CN104369393B - 一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置，该装置包括：导向合束器、等距补偿刀座、多套导向切压刀头、纤维丝束和铺压辊，其中：等距补偿刀座上装有多套切压刀头，用于补偿导向合束器丝束通道路径的差异；导向合束器与等距补偿刀座固定连接，用于将经过路径补偿的来自不同方向的纤维丝束汇集成均匀排布的纤维布匹，并送入铺压辊中进行纤维丝束的双向铺放；铺压辊与导向合束器相对放置且位置关系固定，将从导向合束器中送出的已排成布匹的纤维丝束铺放压实在模具表面，形成紧密的纤维铺层。本发明可实现等距出丝铺放，按照需求提供铺放所需纤维丝长，提高了纤维丝束铺放的产品质量，减少丝束浪费；同时降低控制系统的复杂程度。

Description

一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，尤其是一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置，本发明主要用于在多束复合纤维丝束材料铺放成型过程中，对复合材料进行铺放时，解决复合材料纤维丝束经过导向合束器的不等距导向合束段后，进入铺压辊的丝束出丝长度不相等的现象。

背景技术

复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，如体育器材、船舶、高铁等领域，复合材料的用量也在日益增多。

对高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段，以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件，使用复合材料自动铺带机设备将难以满足铺放制造的要求。复合材料自动铺丝机由于可以对多束窄条丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行独立切断控制，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。

铺丝头前端的导向铺压装置是铺丝机核心部件，担负着对多条纤维丝束的导向、收束、合束及在模具表面铺敷的功能，保证来自不同方向不同角度的多条纤维丝束经过导向合束装置后，顺利形成分布均匀、表面平整的纤维布匹，在铺压辊的作用下，在模具表面实现稳定的高质量铺放效果。

传统铺丝头需要先通过导向合束装置将来自不同方向的分散纤维丝束进行聚拢合并，然后再送入铺压辊进行铺放。由于导向合束装置为非等距结构，丝束通过导向合束装置的路径不同，各丝束之间始终存在不等长问题，导致铺放面的头尾部分各丝束状态犬牙交错，不易形成形貌整齐的铺层。

发明内容

本发明为了解决上述问题，开发了多丝束铺放等距出丝补充装置，通过结构改进，补偿了导向合束器的不同路径的长度差，消除铺放时各丝束经过不同路径的出丝长度不一致的现象，实现多丝束纤维进行复杂形位铺放时的精确形位铺层控制。

本发明提出一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置，该装置包括：导向合束器a、等距补偿刀座b、多套导向切压刀头c、纤维丝束d和铺压辊e，其中：

所述等距补偿刀座b上安装有多套切压刀头c，用于补偿导向合束器丝束通道路径的差异；

所述导向合束器a与所述等距补偿刀座b固定连接，用于将经过路径补偿的来自不同方向的纤维丝束汇集整合成均匀排布的纤维布匹，并送入铺压辊e中进行纤维丝束的双向铺放；

所述铺压辊e与导向合束器a相对放置，且位置关系固定，用于将从导向合束器a中送出的已经排成布匹的纤维丝束铺放压实在模具表面，形成紧密的纤维铺层。

本发明可实现等距出丝铺放功能，可以按照实际需求提供铺放所需的纤维丝长，极大的提高纤维丝束的铺放的产品质量，减少丝束的浪费；同时降低控制系统的复杂程度。

综上，采用本装置可以：

1)消除出丝长度的不一致性，方便进行多束纤维丝束对复杂形状的铺放时的精确控制，提高铺放品质，保证生产出优质产品；

2)简化控制算法；

3)可以减少后期对产品形状修剪处理的工序，减少甚至取消修剪设备的投入；

4)此外，按照复材纤维使用量的实际需要，进行准确的定量的铺放，还可以有效地减少不必要的复材纤维的浪费，降低长期使用的成本。

附图说明

图1是本发明等距出丝补偿装置的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的导向合束器a的结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的双面导向体a1的结构示意图；

