本發(fā)明涉及一種復合材料預浸帶自動化生產設備及工藝，特別是一種用于復合材料預浸帶鋪放成型的裝置。

背景技術：

復合材料自動化成型工藝過程可描述為首先將預浸帶在預備機構中完成預浸帶的張緊和預定形狀的切割使之形成平行的預浸帶；再將預浸帶由加熱裝置加熱到所需的工藝溫度后，由熱壓輥將預浸帶按照預定的軌跡或路徑以合適的速度鋪貼到芯?；驅雍习灞砻妗Ｒ蚱渚哂休p質、高強度、高模量、材料與結構可設計性好、抗腐蝕、耐疲勞性好、便于大面積整體成形等優(yōu)點的一類復合材料，以其優(yōu)異的性能在航空航天飛行器、航海艦船、運載火箭、高速鐵路、新能源材料等行業(yè)中得到廣泛的應用。現有的復合材料預浸帶自動化成型裝置，由于其自動化程度高致使設備購買費用和運行成本十分昂貴，在實際生產過程中還必須要重新設計制造模具才能與之相匹配，且存在模具與工作臺的裝夾定位過程復雜，導致現有的復合材料預浸帶自動化成型設備無法很好地應用與實際生產，限制了預浸帶復合材料的應用范圍。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于復合材料預浸帶自動化鋪放成型裝置，解決了現有芯模的裝夾定位過程復雜，導致現有的復合材料預浸帶自動化成型設備無法很好地應用與實際生產。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案具體如下：

本發(fā)明提供的一種用于復合材料預浸帶自動化鋪放成型裝置，包括基體機構，基體機構上設置有控制系統和芯模，芯模通過芯模固定塊固定在基體機構上；控制系統控制連接有傳動機構和熱壓機構，傳動機構和熱壓機構分別固定在基體機構上，其中，傳動機構能夠帶動熱壓機構上的壓輥在芯模上做來回往返運動。

優(yōu)選地，所述基體結構包括下立柱，控制系統安裝在下立柱的下端，芯模安裝在下立柱上端的工作臺上；下立柱的上端頂部連接有上立柱，上立柱上固定安裝有橫梁，橫梁的下表面上固定安裝有導軌，導軌上安裝有導軌模塊，導軌模塊與熱壓機構固定連接。

優(yōu)選地，所述導軌的兩端設置有限位開關。

優(yōu)選地，芯模固定塊包括第一芯模固定塊，第一芯模固定塊的一端套裝在上立柱上，另一端插接有第二芯模固定塊。

優(yōu)選地，所述第一芯模固定塊上設置有對第二芯模固定塊進行限位固定的限位銷。

優(yōu)選地，傳動機構包括減速機、伺服電動機、第一同步帶、主動帶輪、帶輪軸、第二同步帶、從動帶輪和套裝在上立柱上的帶輪支架，其中，帶輪支架包括第一帶輪支架和第二帶輪支架，且兩者均安裝有帶輪軸；第一帶輪支架上的帶輪軸與主動帶輪配合連接，第二帶輪支架上的帶輪軸與從動帶輪配合連接；主動帶輪與從動帶輪之間通過第二同步帶連接；同時，主動帶輪通過第一同步帶與減速機連接，減速機與安裝在第一帶輪支架安裝板上的伺服電動機連接。

優(yōu)選地，熱壓機構包括壓力作用桿、連接架、氣缸固定架、壓力氣缸、直線軸承支架、推桿、壓輥支架和壓輥，其中，氣缸固定架分別與第二同步帶和導軌模塊固定連接；壓力氣缸固定在氣缸固定架的上端面；氣缸固定架的下端面與連接架的一端固定連接，連接架的另一端與直線軸承支架固定連接；所述直線軸承支架包括兩個，其中一個安裝在連接架的中間位置，另一個安裝在連接架的底端；壓力氣缸的活塞桿與作用桿連接，作用桿的另一端與推桿連接，推桿的另一端穿過兩個直線軸承支架上安裝的直線軸承固定安裝在壓輥支架上，壓輥支架與壓輥鉸接連接。

