CN105235231A - 五坐标联动数控缠绕机的加工方法 - Google Patents

五坐标联动数控缠绕机的加工方法 Download PDF

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唐靖岚
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Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core

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Abstract

本发明公开了一种五坐标联动数控缠绕机的加工方法，通过控制五个伺服电机进而实现五坐标的运动，芯模C轴回转运动总成的回传动轴心线和Z坐标直线运动总成的运动方向平行；X坐标直线运动总成设置在Y坐标直线运动总成的一侧，B轴回转运动总成固定设置在X坐标直线运动总成的外壳上近芯模C轴回转运动总成一段，出纱摆头固定设置在第二传动轴与芯模C轴回转运动总成的相对端上。本发明能够满足各种标准件和异构件对缠绕轨迹和缠绕工艺的要求，能够有效提高缠绕构件的质量和性能。

Description

五坐标联动数控缠绕机的加工方法
技术领域
本发明涉及五坐标联动数控缠绕机的加工方法。
背景技术
复合材料是用适当的工艺方法将两种或两种以上在物理性能和化学性能不同的物质组合在一起而构成的一种新型材料。这种材料能克服单一材料的缺点，改进单一材料的性能，并通过组成材料在性能上的互相协同作用，可得到单一料所无法比拟的优越的综合性能。与传统金属材料相比，复合材料具有高比强度、良好的化学/物理稳定性(耐酸、耐碱、阻燃等)、减震、防磁、质轻等优点。但是复合材料的发展必须依赖于机械制造业为其提供先进的工艺装备，随着近年来复合材料技术的飞速发展，在航空、航天以及民用工业等高技术领域，有很多制品都开始大量的利用复合材料代替金属材料。复合材料成型工艺方法、工艺装备及成型过程中的物理参数控制已成为目前研究的热点。通过特定的机械运动和控制，将已经浸过树脂胶液的纤维，按照所要求的线型规律缠绕至芯模表面，其性能对缠绕制品的质量起着决定作用。目前，已出现了不同用途及功能的缠绕成型工艺装备。
现今，缠绕制品的质量问题对缠绕的工艺和方法提出了新的要求。这些新的需求对缠绕设备提出了更高的要求，尤其在影响缠绕件质量的关键因素——温度、张力及控制软件、工艺参数匹配及高技术、高精尖设备和控制软件。针对这种新的要求，目前国内仍然没有成熟有效的方法，特别对于一些特殊零部件缠绕技术，国外都是严密禁运封锁，对于控制技术更是无法引进的。因此，结合数控技术的发展，尽快对新型的、多轴、多功能、多物理参数控制的零件缠绕设备和控制软件以及工艺参数匹配的研究已成为航天工艺攻关中的重要课题之一。
在生产纤维复合材料产品的技术中，纤维缠绕技术是最早开发和最广泛使用的加工技术，亦是最重要的生产技术之一。所谓纤维缠绕，是将浸过树脂胶液的连续纤维或布带、预浸纱按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。
在恩泰克复合材料机械有限公司(Entec)生产的这些大型机器中，最大的是有五个芯模的缠绕机。该缠绕机主要用来生产风机叶片(长为54.5米，直径为8.23米)。改型缠绕机的运动轴数为11轴。
德国BSD纤维缠绕技术(BSDFilament-WindingTechnology)公司能够提供一套完全自动化的生产设备。该设备包括了内衬设备、缠绕设备和固化炉。BSD公司研制全自动管道生产系统，该系统可以实现芯摸的全自动操作、自动缠绕、自动装入固化炉、再从固化炉到分离装置的一系列动作。为了实现纤维缠绕高度自动化、高产量机械需求的增长。BSD公司研发出创新的“双轴驱动”设备包括一个双轴驱动缠绕机，两个芯轴分别位于水平支架的两侧。当反面的芯轴处于维修、移除或准备缠绕状态，传递系统可以旋转180℃，让支架另一侧的芯轴进行缠绕，这有助于客户节省时间和设备。该缠绕设备无需停机来装上或取下芯摸，可以一直进行缠绕。
国内从60年代开始研制碳纤维缠绕机及复合材料成型工艺及设备。北京玻璃钢研究设计院设计生产出400Fw纤维缠绕机，主要用于缠绕玻璃钢管道、贮罐。航天一院703所以及西安航天复合材料研究所等单位也研制不同的布带缠绕机，主要用于航天产品制造。哈尔滨工业大学和华中理工大学也先后研制了纤维缠绕机和布带缠绕机。为了解决新一代固体发动机研制和满足高性能发动机喷管以及宇航飞行器绝热、耐烧蚀部件研制，从上世纪80年代起，西工大就开始自主开发拥有独立知识产权的多功能数控布带缠绕机，而且取得了成功。
哈工大研制的六坐标联动数控缠绕机。该数控纤维缠绕机主要包括机床本体设计；缠绕工艺CAD/CAM软件包；辅助功能部件(电控张力控制系统、温度控制系统、导纱浸胶系统)等技术。该机五坐标控制、四坐标联动，具有缠绕轨迹控制系统、张力自动控制系统、温度自动控制系统和质量控制系统。可实现圆筒、圆锥、球、双曲面回转体等构件缠绕，也可实现多维复杂曲面和组合体形状机构件缠绕。
西北工业大学研制的数控纤维缠绕机，该机采用西门子数控控制系统、交流同步伺服电机驱动、实现两轴、三轴、四轴联动。该设备运行平稳、可靠性高、噪音低，应用于小缠绕角的碳纤维缠绕。
该设备的特点是：
(1)缠绕线型：停留缠绕、环向缠绕、螺旋缠绕、极性缠绕、零度缠绕
(2)张力控制系统采用单独控制的电子式张力控制系统
(3)同一缠绕层可实现不同缠绕线型、缠绕直径、缠绕角进行缠绕。
(4)螺旋缠绕、环向缠绕可进行自动切换
(5)有自动找零点功能
(6)有断纱报警和自动回纱功能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种五坐标联动数控缠绕机的加工方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
通过控制五个伺服电机进而实现五坐标的运动，芯模C轴回转运动总成的回传动轴心线和Z坐标直线运动总成的运动方向平行；X坐标直线运动总成设置在Y坐标直线运动总成的一侧，B轴回转运动总成固定设置在X坐标直线运动总成的外壳上近芯模C轴回转运动总成一段，出纱摆头固定设置在第二传动轴与芯模C轴回转运动总成的相对端上。
具体实施方式
实施例1
通过控制五个伺服电机进而实现五坐标的运动，芯模C轴回转运动总成的回传动轴心线和Z坐标直线运动总成的运动方向平行；X坐标直线运动总成设置在Y坐标直线运动总成的一侧，B轴回转运动总成固定设置在X坐标直线运动总成的外壳上近芯模C轴回转运动总成一段，出纱摆头固定设置在第二传动轴与芯模C轴回转运动总成的相对端上。

Claims (3)

1.一种五坐标联动数控缠绕机的加工方法，其特征在于包括：通过控制五个伺服电机进而实现五坐标的运动，芯模C轴回转运动总成的回传动轴心线和Z坐标直线运动总成的运动方向平行；X坐标直线运动总成设置在Y坐标直线运动总成的一侧，B轴回转运动总成固定设置在X坐标直线运动总成的外壳上近芯模C轴回转运动总成一段，出纱摆头固定设置在第二传动轴与芯模C轴回转运动总成的相对端上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的直线运动总成包括交流伺服电机、减速器、联轴器、丝杠、丝杠螺母和外壳。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的回转运动总成包括交流伺服电机、减速箱、三爪卡盘、夹持装置。
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