CN106976298B - 一种复合材料预浸带自动化铺放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于复合材料预浸带自动化铺放成型装置，首先通过控制系统控制热压机构向基体机构上芯模方向运动，同时使得传动机构带动热压机构上的压辊在芯模上做来回运动，压辊在芯模上运动一次，即完成一层预浸带的铺放。同时，通过芯模固定块将芯模固定安装在基体结构上，使得芯模与基体机构的装夹定位过程变得简单；同时克服了现有复合材料预浸带自动化成型设备不能很好的进行实际生产。

Description

一种复合材料预浸带自动化铺放装置

技术领域

本发明涉及一种复合材料预浸带自动化生产设备及工艺，特别是一种用于复合材料预浸带铺放成型的装置。

背景技术

复合材料自动化成型工艺过程可描述为首先将预浸带在预备机构中完成预浸带的张紧和预定形状的切割使之形成平行的预浸带；再将预浸带由加热装置加热到所需的工艺温度后，由热压辊将预浸带按照预定的轨迹或路径以合适的速度铺贴到芯模或层合板表面。因其具有轻质、高强度、高模量、材料与结构可设计性好、抗腐蚀、耐疲劳性好、便于大面积整体成形等优点的一类复合材料，以其优异的性能在航空航天飞行器、航海舰船、运载火箭、高速铁路、新能源材料等行业中得到广泛的应用。现有的复合材料预浸带自动化成型装置，由于其自动化程度高致使设备购买费用和运行成本十分昂贵，在实际生产过程中还必须要重新设计制造模具才能与之相匹配，且存在模具与工作台的装夹定位过程复杂，导致现有的复合材料预浸带自动化成型设备无法很好地应用与实际生产，限制了预浸带复合材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于复合材料预浸带自动化铺放成型装置，解决了现有芯模的装夹定位过程复杂，导致现有的复合材料预浸带自动化成型设备无法很好地应用与实际生产。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

本发明提供的一种用于复合材料预浸带自动化铺放成型装置，包括基体机构，基体机构上设置有控制系统和芯模，芯模通过芯模固定块固定在基体机构上；控制系统控制连接有传动机构和热压机构，传动机构和热压机构分别固定在基体机构上，其中，传动机构能够带动热压机构上的压辊在芯模上做来回往返运动。

优选地，所述基体结构包括下立柱，控制系统安装在下立柱的下端，芯模安装在下立柱上端的工作台上；下立柱的上端顶部连接有上立柱，上立柱上固定安装有横梁，横梁的下表面上固定安装有导轨，导轨上安装有导轨模块，导轨模块与热压机构固定连接。

优选地，所述导轨的两端设置有限位开关。

优选地，芯模固定块包括第一芯模固定块，第一芯模固定块的一端套装在上立柱上，另一端插接有第二芯模固定块。

优选地，所述第一芯模固定块上设置有对第二芯模固定块进行限位固定的限位销。

优选地，传动机构包括减速机、伺服电动机、第一同步带、主动带轮、带轮轴、第二同步带、从动带轮和套装在上立柱上的带轮支架，其中，带轮支架包括第一带轮支架和第二带轮支架，且两者均安装有带轮轴；第一带轮支架上的带轮轴与主动带轮配合连接，第二带轮支架上的带轮轴与从动带轮配合连接；主动带轮与从动带轮之间通过第二同步带连接；同时，主动带轮通过第一同步带与减速机连接，减速机与安装在第一带轮支架安装板上的伺服电动机连接。

优选地，热压机构包括压力作用杆、连接架、气缸固定架、压力气缸、直线轴承支架、推杆、压辊支架和压辊，其中，气缸固定架分别与第二同步带和导轨模块固定连接；压力气缸固定在气缸固定架的上端面；气缸固定架的下端面与连接架的一端固定连接，连接架的另一端与直线轴承支架固定连接；所述直线轴承支架包括两个，其中一个安装在连接架的中间位置，另一个安装在连接架的底端；压力气缸的活塞杆与作用杆连接，作用杆的另一端与推杆连接，推杆的另一端穿过两个直线轴承支架上安装的直线轴承固定安装在压辊支架上，压辊支架与压辊铰接连接。