優(yōu)選地，控制系統控制連接有張力機構，張力機構包括張力傳感器、預浸帶固定塊、第一自由導輥、張力側板、磁粉制動器、帶盤軸、第二自由導輥、導輥支架和張力底板，其中，張力側板、張力傳感器和預浸帶固定塊均固定安裝在張力底板的上表面，預浸帶固定塊與張力側板的安裝面互相垂直；導輥支架安裝在張力傳感器上，第二自由導輥安裝在導輥支架上；第一自由導輥設置有兩個，均安裝在張力側板的安裝面上，且以第二自由導輥為中心對稱放置；磁粉制動器固定安裝在張力側板另一側面的上端，帶盤軸與磁粉制動器的輸出軸連接。

優(yōu)選地，張力底板安裝在下立柱上設置有的張力機構支架上。

優(yōu)選地，第一自由導輥和第二自由導輥均為伸縮結構。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的一種用于復合材料預浸帶自動化鋪放成型裝置，首先通過控制系統控制熱壓機構向基體機構上芯模方向運動，同時使得傳動機構帶動熱壓機構上的壓輥在芯模上做來回運動，壓輥在芯模上運動一次，即完成一層預浸帶的鋪放。同時，通過芯模固定塊將芯模固定安裝在基體結構上，使得芯模與基體機構的裝夾定位過程變得簡單；同時克服了現有復合材料預浸帶自動化成型設備不能很好的進行實際生產。

進一步的，通過導軌模塊使得熱壓機構能夠沿著導軌做來回往返運動。

進一步的，當熱壓機構與導軌兩端的限位開關相接觸時，熱壓機構停止運動，即完成一層預浸帶的鋪放。

進一步的，第一芯模固定塊和第二芯模固定塊之間的插接關系，保證了該裝置可以完成多種尺寸芯模的固定限位。

進一步的，熱壓機構采用第二同步帶配合導軌滑塊一起傳動，實現了熱壓機構的高精度成型的工藝要求。

進一步的，通過張力機構產生的張力控制預浸帶的張緊程度，同時采用三個自由導輥對預浸帶的熱壓進行導向，有效避免了預浸帶的扭曲變形。

進一步的，自由導輥的伸縮式結構，滿足了不同尺寸預浸帶的生產工藝要求。

附圖說明

圖1是預浸帶鋪放成型裝置的裝配結構示意圖；

圖2是基體機構的結構示意圖；

圖3是芯模固定塊結構示意圖；

圖4是傳動機構的結構示意圖；

圖5是熱壓機構的結構示意圖；

圖6是張力機構的結構示意圖；

圖7是張力側板的結構示意圖；

圖8是卡緊機構結構示意圖；

其中，1、腳輪201、第一卡緊機構202、第二卡緊機構3、控制系統4、工作臺加強筋5、下立柱6、第一芯模固定塊7、上立柱8、導軌9、橫梁10、限位開關11、導軌模塊12、芯模13、第二芯模固定塊14、工作臺15、張力機構支架16、下底板17、減速機18、伺服電動機19、第一同步帶20、主動帶輪21、帶輪軸22、第二同步帶23、從動帶輪2401、第一帶輪支架24、第二帶輪支架25、壓力作用桿26、連接架27、氣缸固定架28、壓力氣缸29、直線軸承支架30、推桿31、壓輥支架32、壓輥33、張力傳感器34、預浸帶固定塊35、第一自由導輥36、張力側板37、磁粉制動器38、帶盤軸39、帶盤緊固螺栓40、第二自由導輥41、導輥支架42、張力底板43、張力傳感器固定塊。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于復合材料預浸帶自動化鋪放成型裝置，包括基體機構、傳動機構、熱壓機構和張力機構，其中，所述傳動機構、熱壓機構、張力機構分別固定在基體機構上，同時，所述熱壓機構與傳動機構固定連接。