图4是根据本发明一实施例的左导向盖板a2的结构示意图；

图5是根据本发明一实施例的右导向盖板a3的结构示意图；

图6是根据本发明一实施例的等距补偿刀座b的结构示意图；

图7是根据本发明一实施例的刀台b1的结构示意图；

图8是根据本发明一实施例的下剪刃b2的结构示意图；

图9是根据本发明一实施例的压板b3的结构示意图；

图10是根据本发明一实施例的切压刀头c的结构示意图；

图11是根据本发明一实施例的连接轴承系c1的结构示意图；

图12是根据本发明一实施例的圆头方轴c1-2的结构示意图；

图13是根据本发明一实施例的本体c2的结构示意图；

图14是根据本发明一实施例的压紧装置c5的结构示意图；

图15是根据本发明一实施例的导向压紧杆c5-3的结构示意图；

图16是根据本发明一实施例的导向翼柱c5-3-1的结构示意图；

图17是根据本发明一实施例的压止头c5-3-4的结构示意图；

图18是根据本发明一实施例的连接杆c5-3-2的结构示意图；

图19是根据本发明一实施例的压紧装置限位螺母c5-4的结构示意图；

图20是根据本发明一实施例的剪切刀片c2的结构示意图；

图21是根据本发明一实施例的铺压辊e的结构示意图；

图22是根据本发明一实施例的芯轴e1的结构示意图；

图23是根据本发明一实施例的铺压滚筒e3的结构示意图；

图24是根据本发明一实施例的双面导向体合束路径示意图；

图25是根据本发明一实施例的任意第i条路径差示意图；

图26是根据本发明一实施例的纤维丝束离开状态示意图；

图27是根据本发明一实施例的路径差补偿原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明为了解决纤维丝束经过导向合束装置时，由于导向合束装置为非等距结构，丝束通过导向合束装置的路径不同，各丝束之间始终存在不等长的问题，提出一种可以实现多纤维丝束铺放时等距出丝的补偿装置，图1是本发明等距出丝补偿装置的结构示意图，如图1所示，所述补偿装置包括：导向合束器a、等距补偿刀座b、多套导向切压刀头c、纤维丝束d和铺压辊e，其中：

所述导向合束器a与所述等距补偿刀座b固定连接，用于将来经过路径补偿的自不同方向的纤维丝束汇集整合成均匀排布的纤维布匹，并送入铺压辊e下方进行纤维丝束的双向铺放；

图2是根据本发明一实施例的导向合束器a的结构示意图，如图2所示，所述导向合束器a包括双面导向体a1、左导向盖板a2和右导向盖板a3，其中：

所述双面导向体a1为旋转对称结构，纵向上分为上下两部分，下部的结构与上部完全相同，接下来以上部结构为例，对于所述双面导向体a1的结构进行说明。图3是根据本发明一实施例的双面导向体a1的结构示意图，图3a是根据本发明一实施例的双面导向体a1的俯视图，图3b是根据本发明一实施例的双面导向体a1的左视图，如图3a和图3b所示，所述双面导向体a1的上部具有第一安装斜面a1-1l、第二安装斜面a1-1r、左端面a1-4、右端面、左底面和右底面，其中：

所述第一安装斜面a1-1l上开有多个螺纹孔a1-3l，用于通过螺钉将所述左导向盖板a2覆盖安装在所述第一安装斜面a1-1l上，所述左导向盖板a2与所述双面导向体a1的第一安装斜面配合，构成封闭的丝束导向通道；

所述第二安装斜面a1-1r上开有多个螺纹孔a1-3r，用于通过螺钉将所述右导向盖板a3覆盖安装在所述第二安装斜面a1-1r上，所述右导向盖板a3与所述双面导向体a1的第二安装斜面配合，构成封闭的丝束导向通道。其中，所述左导向盖板a2(右导向盖板a3)与第一安装斜面a1-1l(第二安装斜面a1-1r)上的螺纹孔位置及数量相互对应匹配。

所述第一安装斜面a1-1l(第二安装斜面a1-1r)上开有多条矩形导向凹槽a1-2l(a1-2r)，与覆盖在第一安装斜面a1-1l(第二安装斜面a1-1r)上的左导向盖板a2(右导向盖板a3)构成丝束导向通道，用于对于丝束进行导向和合束。每条矩形导向凹槽分为三段：入口平行段、合束段和出口平行段。平行进入双面导向体a1入口平行段的纤维丝束经过合束段后，纤维丝束收拢聚集，再通过出口平行段合并成为彼此相邻相接的纤维布匹。其中，导向凹槽的数量根据设计要求来设定，在本发明一实施例中，两个安装斜面上共开有32条导向凹槽。

所述双面导向体a1的左右端面结构完全相同，接下来以左端面为例进行说明。

所述左端面a1-4(右端面)上开有多个螺纹孔a1-5，用于通过螺钉将左端面a1-4(右端面)与外部安装基板(图中未示出)连接在一起，以实现对于导向合束器a的固定。