优选地，控制系统控制连接有张力机构，张力机构包括张力传感器、预浸带固定块、第一自由导辊、张力侧板、磁粉制动器、带盘轴、第二自由导辊、导辊支架和张力底板，其中，张力侧板、张力传感器和预浸带固定块均固定安装在张力底板的上表面，预浸带固定块与张力侧板的安装面互相垂直；导辊支架安装在张力传感器上，第二自由导辊安装在导辊支架上；第一自由导辊设置有两个，均安装在张力侧板的安装面上，且以第二自由导辊为中心对称放置；磁粉制动器固定安装在张力侧板另一侧面的上端，带盘轴与磁粉制动器的输出轴连接。

优选地，张力底板安装在下立柱上设置有的张力机构支架上。

优选地，第一自由导辊和第二自由导辊均为伸缩结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于复合材料预浸带自动化铺放成型装置，首先通过控制系统控制热压机构向基体机构上芯模方向运动，同时使得传动机构带动热压机构上的压辊在芯模上做来回运动，压辊在芯模上运动一次，即完成一层预浸带的铺放。同时，通过芯模固定块将芯模固定安装在基体结构上，使得芯模与基体机构的装夹定位过程变得简单；同时克服了现有复合材料预浸带自动化成型设备不能很好的进行实际生产。

进一步的，通过导轨模块使得热压机构能够沿着导轨做来回往返运动。

进一步的，当热压机构与导轨两端的限位开关相接触时，热压机构停止运动，即完成一层预浸带的铺放。

进一步的，第一芯模固定块和第二芯模固定块之间的插接关系，保证了该装置可以完成多种尺寸芯模的固定限位。

进一步的，热压机构采用第二同步带配合导轨滑块一起传动，实现了热压机构的高精度成型的工艺要求。

进一步的，通过张力机构产生的张力控制预浸带的张紧程度，同时采用三个自由导辊对预浸带的热压进行导向，有效避免了预浸带的扭曲变形。

进一步的，自由导辊的伸缩式结构，满足了不同尺寸预浸带的生产工艺要求。

附图说明

图1是预浸带铺放成型装置的装配结构示意图；

图2是基体机构的结构示意图；

图3是芯模固定块结构示意图；

图4是传动机构的结构示意图；

图5是热压机构的结构示意图；

图6是张力机构的结构示意图；

图7是张力侧板的结构示意图；

图8是卡紧机构结构示意图；

其中，1、脚轮201、第一卡紧机构202、第二卡紧机构3、控制系统4、工作台加强筋5、下立柱6、第一芯模固定块7、上立柱8、导轨9、横梁10、限位开关11、导轨模块12、芯模13、第二芯模固定块14、工作台15、张力机构支架16、下底板17、减速机18、伺服电动机19、第一同步带20、主动带轮21、带轮轴22、第二同步带23、从动带轮2401、第一带轮支架2402、第二带轮支架25、压力作用杆26、连接架27、气缸固定架28、压力气缸29、直线轴承支架30、推杆31、压辊支架32、压辊33、张力传感器34、预浸带固定块35、第一自由导辊36、张力侧板37、磁粉制动器38、带盘轴39、带盘紧固螺栓40、第二自由导辊41、导辊支架42、张力底板43、张力传感器固定块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于复合材料预浸带自动化铺放成型装置，包括基体机构、传动机构、热压机构和张力机构，其中，所述传动机构、热压机构、张力机构分别固定在基体机构上，同时，所述热压机构与传动机构固定连接。

具体地，如图2所示，所述基体机构包括脚轮1、第一卡紧机构2、控制系统3、工作台加强筋4、四根下立柱5、第一芯模固定块6、四根上立柱7、导轨8、横梁9、限位开关10、导轨滑块11、芯模12、第二芯模固定块13、工作台14、张力机构支架15和下底板16，其中，下立柱5的下端安装有下底板16，下底板16上安装有控制系统3；下立柱5下端的底端还安装有脚轮1，脚轮1设置在下底板16的下方，脚轮1为万向轮结构同时设有制动机构，保证整个铺放装置方便移动以及在成型工作时不产生相对移动；