具體地，如圖2所示，所述基體機構包括腳輪1、第一卡緊機構2、控制系統3、工作臺加強筋4、四根下立柱5、第一芯模固定塊6、四根上立柱7、導軌8、橫梁9、限位開關10、導軌滑塊11、芯模12、第二芯模固定塊13、工作臺14、張力機構支架15和下底板16，其中，下立柱5的下端安裝有下底板16，下底板16上安裝有控制系統3；下立柱5下端的底端還安裝有腳輪1，腳輪1設置在下底板16的下方，腳輪1為萬向輪結構同時設有制動機構，保證整個鋪放裝置方便移動以及在成型工作時不產生相對移動；

張力機構支架15設置有兩個，該兩個張力機構支架的一端分別套裝在置于同一側的兩根下立柱5上，且置于下底板16的上方；另一端固定安裝在工作臺加強筋4上；同時，下底板16和張力機構支架15的下方均設置有第一卡緊機構201，通過第一卡緊機構201對下底板16和張力機構支架15進行限位固定。

下立柱5的上端安裝有工作臺14，工作臺加強筋4固定安裝在工作臺14的下表面上；工作臺14的上表面安裝有芯模12，所述芯模12的上表面為圓弧面，芯模12的四角分別通過芯模固定塊固定。

如圖3所示，芯模固定塊包括第一芯模固定塊6和第二芯模固定塊13，其中，第一芯模固定塊6的一端套裝在上立柱7上，另一端與第二芯模固定塊13之間設為插接連接，第一芯模固定塊6上還設置有對第二芯模固定塊13進行限位固定的定位銷；通過第二芯模固定塊13將芯模12固定安裝在工作臺14上。

下立柱5的上端與上立柱7的下端通過螺紋連接，上立柱7的上端安裝有兩根橫梁9，兩根橫梁9互相平行設置，且橫梁9與芯模12的工作方向平行。

導軌8固定安裝在橫梁9的下表面上，且導軌8的兩端分別設置有限位開關10；導軌8上還設置有導軌模塊11，導軌模塊11帶動熱壓機構沿導軌8運動。

下立柱5的上、下兩端分別有螺紋孔，保證與腳輪1和上立柱7剛性連接；上立柱7下端為與下立柱5內螺紋相配合的外螺紋伸出端，而上端有與橫梁9固定的內螺紋孔；

安裝時，兩個導軌8在固定時要保證其下表面與工作臺14的垂直距離一致，導軌8與橫梁9固定為一個整體結構，保證在鋪放成型時壓輥32受到來自芯模12的反力都作用在橫梁9上，避免導軌8受力而變形，進而影響導向精度不利于預浸帶很好的鋪放在芯模12的表面。

如圖4所示，所述傳動機構包括減速機17、伺服電動機18、第一同步帶19、主動帶輪20、帶輪軸21、第二同步帶22、從動帶輪23和帶輪支架，其中，帶輪支架包括第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402，所述第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402均包括安裝板，所述安裝板上設置有支架；

第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402的支架上均安裝有帶輪軸21；伺服電動機18安裝在第一帶輪支架2401的安裝板上，第一帶輪支架2401上的帶輪軸21通過第一同步帶19與減速機17連接，減速機17與伺服電動機18連接；所述第一帶輪支架2401上的帶輪軸21還配合連接有主動帶輪20，主動帶輪20通過第二同步帶22與從動帶輪23連接，所述從動帶輪23安裝在第二帶輪支架2402上的帶輪軸21上；

所述第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402分別套裝在上立柱7上，且通過第二卡緊機構202進行限位固定；同時，第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402的安裝板與橫梁9互相垂直。

如圖8所示，第一卡緊機構201和第二卡緊機構202結構相同，均包括筒體結構，筒體的外側壁上均布有若干個緊固螺栓。

安裝時，兩個帶輪支架上的帶輪軸21在固定時，要保證其軸線在同一水平面內；伺服電動機18與減速機17連接時，兩者的軸線要保證重合，同時要保證兩者的軸線與帶輪軸21的軸線位于同一豎直平面內。

如圖5所示，熱壓機構包括壓力作用桿25、連接架26、氣缸固定架27、壓力氣缸28、直線軸承支架29、推桿30、壓輥支架31和壓輥32；其中，壓力氣缸28固定在氣缸固定架27上；氣缸固定架27與連接架26的一端固定連接，連接架26的另一端與直線軸承支架29固定連接；壓力氣缸28的活塞桿與作用桿25連接，作用桿25的另一端與推桿30連接，推桿30的另一端安裝在壓輥支架31上，壓輥支架31與壓輥32鉸接連接；壓輥32的工作面與芯模12的工作面相接觸。