所述双面导向体a1的左右底面结构完全相同，接下来以左底面为例进行说明。

所述左底面a1-6(右底面)用于与所述等距补偿刀座b的前端面b1-5配合使用，以实现导向合束器a与等距补偿刀座b之间两端纤维丝束导向通道的联通。

双面导向体a1为整个装置的核心部件之一，所有的导向、收束、合束功能都是通过双面导向体a1完成的，并配合导向切压刀头一同工作，实现对于纤维丝束的双向铺放。

但是，由于每条导向凹槽的路径长度不同，会导致丝束通过导向凹槽时的路径长度存在差异，即存在路径不等长的问题。

图4是根据本发明一实施例的左导向盖板a2的结构示意图，如图4所示，所述左导向盖板a2具有第一安装面a2-1和第一导向嘴a2-3，其中：

所述第一安装面a2-1上开有多个圆形通孔a2-2，所述圆形通孔a2-2与双面导向体a1的第一安装斜面上的螺纹孔a1-3l位置匹配，数量相同，以通过螺钉将所述第一安装面a2-1与双面导向体a1的第一安装斜面a1-1l安装为一体，构成封闭的左侧丝束通道。

所述第一导向嘴a2-3位于所述左导向盖板a2的顶部，为圆弧结构，其与右导向盖板a3顶部的第二导向嘴a3-3配合形成合束后的丝束导向通道，用于将经过导向合束器a完成合并汇聚的纤维丝束以一定的角度送入铺压辊e，以实现对丝束的铺敷。

图5是根据本发明一实施例的右导向盖板a3的结构示意图，如图5所示，所述右导向盖板a3具有第二安装面a3-1和第二导向嘴a3-3，其中：

所述第二安装面a3-1上开有多个圆形通孔a3-2，所述圆形通孔a3-2与双面导向体a1的第二安装斜面上的螺纹孔a1-3r位置匹配，数量相同，以通过螺钉将所述第二安装面a3-1与双面导向体a1的第二安装斜面a1-1r安装为一体，构成封闭的右侧丝束通道。

所述右导向盖板a3的顶部前段倒角，形成平面的第二导向嘴a3-3，用于与左导向盖板a2顶部的圆弧的第一导向嘴a2-3配合形成合束后的丝束导向通道，将经过导向合束器完成合并汇聚的纤维丝束以一定的角度送入铺压辊e，以实现对丝束的铺敷。

所述等距补偿刀座b上安装有多套切压刀头c，用于补偿和消除导向合束器丝束通道路径不等长的问题，即补偿导向合束器丝束通道路径的差异；

图6是根据本发明一实施例的等距补偿刀座b的结构示意图，如图6所示，所述等距补偿刀座b包括刀台b1、下剪刃b2和压板b3，其中：

所述刀台b1为方型结构，用于补偿纤维丝束在剪切后通过导向合束器a的路径不等距问题。

图7是根据本发明一实施例的刀台b1的结构示意图，其中，图7(a)是16束丝束刀台的正视图，图7(b)是根据本发明一实施例的16束丝束刀台的仰视图，如图7(a)和图7(b)所示，所述刀台b1的左侧端面b1-1和右侧端面上均开有多个螺纹孔b1-2，以通过螺钉将所述刀台b1的左侧端面和右侧端面与外部安装基板(图中未示出)连接在一起，对刀台b1进行安装固定。

所述刀台b1在长度方向上等间距开有多个矩形导向槽孔b1-3，用于对导向切压刀头c进行直线运动导向。在本发明一实施例中，开设有16个矩形导向槽孔。所述矩形导向槽孔b1-3与所述导向切压刀头c精密配合，以约束导向切压刀头c在矩形导向槽孔b1-3内隙的平动和旋转运动，使得导向切压刀头c只能沿着矩形导向方向进行直线运动。

其中，多个矩形导向槽孔b1-3在所述刀台b1宽度方向上的分布位置并非一致，而是按照相对丝束运动方向内凹的弧线分布，使得每条丝束通道的下剪刃的间距差等于对应双面导向器的路径差。

所述刀台b1的下部等间距开有多个倒U型通槽b1-4，用做纤维丝束的导向通道。在本发明一实施例中，所述刀台b1开有16个U型通槽。

所述刀台b1的底面b1-6上开有两个螺纹孔组b1-7和b1-8，分别用来与下剪刃b2和压板b3连接。以通过螺钉分别将下剪刃b2、压板b3与刀台b1连接为一体，使得刀台b1的倒U型通槽b1-4与下剪刃b2、压板b3构成丝束导向通道。此导向通道的间距与导向合束器a的尺寸完全对应匹配。

所述刀台b1的前端面b1-5与双面导向体a1的左底面a1-6进行配合连接，以实现导向合束器a与等距补偿刀座b之间两端纤维丝束导向通道的联通。

所述下剪刃b2为外凸形的台阶状长方体结构，其与多套切压刀头c共同构成导向剪切系统；

图8是根据本发明一实施例的下剪刃b2的结构示意图，如图8所示，所述下剪刃b2的上表面b2-1上均布多个圆形通孔b2-2，其数量和位置与刀台b1的底面b1-6上的螺纹孔组b1-7一一对应，以通过螺钉，将下剪刃b2的上表面b2-1与刀台b1的底面b1-6连接，与切压刀头c共同构成对复合材料纤维丝束的剪切系统。同时，下剪刃b2与刀台b1构成封闭的丝束导向通道；

