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)。自動鋪放技術(shù)作為一種先進(jìn)復(fù)合材料自動化成型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，相對于傳統(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， 使用兩個鋪放頭同時鋪放成型。一種雙帶鋪放裝置，其特征在于包括工作臺，安裝于工作臺上可實(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程利用龍門架、 小車為鋪放頭提供Χ、γ方向的運(yùn)動，同時鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個鋪放頭進(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方向上同時運(yùn)動，在Y方向上可以單獨(dú)控制，互不干涉，通過配合插補(bǔ)完成不同鋪放角度的鋪放；
上述龍門架可以為兩個，每個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，在配合鋪放時注意避免碰撞干涉即可。針對當(dāng)前鋪放設(shè)備制造大型小曲率構(gòu)件時效率低下的缺點(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。能夠同時對小曲率的大型構(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)號名稱1、1號鋪放頭，2、2號鋪放頭，3、龍門架，4、工作臺，5、模具。
具體實(shí)施例方式一種高效自動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、工作臺等，提出兩種實(shí)施方式。實(shí)施方式一中，兩個鋪放頭裝配于同一龍門架；實(shí)施方式二中，兩個鋪放頭裝配于兩個相互獨(dú)立的龍門架。在進(jìn)行實(shí)際鋪放操作時，首先根據(jù)鋪放設(shè)計(jì)要求將1號鋪放頭1與2號鋪放頭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對本發(fā)明的方法做進(jìn)一步說明，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說明實(shí)施方式一。裝置如圖2所示，0°鋪層成型時，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2W的距離之后繼續(xù)鋪放(圖3)。士45°鋪層成型時，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，然后通過配合插補(bǔ)同時鋪放，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，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，然后通過配合插補(bǔ)，形成一個三角形狀的一 45°鋪層，每完成一個三角形區(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，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%的時間，而非編織式45°或一 45°鋪層成型時，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，故長寬比整數(shù)的鋪層采用實(shí)施方式一節(jié)約時間約為25%。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖7、8、9、10、11、12、13說明實(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，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，可以將機(jī)構(gòu)1與機(jī)構(gòu)2置于對角位置，兩機(jī)構(gòu)相向進(jìn)行鋪放(圖10)。但該過程中，龍門架會發(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，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，簡化機(jī)器代碼(圖12)。但此法同樣會發(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)施方式二簡單，省一個龍門架。實(shí)施方式二相對于實(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(4)，安裝于工作臺(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，每個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程利用龍門架、小車為鋪放頭提供X、Y方向的運(yùn)動，同時鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個鋪放頭進(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，每個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(4)，安裝于工作臺(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，同時鋪放頭可在小車上沿Z軸調(diào)整鋪放高度；兩個鋪放頭進(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)展提出一個方案。
文檔編號B29C70/54GK102310572SQ20111027428
公開日2012年1月11日 申請日期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 申請人:南京航空航天大學(xué)