所述直線軸承支架29包括兩個，其中一個安裝在連接架26的中間位置，另一個安裝在連接架26的底端；所述直線軸承支架29上安裝有兩個直線軸承，所述推桿30穿過兩個直線軸承支架29上安裝的直線軸承固定安裝在壓輥支架31上；

氣缸固定架27與導軌模塊11固定連接，使得其能夠沿導軌8滑動；同時，氣缸固定架27與第二同步帶22固定連接，使得熱壓機構能夠隨著第二同步帶22一起做來回往返運動。

壓力氣缸28在固定時，要保證其軸線垂直以工作臺14的上表面。

如圖6、圖7所示，張力機構包括張力傳感器33、預浸帶固定塊34、第一自由導輥35、張力側板36、磁粉制動器37、帶盤軸38、帶盤緊固螺栓39、第二自由導輥40、導輥支架41、張力底板42和張力傳感器固定塊43；其中，張力側板36的主視圖為直角三角形結構，側視圖為l型結構，其包括豎直板和水平板，水平板和豎直板之間設置有加強筋板；

所述張力側板36通過水平板固定安裝在張力底板42的上表面，張力底板42的上表面還安裝有張力傳感器固定塊43和預浸帶固定塊34，其中，張力傳感器固定塊43和預浸帶固定塊34互相平行，且與張力側板36的豎直板互相垂直；

張力傳感器33安裝在張力傳感器固定塊43的上表面；導輥支架41安裝在張力傳感器33的上表面，第二自由導輥40安裝在導輥支架41上；

第一自由導輥35設置有兩個，均安裝在張力側板36的豎直板上，且以第二自由導輥40為中心對稱放置；其中一個第一自由導輥35與預浸帶固定塊34置于同一側。

磁粉制動器37固定安裝在張力側板36豎直板另一側面的上端，帶盤軸38與磁粉制動器37的輸出軸連接，且與第一自由導輥35置于同一側面；第一自由導輥35和第二自由導輥40均為伸縮結構。

張力底板42分別與張力機構支架15和工作臺強筋4通過螺栓連接。

安裝時，保證張力底板42的上表面與工作臺14的上表面在同一平面上；兩個第一自由導輥35在固定時要保證其軸線在同一水平面內，并且與第二自由導輥40的軸線在張力底板42上表面的投影要形成三條平行且等長的直線，同時要保證第二自由導輥40的軸線在張力底板42上表面的投影位于兩個第一自由導輪34軸線在張力底板上表面的投影的中點位置。

工作過程：

步驟1，復合材料預浸帶盤固定在帶盤軸38上，通過帶盤軸38上安裝的帶盤緊固螺栓39卡緊，保證帶盤不產生軸向移動；

步驟2，預浸帶的一端依次繞過第二自由導輥40左側的第一自由導輥35的下方、第二自由導輥40的上方、第二自由導輥40右側的第一自由導輥35下方，之后再從壓輥32的上方繞進、壓輥32的下方繞出，最后固定在預浸帶固定塊34上；

步驟3，開啟控制系統3使磁粉制動器37產生一定的張力，張力的大小由張力傳感器33讀取進而控制預浸帶的張緊程度；

步驟4，打開壓力氣缸28的調節(jié)閥，使壓力氣缸28的活塞桿在氣體壓力作用下向芯模12一端靠近，調節(jié)合適的氣缸壓力后，開啟伺服電動機18，伺服電動機18帶動減速機17旋轉，之后通過第一同步帶19帶動主動帶輪20旋轉，主動帶輪20帶動帶輪軸21和從動帶輪23一起旋轉，進而通過第二同步帶22帶動熱壓機構左右移動；當導軌滑塊11接觸到導軌8兩端的限位開關10時，熱壓機構停止移動，切斷預浸帶后即可完成一層預浸帶的鋪放。

重復以上步驟，直到復合材料預浸帶鋪放層數達到圖紙要求。