所述下剪刃b2采用刃口对称设计，b2-3为刃口，在系统使用过程中，当其中一面刃口磨损后，可方便进行快速更换，利用另一面的刃口继续工作，从而减少备件的数量，保持系统的正常运行。

所述压板b3为内凹形台阶状长方体结构，用于和多套切压刀头c共同构成对复合材料纤维丝束的压紧止动系统。

图9是根据本发明一实施例的压板b3的结构示意图，如图9所示。所述压板b3的上表面b3-1上均布多个圆形通孔b3-2，其数量和位置与刀台b1的底面b1-6上的螺纹孔组b1-8一一对应。以通过螺钉，将压板b3的上表面b3-1与刀台b1的底面b1-6连接，与切压刀头c共同构成对复合材料纤维丝束的压紧止动系统。同时，压板b3与刀台b1还构成封闭的丝束导向通道；

所述压板b3采用内凹形台阶设计，b3-3为台阶面，在系统使用过程中，用于避免与切压刀头c的机械干涉，保持系统的正常运行。

通过不同台阶高度的下剪刃和压板的组合，即可实现对导向合束器的不同路径差进行补偿。

所述切压刀头c为多功能设计，主要用于对纤维丝束d的剪切、压紧止动和主动导向。

图10是根据本发明一实施例的切压刀头c的结构示意图，如图10所示，所述切压刀头c包括连接轴承系c1、本体c2、固定螺钉c3、剪切刀片c4和压紧装置c5，其中：

所述连接轴承系c1安装在所述本体c2顶部的方形通孔c2-1内，其与外部驱动装置连接，在外部驱动装置的牵引下，使切压刀头c沿着等距补偿刀座b的矩形导向槽孔b1-3进行直线运动，完成对于纤维丝束d的剪切、压紧止动和主动导向；

图11是根据本发明一实施例的连接轴承系c1的结构示意图，如图11所示，所述连接轴承系c1包括一对轴承c1-1和与一对轴承c1-1连接的连接轴c1-2，其中：

所述轴承c1-1为带肩的标准轴承；

图12是根据本发明一实施例的连接轴c1-2的结构示意图，如图12所示，所述连接轴c1-2为圆头方轴，圆头方轴c1-2的中部为正方体轴体c1-2-1，其与本体c2的方形轴孔相配合。方形轴体的设计一方面起到定位轴位置的作用，另一个作用是矩形结构设计可以防止轴体在本体c2的方形轴孔内旋转，并可通过顶丝顶紧轴体，约束方轴沿其轴向的窜动。

所述正方体轴体c1-2-1的两端顶角车有轴肩c1-2-2，用于对于轴承c1-1内圈限位，还可避免正方体轴体c1-2-1对轴承c1-1外圈的干涉。

圆头方轴c1-2的两端为圆柱形轴体c1-2-3，用于安装轴承c1-1。

所述本体c2作为纤维丝束主动导向、压紧止动和剪切装置的功能载体，配合其他零部件，共同实现对于纤维丝束的主动导向、压紧和剪切。

图13是根据本发明一实施例的本体c2的结构示意图，其中，图13(a)是根据本发明一实施例的本体c2的轴侧图，图13(b)是根据本发明一实施例的本体c2的剖视图，如图13所示，所述本体c2外围为矩形结构，用于实现对纤维丝束的剪切、压紧止动装置运动进行导向，约束整个压紧装置只能沿图13(a)所示的箭头方向运动，不能旋转；

所述本体c2的顶部贯设有方形通孔c2-1，用于安装所述连接轴承系c1。所述方形通孔的外部锪有圆形凹槽，圆形凹槽的设计是为了避免连接轴承系c1上轴承c1-1内圈与本体c2发生干涉；

所述方形通孔c2-1侧面开有螺纹通孔c2-2，用于安装顶丝，以限制连接轴承系c1的圆头方轴c1-2在本体c2内的窜动和旋转，保持连接轴承系c1与本体c2之间稳定的位置关系。

所述本体c2右侧突出处纵向开有导向通孔c2-4，导向通孔c2-4在所述本体c2的表面留有缝隙c2-5，所述导向通孔c2-4和缝隙c2-5用于对导向压紧杆c5-3进行导向，以约束调节导向压紧杆c5-3沿着设定的运动方向进行直线运动；导向通孔c2-4的上端开有第一内螺纹孔c2-3，下端开有第二内螺纹孔c2-6，其中，所述导向通孔c2-4与第一内螺纹孔c2-3和第二内螺纹孔c2-6同轴。所述第一内螺纹孔c2-3用于安装压紧螺钉c5-1，通过调整压紧螺钉c5-1的旋入深度，可以调节压紧弹簧c5-2的压紧力，进而调节对导向压紧杆c5-3施加的压紧力；