张力机构支架15设置有两个，该两个张力机构支架的一端分别套装在置于同一侧的两根下立柱5上，且置于下底板16的上方；另一端固定安装在工作台加强筋4上；同时，下底板16和张力机构支架15的下方均设置有第一卡紧机构201，通过第一卡紧机构201对下底板16和张力机构支架15进行限位固定。

下立柱5的上端安装有工作台14，工作台加强筋4固定安装在工作台14的下表面上；工作台14的上表面安装有芯模12，所述芯模12的上表面为圆弧面，芯模12的四角分别通过芯模固定块固定。

如图3所示，芯模固定块包括第一芯模固定块6和第二芯模固定块13，其中，第一芯模固定块6的一端套装在上立柱7上，另一端与第二芯模固定块13之间设为插接连接，第一芯模固定块6上还设置有对第二芯模固定块13进行限位固定的定位销；通过第二芯模固定块13将芯模12固定安装在工作台14上。

下立柱5的上端与上立柱7的下端通过螺纹连接，上立柱7的上端安装有两根横梁9，两根横梁9互相平行设置，且横梁9与芯模12的工作方向平行。

导轨8固定安装在横梁9的下表面上，且导轨8的两端分别设置有限位开关10；导轨8上还设置有导轨模块11，导轨模块11带动热压机构沿导轨8运动。

下立柱5的上、下两端分别有螺纹孔，保证与脚轮1和上立柱7刚性连接；上立柱7下端为与下立柱5内螺纹相配合的外螺纹伸出端，而上端有与横梁9固定的内螺纹孔；

安装时，两个导轨8在固定时要保证其下表面与工作台14的垂直距离一致，导轨8与横梁9固定为一个整体结构，保证在铺放成型时压辊32受到来自芯模12的反力都作用在横梁9上，避免导轨8受力而变形，进而影响导向精度不利于预浸带很好的铺放在芯模12的表面。

如图4所示，所述传动机构包括减速机17、伺服电动机18、第一同步带19、主动带轮20、带轮轴21、第二同步带22、从动带轮23和带轮支架，其中，带轮支架包括第一带轮支架2401和第二带轮支架2402，所述第一带轮支架2401和第二带轮支架2402均包括安装板，所述安装板上设置有支架；

第一带轮支架2401和第二带轮支架2402的支架上均安装有带轮轴21；伺服电动机18安装在第一带轮支架2401的安装板上，第一带轮支架2401上的带轮轴21通过第一同步带19与减速机17连接，减速机17与伺服电动机18连接；所述第一带轮支架2401上的带轮轴21还配合连接有主动带轮20，主动带轮20通过第二同步带22与从动带轮23连接，所述从动带轮23安装在第二带轮支架2402上的带轮轴21上；

所述第一带轮支架2401和第二带轮支架2402分别套装在上立柱7上，且通过第二卡紧机构202进行限位固定；同时，第一带轮支架2401和第二带轮支架2402的安装板与横梁9互相垂直。

如图8所示，第一卡紧机构201和第二卡紧机构202结构相同，均包括筒体结构，筒体的外侧壁上均布有若干个紧固螺栓。

安装时，两个带轮支架上的带轮轴21在固定时，要保证其轴线在同一水平面内；伺服电动机18与减速机17连接时，两者的轴线要保证重合，同时要保证两者的轴线与带轮轴21的轴线位于同一竖直平面内。

如图5所示，热压机构包括压力作用杆25、连接架26、气缸固定架27、压力气缸28、直线轴承支架29、推杆30、压辊支架31和压辊32；其中，压力气缸28固定在气缸固定架27上；气缸固定架27与连接架26的一端固定连接，连接架26的另一端与直线轴承支架29固定连接；压力气缸28的活塞杆与作用杆25连接，作用杆25的另一端与推杆30连接，推杆30的另一端安装在压辊支架31上，压辊支架31与压辊32铰接连接；压辊32的工作面与芯模12的工作面相接触。

