī)構(gòu)2置于X坐標(biāo)為零、Y坐標(biāo)為鋪放區(qū)域最大寬度一半位置，然后通過(guò)配合插補(bǔ)，形成一個(gè)三角形狀的一 45°鋪層，每完成一個(gè)三角形區(qū)域的鋪放后，進(jìn)行下一塊三角形區(qū)域的鋪放(圖5)。90°鋪層成型時(shí)，將機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2之間的間隔調(diào)整為NW (N為整數(shù))并移至XY坐標(biāo)軸原點(diǎn)處，機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2同時(shí)沿Y軸鋪放，每當(dāng)完成兩條預(yù)浸料鋪放后將機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2沿X正方向平移 W的距離，當(dāng)機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2完成N+1條預(yù)浸帶的鋪放后，將機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)2沿X正方向平移 (N+1)W的距離之后繼續(xù)鋪放(圖6)。其中，對(duì)于0°、90°、編織式士45°鋪層采用實(shí)施方式一均可以節(jié)約50%的時(shí)間，而非編織式45°或一 45°鋪層成型時(shí)，由于可能出現(xiàn)機(jī)構(gòu)1 (或機(jī)構(gòu)2)工作、機(jī)構(gòu)2 (或機(jī)構(gòu)1)空閑的情況，故長(zhǎng)寬比整數(shù)的鋪層采用實(shí)施方式一節(jié)約時(shí)間約為25%。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖7、8、9、10、11、12、13說(shuō)明實(shí)施方式二的實(shí)施方式。裝置如圖7所示，0°鋪層成型時(shí)與實(shí)施方式一0°鋪層成型實(shí)施方式相似(圖8)。編織式士45° 鋪層成型時(shí)，仿造實(shí)施方式一士45°鋪層成型實(shí)施方式成型(圖9)。非編織式45°或一 45°鋪層成型時(shí)，可以將機(jī)構(gòu)1與機(jī)構(gòu)2置于對(duì)角位置，兩機(jī)構(gòu)相向進(jìn)行鋪放(圖10)。但該過(guò)程中，龍門架會(huì)發(fā)生相互碰撞干涉，其改進(jìn)方案是機(jī)構(gòu)1與機(jī)構(gòu)2進(jìn)行同向的鋪放，避免發(fā)生干涉(圖11)。90°鋪層成型時(shí)，將機(jī)構(gòu)1置于零點(diǎn)位置，機(jī)構(gòu)2置于Y為零X為鋪放區(qū)域最長(zhǎng)的位置，這樣不必調(diào)整機(jī)構(gòu)1與機(jī)構(gòu)2之間的距離，機(jī)構(gòu)1及機(jī)構(gòu)2沿X軸的平移距離為恒定的W，簡(jiǎn)化機(jī)器代碼(圖12)。但此法同樣會(huì)發(fā)生鋪放頭的相互干涉，改進(jìn)方案與一 45°鋪層鋪放的改進(jìn)方案類似，即兩鋪放頭進(jìn)行同向鋪放(圖13)。其中，對(duì)于0°、90°、編織式士45、非編織式45°或一 45°鋪層，采用實(shí)施方式二均可以節(jié)約50%的時(shí)間。
實(shí)施方式一與實(shí)施方式二均可節(jié)約鋪層鋪放的時(shí)間。其中，實(shí)施方式一可以快速成型0°和90°鋪層，并能夠通過(guò)插補(bǔ)完成編織式士45°和非編織式的鋪層，結(jié)構(gòu)比實(shí)施方式二簡(jiǎn)單，省一個(gè)龍門架。實(shí)施方式二相對(duì)于實(shí)施方式一具有更大的設(shè)計(jì)自由度、能夠更加快速成型非編織式45°或一 45°鋪層，只是在設(shè)備控制上要注意避免碰撞干涉，而且采用改進(jìn)方案就可避免碰撞干涉。
權(quán)利要求
1.一種雙帶鋪放裝置，其特征在于包括工作臺(tái)(4)，安裝于工作臺(tái)(4)上可實(shí)現(xiàn)X方向平移的龍門架(3);安裝于龍門架(3)可實(shí)現(xiàn)Y方向平移的小車(1)，安裝于小車上可實(shí)現(xiàn) Z方向旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給鋪放頭；小車與鋪放頭構(gòu)成Z方向上的鋪放頭組件；上述鋪放頭組件為兩組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帶鋪放裝置，其特征在于上述兩組鋪放頭組件均安裝于同一龍門架(3)的左、右兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帶鋪放裝置，其特征在于上述龍門架(3)為兩個(gè)，每個(gè)龍門架上各安裝一鋪放頭組件。
4.利用權(quán)利要求1所述雙帶鋪放裝置的雙帶鋪放方法，其特征在于包括以下過(guò)程利用龍門架、小車為鋪放頭提供X、Y方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙帶鋪放方法，其特征在于兩組鋪放頭組件均安裝于同一龍門架(3)左、右兩側(cè)；利用位于同一龍門架上的兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙帶鋪放方法，其特征在于上述龍門架(3)為兩個(gè)，每個(gè)龍門架上各安裝一鋪放頭組件；利用位于不同龍門架的兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙帶鋪放裝置及方法，屬于復(fù)合材料成型領(lǐng)域。該裝置包括工作臺(tái)(4)，安裝于工作臺(tái)(4)上可實(shí)現(xiàn)X方向平移的龍門架(3)；安裝于龍門架(3)可實(shí)現(xiàn)Y方向平移的小車(1)，安裝于小車上可實(shí)現(xiàn)Z方向旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給鋪放頭；小車與鋪放頭構(gòu)成Z方向上的鋪放頭組件；上述鋪放頭組件為兩組。利用龍門架、小車為鋪放頭提供X、Y方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個(gè)鋪放頭進(jìn)行雙帶鋪放。大大提高了鋪放的效率，進(jìn)一步降低自動(dòng)鋪放產(chǎn)品的制造成本，為鋪放產(chǎn)品的全方位普及、高價(jià)向低價(jià)轉(zhuǎn)變、軍用向民用發(fā)展提出一個(gè)方案。
文檔編號(hào)B29C70/54GK102310572SQ20111027428
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者徐濤, 文立偉, 李俊斐 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)