所述第二内螺纹孔c2-6用于安装锁紧螺母c5-4，以将导向压紧杆c5-3限制在导向通孔c2-4内部，防止调节导向压紧杆c5-3从所述本体c2中脱离；

所述本体c2左侧下部纵向设有凹槽c2-7，作为剪切刀片c4的安装槽位，以通过此槽位对剪切刀片c4进行粗定位，所述凹槽c2-7的深度设计要保证后续安装的螺钉c3不会凸出此槽位，造成与其他部件的机械干涉；

所述本体c2处于凹槽c2-7内的侧面上开有一对螺纹孔c2-8，用于通过固定螺钉c3将剪切刀片c4固定在所述本体c2上，构成上剪切装置；

所述螺纹孔c2-8的下方开有方形通孔c2-9，作为集成的复合材料纤维丝束的内导向通道，此通道与等距补偿刀座的导向通道配合，共同组成一段完整的主动丝束导向通道，保证具有断口的纤维丝束顺利进入下一工作流程，避免出现卡丝或丝束滑出导向通道等故障。

所述压紧装置c5安装在所述本体c2的导向通孔c2-4内；

图14是根据本发明一实施例的压紧装置c5的结构示意图，如图14所示，所述压紧装置c5从上到下依次包括压紧螺钉c5-1、压紧弹簧c5-2、导向压紧杆c5-3和限位螺母c5-4，其中：

所述压紧螺钉c5-1为标准螺钉，其与压紧弹簧c5-2配合使用，以对压紧装置c5的压紧力进行调节；

所述导向压紧杆c5-3用于在剪切时，对纤维丝束进行压紧，以保证剪切过程中，丝束不会因剪切力的影响发生滑动运动；

所述导向压紧杆c5-3包括导向翼柱c5-3-1、连接杆c5-3-2、锁紧螺母c5-3-3和压止头c5-3-4，如图15所示，其中：

所述导向翼柱c5-3-1位于导向压紧杆c5-3的上部，为圆柱翼型结构，如图16所示，其圆柱部分保证导向压紧杆在所述本体c2的导向通孔c2-4内平稳滑动，翼型结构插入所述本体c2的缝隙c2-5中，以约束导向压紧杆c5-3只能沿着导向通孔c2-4方向滑动，不发生旋转运动；

所述导向翼柱c5-3-1的顶部为平面，其与压紧弹簧c5-2接触，用于承载来自压紧弹簧c5-2的压紧力；

所述导向翼柱c5-3-1的底面中部贯设有螺纹孔，用于与连接杆c5-3-2进行螺纹连接；

所述压止头c5-3-4为半圆柱状结构，如图17所示，圆柱结构设计降低了对压止头与复合材料接触角度的要求，以保证压止头即使有一定安装或定位偏差也可以紧密压紧复合材料纤维丝束。所述压止头c5-3-4顶部平面上开有螺纹孔，用于与连接杆c5-3-2进行螺纹连接，以构成导向压紧杆装置整体。同时，采用螺纹连接还可对压止头c5-3-4与连接杆c5-3-2之间的相对角度进行调节；

所述连接杆c5-3-2为双头螺柱结构，如图18所示。连接杆c5-3-2的一端与导向翼柱c5-3-1底面的螺纹孔进行螺纹连接，另一端与压止头c5-3-4顶部平面的螺纹孔进行螺纹连接；

所述锁紧螺母c5-3-3位于压止头c5-3-4和连接杆c5-3-2之间，其与连接杆c5-3-2采用螺纹进行连接。当压止头c5-3-4和连接杆c5-3-2的位置和角度调定后，将锁紧螺母c5-3-3锁定到连接杆c5-3-2上，以保证连接杆c5-3-2和压止头c5-3-4之间稳定的位置和角度关系。

所述限位螺母c5-4为中空结构的外螺纹结构，如图19所示，上半部分为螺纹结构，下半部分为六面体结构，其中，上半部分的螺纹与本体c2的第二内螺纹c2-6进行螺纹连接，下半部分的六面体方便使用工具将限位螺母c5-4旋紧。

所述限位螺母c5-4采用中空结构设计，以允许导向压紧杆c5-3的连接杆c5-3-2穿过此孔道，并可在此孔道中不受干涉地自由运动。同时限位螺母的上端面又可对导向压紧杆c5-3的导向翼柱c5-3-1进行限位，以避免压紧装置脱离导向本体。