所述直线轴承支架29包括两个，其中一个安装在连接架26的中间位置，另一个安装在连接架26的底端；所述直线轴承支架29上安装有两个直线轴承，所述推杆30穿过两个直线轴承支架29上安装的直线轴承固定安装在压辊支架31上；

气缸固定架27与导轨模块11固定连接，使得其能够沿导轨8滑动；同时，气缸固定架27与第二同步带22固定连接，使得热压机构能够随着第二同步带22一起做来回往返运动。

压力气缸28在固定时，要保证其轴线垂直以工作台14的上表面。

如图6、图7所示，张力机构包括张力传感器33、预浸带固定块34、第一自由导辊35、张力侧板36、磁粉制动器37、带盘轴38、带盘紧固螺栓39、第二自由导辊40、导辊支架41、张力底板42和张力传感器固定块43；其中，张力侧板36的主视图为直角三角形结构，侧视图为L型结构，其包括竖直板和水平板，水平板和竖直板之间设置有加强筋板；

所述张力侧板36通过水平板固定安装在张力底板42的上表面，张力底板42的上表面还安装有张力传感器固定块43和预浸带固定块34，其中，张力传感器固定块43和预浸带固定块34互相平行，且与张力侧板36的竖直板互相垂直；

张力传感器33安装在张力传感器固定块43的上表面；导辊支架41安装在张力传感器33的上表面，第二自由导辊40安装在导辊支架41上；

第一自由导辊35设置有两个，均安装在张力侧板36的竖直板上，且以第二自由导辊40为中心对称放置；其中一个第一自由导辊35与预浸带固定块34置于同一侧。

磁粉制动器37固定安装在张力侧板36竖直板另一侧面的上端，带盘轴38与磁粉制动器37的输出轴连接，且与第一自由导辊35置于同一侧面；第一自由导辊35和第二自由导辊40均为伸缩结构。

张力底板42分别与张力机构支架15和工作台强筋4通过螺栓连接。

安装时，保证张力底板42的上表面与工作台14的上表面在同一平面上；两个第一自由导辊35在固定时要保证其轴线在同一水平面内，并且与第二自由导辊40的轴线在张力底板42上表面的投影要形成三条平行且等长的直线，同时要保证第二自由导辊40的轴线在张力底板42上表面的投影位于两个第一自由导轮34轴线在张力底板上表面的投影的中点位置。

工作过程：

步骤1，复合材料预浸带盘固定在带盘轴38上，通过带盘轴38上安装的带盘紧固螺栓39卡紧，保证带盘不产生轴向移动；

步骤2，预浸带的一端依次绕过第二自由导辊40左侧的第一自由导辊35的下方、第二自由导辊40的上方、第二自由导辊40右侧的第一自由导辊35下方，之后再从压辊32的上方绕进、压辊32的下方绕出，最后固定在预浸带固定块34上；

步骤3，开启控制系统3使磁粉制动器37产生一定的张力，张力的大小由张力传感器33读取进而控制预浸带的张紧程度；

步骤4，打开压力气缸28的调节阀，使压力气缸28的活塞杆在气体压力作用下向芯模12一端靠近，调节合适的气缸压力后，开启伺服电动机18，伺服电动机18带动减速机17旋转，之后通过第一同步带19带动主动带轮20旋转，主动带轮20带动带轮轴21和从动带轮23一起旋转，进而通过第二同步带22带动热压机构左右移动；当导轨滑块11接触到导轨8两端的限位开关10时，热压机构停止移动，切断预浸带后即可完成一层预浸带的铺放。

重复以上步骤，直到复合材料预浸带铺放层数达到图纸要求。

Claims (6)