所述剪切刀片c4刀刃朝外，安装在本体c2的凹槽c2-7内。所述剪切刀片c4为矩形片状结构的单面刀刃，如图20所示，所述剪切刀片上贯设有两个圆孔，以通过安装螺钉c3将剪切刀片固定在本体c2上。

所述纤维丝束d为标准宽度的纤维丝束，这里不再赘述。

所述铺压辊e与导向合束器a相对放置，且位置关系固定，用于在外部运动装置的带动下将从导向合束器a中送出的已经排成布匹的纤维丝束铺放压实在模具表面，形成紧密的纤维铺层。

如图21所示，所述铺压辊e包括芯轴e1、挡环e2和铺压滚筒e3，其中：

所述芯轴e1为铺压辊e的核心部件，作为中间连接件和支撑件，用于实现与外部轴承(图中未示出，用于支撑铺压辊转动)和铺压滚筒e3的连接，以支撑铺压滚筒e3对纤维丝束进行滚动铺压。

所述芯轴e1为台阶轴，如图22所示，所述芯轴e1的主体为轴身e1-3，所述轴身e1-3的外圆柱面与铺压滚筒e3的内圆孔面形成过盈配合，用于实现芯轴e1与铺压滚筒e3的安装连接。

所述轴身e1-3的两端开有圆形凹槽e1-4，用于安装挡环e2，以对铺压滚筒e3进行轴向限位，防止铺压滚筒e3沿着芯轴e1作轴向窜动，保证良好的铺放效果。

所述芯轴e1端部直径小于轴身e1-3的部分为轴头e1-1，其用于安装外部轴承，实现与轴承内圈的配合。轴头e1-1与轴身e1-3之间的台阶形成轴肩，用于对安装在轴头的轴承内圈进行轴向限位，将轴承约束到固定的位置，防止其沿着芯轴作轴向窜动。

所述轴身e1-3的每一端上均对称铣出两个拆卸平台e1-2。两个平台面之间的间距与轴头e1-1的直径相等，可用于采用外部拆卸工具对已经安装在轴头的轴承进行拆卸，方便后期的维护。

所述挡环e2为标准件，这里不做赘述。

所述铺压滚筒e3为台阶状中空管结构。如图23所示，所述铺压滚筒e3的外壁e3-1为圆柱状结构，用于对纤维丝束进行铺压；其中心开有与之同轴的中心通孔e3-2，中心通孔e3-2与芯轴e1的轴身e1-1过盈配合，用于实现芯轴e1与铺压滚筒e3的配合安装。所述铺压滚筒e3的两端开有与中心通孔e3-2同轴的台阶孔e3-3，所述台阶孔e3-3的孔径大于中心通孔e3-2的直径，深度与芯轴e1的圆形凹槽e1-4对应，通过在芯轴e1上安装挡环e2，对铺压滚筒e3进行轴向限位。

本发明装置的工作原理为：

由于纤维丝束通过双面导向体a1需要经历一个合束过程，即纤维从较大的等距间隔分布逐渐合并为彼此相邻相接的状态。合束过程导致每束纤维丝束从进入双面导向体a1到离开双面导向的路径长度都不相同。双面导向体合束路径如图24所示。

定义其中的任意一条导向凹槽的长度为l_i，分别由入口平行段长度l_i1，合束段长度l_i2和出口平行段长度l_i3组成，即

l_i＝l_i1+l_i2+l_i3。

对于双面导向体所有的导向凹槽，其入口平行段长度l_i1相等，出口平行段长度l_i3相等，产生路径长度的差异之处在于合束段长度l_i2不同。

其中最短路径为：

l_i-min＝l_i1+l_i2-min+l_i3。

则任意第i条路径差如图25所示，表示为

Δl_i＝l_i-l_i-min＝l_i2-l_i2-min。

当多条纤维丝束齐头并行进入导向合束器后，由于经过合束段路径差的存在，导致离开导向合束器的纤维丝束不是与进入状态相同的齐头伸出，而是成为外凸弧形。经历中间较短路径的纤维丝束先伸出，经历两侧较长路径的丝束后伸出。齐头并行进入导向合束器的纤维丝束离开时的状态如图26所示。纤维丝束的非等距输出将会为复杂形状的精确铺敷和控制带来显著地影响。

为了消除这种不等距出丝状况，对丝束进入双面导向器的前端进行改进，引入带有对导向合束器的丝束路径差进行补偿的补偿刀座，其原理如图27所示，使得每条丝束通道的剪刃的间距差等于对应双面导向器路径差。经过剪切后的丝束在进入导向合束器之前，就按照内凹形分布，从而补偿了双面导向器的路径差，使得纤维丝束在离开双面导向器时，实现齐头输出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料铺丝头的多丝束等距出丝补偿装置，其特征在于，该装置包括：导向合束器(a)、等距补偿刀座(b)、多套导向切压刀头(c)、纤维丝束(d)和铺压辊(e)，其中：

所述等距补偿刀座(b)上安装有多套切压刀头(c)，用于补偿导向合束器丝束通道路径的差异；

所述导向合束器(a)与所述等距补偿刀座(b)固定连接，用于将经过路径补偿的来自不同方向的纤维丝束汇集整合成均匀排布的纤维布匹，并送入铺压辊(e)中进行纤维丝束的双向铺放；

所述铺压辊(e)与导向合束器(a)相对放置，且位置关系固定，用于将从导向合束器(a)中送出的已经排成布匹的纤维丝束铺放压实在模具表面，形成紧密的纤维铺层。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向合束器(a)包括双面导向体(a1)、左导向盖板(a2)和右导向盖板(a3)，其中：

所述双面导向体(a1)为旋转对称结构，所述左导向盖板(a2)和右导向盖板(a3)分别覆盖连接在所述双面导向体(a1)的两个斜面上，构成封闭的丝束导向通道。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述双面导向体(a1)纵向上分为上下两部分，每部分均具有第一安装斜面(a1-1l)、第二安装斜面(a1-1r)、左端面(a1-4)、右端面、左底面和右底面，其中：

所述第一安装斜面(a1-1l)上开有多个螺纹孔(a1-3l)，用于通过螺钉将所述左导向盖板(a2)覆盖安装在所述第一安装斜面(a1-1l)上；

所述第二安装斜面(a1-1r)上开有多个螺纹孔(a1-3r)，用于通过螺钉将所述右导向盖板(a3)覆盖安装在所述第二安装斜面(a1-1r)上；

所述第一安装斜面(a1-1l)和第二安装斜面(a1-1r)上均开有多条矩形导向凹槽(a1-2l，a1-2r)，分别与左导向盖板(a2)和右导向盖板(a3)构成丝束导向通道，以对丝束进行导向和合束；

所述左端面和右端面上均开有多个螺纹孔，用于通过螺钉将左端面和右端面与外部安装基板连接在一起，以实现对于导向合束器(a)的固定；

所述左底面和右底面用于与所述等距补偿刀座(b)的前端面(b1-5)配合使用，以实现导向合束器(a)与等距补偿刀座(b)之间两端纤维丝束导向通道的联通。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每条矩形导向凹槽分为三段：入口平行段、合束段和出口平行段。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述左导向盖板(a2)具有第一安装面(a2-1)和第一导向嘴(a2-3)，其中：

所述第一安装面(a2-1)上开有多个圆形通孔(a2-2)，以通过螺钉将所述第一安装面(a2-1)与双面导向体(a1)的第一安装斜面(a1-1l)安装为一体，构成封闭的左侧丝束通道；

所述第一导向嘴(a2-3)位于所述左导向盖板(a2)的顶部，其与右导向盖板(a3)顶部的第二导向嘴(a3-3)配合形成合束后的丝束导向通道，将经过导向合束器(a)完成合并汇聚的纤维丝束以一定的角度送入铺压辊(e)；

和/或，所述右导向盖板(a3)具有第二安装面(a3-1)和第二导向嘴(a3-3)，其中：

所述第二安装面(a3-1)上开有多个圆形通孔(a3-2)，以通过螺钉将所述第二安装面(a3-1)与双面导向体(a1)的第二安装斜面(a1-1r)安装为一体，构成封闭的右侧丝束通道；

所述右导向盖板(a3)的顶部前段倒角，形成第二导向嘴(a3-3)，用于与左导向盖板(a2)顶部的第一导向嘴(a2-3)配合形成合束后的丝束导向通道，将经过导向合束器完成合并汇聚的纤维丝束以一定的角度送入铺压辊(e)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等距补偿刀座(b)包括刀台(b1)、下剪刃(b2)和压板(b3)，其中：

所述刀台(b1)的左侧端面(b1-1)和右侧端面上均开有多个螺纹孔(b1-2)，以通过螺钉将左侧端面和右侧端面与外部安装基板连接在一起，对刀台(b1)进行固定；

所述刀台(b1)在长度方向上等间距开有多个矩形导向槽孔(b1-3)，用于对导向切压刀头(c)进行直线运动导向；

多个矩形导向槽孔(b1-3)在所述刀台(b1)宽度方向上按照内凹弧线分布，使得每条丝束通道的下剪刃的间距差等于对应双面导向器的路径差；

所述刀台(b1)的下部等间距开有多个倒U型通槽(b1-4)，作为纤维丝束的导向通道；

所述刀台(b1)的底面(b1-6)上开有两个螺纹孔组(b1-7，b1-8)，分别用来与下剪刃(b2)和压板(b3)连接，构成丝束导向通道；

所述刀台(b1)的前端面(b1-5)与双面导向体(a1)的左底面(a1-6)进行配合连接，以实现导向合束器(a)与等距补偿刀座(b)之间两端纤维丝束导向通道的联通；