1.一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：包括基体机构，基体机构上设置有控制系统(3)和芯模(12)，芯模(12)的四角通过芯模固定块固定在基体机构上；控制系统(3)控制连接有传动机构和热压机构，传动机构和热压机构分别固定在基体机构上，其中，传动机构能够带动热压机构上的压辊(32)在芯模(12)上做来回往返运动；

所述基体机构包括下立柱(5)，控制系统(3)安装在下立柱(5)的下端，芯模(12)安装在下立柱(5)上端的工作台(14)上；下立柱(5)的上端顶部连接有上立柱(7)，上立柱(7)上固定安装有横梁(9)，横梁(9)的下表面上固定安装有导轨(8)，导轨(8)上安装有导轨模块(11)，导轨模块(11)与热压机构固定连接；

传动机构包括减速机(17)、伺服电动机(18)、第一同步带(19)、主动带轮(20)、带轮轴(21)、第二同步带(22)、从动带轮(23)和套装在上立柱(7)上的带轮支架，其中，带轮支架包括第一带轮支架(2401)和第二带轮支架(2402)，且两者均安装有带轮轴(21)；第一带轮支架(2401)上的带轮轴(21)与主动带轮(20)配合连接，第二带轮支架(2402)上的带轮轴(21)与从动带轮(23)配合连接；主动带轮(20)通过第一同步带(19)与减速机(17)连接，减速机(17)与安装在第一带轮支架(2401)安装板上的伺服电动机(18)连接；主动带轮(20)与从动带轮(23)之间通过第二同步带(22)连接，同时，第二同步带(22)与热压机构固定连接；

热压机构包括压力作用杆(25)、连接架(26)、气缸固定架(27)、压力气缸(28)、直线轴承支架(29)、推杆(30)、压辊支架(31)和压辊(32)，其中，气缸固定架(27)分别与第二同步带(22)和导轨模块(11)固定连接；压力气缸(28)固定在气缸固定架(27)的上端面；气缸固定架(27)的下端面与连接架(26)的一端固定连接，连接架(26)的另一端与直线轴承支架(29)固定连接；所述直线轴承支架(29)包括两个，其中一个安装在连接架(26)的中间位置，另一个安装在连接架(26)的底端；压力气缸(28)的活塞杆与压力作用杆(25)连接，压力作用杆(25)的另一端与推杆(30)连接，推杆(30)的另一端穿过两个直线轴承支架(29)上安装的直线轴承固定安装在压辊支架(31)上，压辊支架(31)与压辊(32)铰接连接；芯模固定块包括第一芯模固定块(6)，第一芯模固定块(6)的一端套装在上立柱(7)上，另一端插接有第二芯模固定块(13)。

2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：所述导轨(8)的两端设置有限位开关(10)。

3.根据权利要求1所述的一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：所述第一芯模固定块(6)上设置有对第二芯模固定块(13)进行限位固定的限位销。

4.根据权利要求1所述的一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：控制系统(3)控制连接有张力机构，张力机构包括张力传感器(33)、预浸带固定块(34)、第一自由导辊(35)、张力侧板(36)、磁粉制动器(37)、带盘轴(38)、第二自由导辊(40)、导辊支架(41)和张力底板(42)，其中，张力侧板(36)、张力传感器(33)和预浸带固定块(34)均固定安装在张力底板(42)的上表面，预浸带固定块(34)与张力侧板(36)的安装面互相垂直；导辊支架(41)安装在张力传感器(33)上，第二自由导辊(40)安装在导辊支架(41)上；第一自由导辊(35)设置有两个，均安装在张力侧板(36)的安装面上，且以第二自由导辊(40)为中心对称放置；磁粉制动器(37)固定安装在张力侧板(36)另一侧面的上端，带盘轴(38)与磁粉制动器(37)的输出轴连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：张力底板(42)安装在下立柱(5)上设置的张力机构支架(15)上。

6.根据权利要求4所述的一种用于复合材料预浸带的自动化铺放成型装置，其特征在于：第一自由导辊(35)和第二自由导辊(40)均为伸缩结构。

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