所述下剪刃(b2)为外凸形的台阶状长方体结构，其与多套切压刀头(c)共同构成导向剪切系统；

所述压板(b3)为内凹形台阶状长方体结构，用于和多套切压刀头(c)共同构成对复合材料纤维丝束的压紧止动系统。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下剪刃(b2)采用刃口对称设计。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切压刀头(c)包括连接轴承系(c1)、本体(c2)、固定螺钉(c3)、剪切刀片(c4)和压紧装置(c5)，其中：

所述连接轴承系(c1)安装在所述本体(c2)顶部的方形通孔(c2-1)内，其与外部驱动装置连接，在外部驱动装置的牵引下，使切压刀头(c)沿着等距补偿刀座(b)的矩形导向槽孔(b1-3)进行直线运动，完成对于纤维丝束(d)的剪切、压紧止动和主动导向；

所述本体(c2)的顶部贯设有方形通孔(c2-1)，用于安装所述连接轴承系(c1)，所述方形通孔的外部锪有圆形凹槽，以避免连接轴承系(c1)与本体(c2)发生干涉；

所述方形通孔(c2-1)侧面开有螺纹通孔(c2-2)，用于安装顶丝，以保持连接轴承系(c1)与本体(c2)之间稳定的位置关系；

所述本体(c2)右侧突出处纵向开有导向通孔(c2-4)，导向通孔(c2-4)在所述本体(c2)的表面留有缝隙(c2-5)，所述导向通孔(c2-4)和缝隙(c2-5)用于对所述压紧装置(c5)的导向压紧杆(c5-3)进行导向；

所述本体(c2)左侧下部纵向设有凹槽(c2-7)，用于安装剪切刀片(c4)；

所述本体(c2)处于凹槽(c2-7)内的侧面上开有一对螺纹孔(c2-8)，用于通过固定螺钉(c3)将剪切刀片(c4)固定在所述本体(c2)上，构成上剪切装置；

所述螺纹孔(c2-8)的下方开有方形通孔(c2-9)，作为集成的复合材料纤维丝束的内导向通道；

所述压紧装置(c5)安装在所述本体(c2)的导向通孔(c2-4)内；

所述压紧装置(c5)从上到下依次包括压紧螺钉(c5-1)、压紧弹簧(c5-2)、导向压紧杆(c5-3)和限位螺母(c5-4)，其中：

所述压紧螺钉(c5-1)与压紧弹簧(c5-2)配合使用，以对压紧装置(c5)的压紧力进行调节；

所述导向压紧杆(c5-3)用于在剪切时，对纤维丝束进行压紧；

所述限位螺母(c5-4)为中空结构的外螺纹结构，用于穿过导向压紧杆(c5-3)，并与本体(c2)的第二内螺纹(c2-6)进行螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述导向通孔(c2-4)的上端开有第一内螺纹孔(c2-3)，用于安装压紧螺钉(c5-1)，以通过调整所述压紧装置(c5)的压紧螺钉(c5-1)的旋入深度，来调节所述压紧装置(c5)的压紧弹簧(c5-2)的压紧力，进而调节对导向压紧杆(c5-3)施加的压紧力；下端开有第二内螺纹孔(c2-6)，用于安装锁紧螺母(c5-4)，以将导向压紧杆(c5-3)限制在导向通孔(c2-4)内部；所述导向通孔(c2-4)与第一内螺纹孔(c2-3)和第二内螺纹孔(c2-6)同轴。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铺压辊(e)包括芯轴(e1)、挡环(e2)和铺压滚筒(e3)，其中：

所述芯轴(e1)用于支撑铺压滚筒(e3)对纤维丝束进行滚动铺压；

所述芯轴(e1)的轴身(e1-3)的外圆柱面与铺压滚筒(e3)的内圆孔面形成过盈配合，以实现芯轴(e1)与铺压滚筒(e3)的安装连接；

所述轴身(e1-3)的两端开有圆形凹槽(e1-4)，用于安装挡环(e2)，以对铺压滚筒(e3)进行轴向限位；

所述芯轴(e1)端部直径小于轴身(e1-3)的部分为轴头(e1-1)，用于安装轴承；

所述铺压滚筒(e3)为台阶状中空管结构，其外壁(e3-1)为圆柱状结构，用于对纤维丝束进行铺压。